Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 480 tấn sản phẩm/năm

LỜI NÓI ĐẦU Trong đời sống thường nhật, axit amin nói chung và axit glutamic nói riêng có một ý nghĩa to lớn. Axit glutamic là một axit amin công nghiệp quan trọng, rất cần cho sự sống, có công thức hóa học là: HOOC – CH – CH2 – CH2 – COOH NH2 Tuy là một loại amino axit không phải thuộc loại không thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại axit amin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng prôtêin, xây dựng các cấu tử của tế bào. Axit glutamic có thể đảm nhiệm chức năng tổng hợp nên các aminoaxit khác nhau như alanin, lơsin, cystein, …. nó tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách NH3 ra khỏi cơ thể . Nó chiếm phần lớn thành phần protein và phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương vì vậy trong y học còn sử dụng axit glutamic trong trường hợp suy nhược hệ thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc NH3 vào cơ thể, một số bệnh về tim, bệnh teo bắp thịt, … Axit glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa chất quan trọng. Muối natri của axit glutamic là natri glutamat mà ta quen gọi là mì chính là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hàng ngày [4, tr 7]. Hiện nay ở nước ta vẫn còn ít các nhà máy sản xuất axit glutamic, mà phần lớn là nhập từ nước ngoài, đây là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic cung cấp cho thị trường trong nước. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu, nên em chọn đề tài thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 480 tấn sản phẩm/năm. CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Khu vực miền Trung và các tỉnh Tây Nguyên chưa có nhà máy sản xuất axit glutamic, nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất của khu vực cũng phong phú. Đây là một điều kiện rất thuận lợi để chúng ta tiến hành sản xuất loại sản phẩm này nhằm cung cấp cho thị trường rộng lớn và tiến đến xuất khẩu. Với những ưu điểm như vậy nên việc xây dựng một nhà máy sản xuất axit glutamic ở Gia Lai là việc làm hợp lý và sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình hoạt động. 1.1. Đặc điểm tự nhiên của tỉnh Gia Lai Gia Lai nằm ở khu vực phía Bắc của Tây Nguyên, có diện tích tương đối lớn. Phía bắc giáp tỉnh Kon Tum, phía nam giáp tỉnh Đắk Lắk, phía tây giáp Campuchia với 90 km đường biên giới quốc gia, phía đông giáp các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định và Phú Yên. Đặc biệt có khu công nghiệp Trà Đa nằm trong thành phố Plêiku là điều kiện rất thuận lợi cho vấn đề cung cấp điện, nước, hơi và nhiên liệu. Khí hậu gió mùa cao nguyên, một năm có hai mùa: mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Lượng mưa trung bình từ 2.200 đến 2.500 mm ở vùng Tây Trường Sơn và từ 1.200 đến 1.750 mm ở vùng Đông Trường Sơn. Nhiệt độ trung bình năm là 22 – 25ºC [13]. 1.2. Vùng nguyên liệu Ở Gia Lai có nhà máy đường An Khê cách khu công nghiệp Trà Đa 80km về phía Đông, là một trong những nhà máy đường lớn của khu vực nên việc cung cấp nguyên liệu cho nhà máy rất thuận lợi. Nhà máy tinh bột sắn ở Kon Tum cũng cách khu công nghiệp 50km về phía Bắc sẽ là nguồn cung cấp tinh bột cho sản xuất. Ngoài ra, Gia Lai còn là vùng nguyên liệu sắn lớn của khu vực Nam Trung Bộ và phía Bắc Tây Nguyên nên sẽ là nguồn nguyên liệu dồi dào cho nhà máy hoạt động. 1.3. Hợp tác hóa Khu công nghiệp Trà Đa là khu công nghiệp lớn của tỉnh Gia Lai và khu vực Bắc Tây Nguyên nói chung nên quá trình hợp tác hóa với các nhà máy khác về sử dụng các công trình công cộng như điện, nước, hệ thống giao thông, hệ thống cấp thoát nước… sẽ thuận lợi, giảm chi phí đầu tư. 1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu Gia Lai có các nhà máy thủy điện lớn như Ialy, Sêsan, An Khê… nên việc cung cấp điện cho khu công nghiệp nói chung và nhà máy nói riêng sẽ luôn được đảm bảo. Bên cạnh đó, việc tạo điều kiện thuận lợi và sự quan tâm đầu tư của tỉnh nên nguồn cung cấp hơi và các nhiên liệu cũng thuận lợi [15]. 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Nước cung cấp cho nhà máy phải đảm bảo tiêu chuẩn về nước sạch cho các nhà máy thực phẩm nên nguồn nước cung cấp cho nhà máy được lấy từ nguồn nước của công ty cấp nước thành phố. Nước trước khi đưa vào sản xuất được lắng, lọc, làm mềm và xử lý iôn. Nước thải của nhà máy cũng được đưa về hệ thống xử lý nước thải chung của khu công nghiệp rồi xử lý trước khi được thải ra ngoài. 1.6. Giao thông vận tải Có Quốc lộ 14 nối Gia Lai với Kon Tum, Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng về phía Bắc và Đắk Lắk, Đắk Nông, các tỉnh vùng Đông Nam Bộ về phía Nam. Quốc lộ 19 nối với cảng Quy Nhơn dài 180km về phía Đông và các tỉnh Đông Bắc Campuchia về hướng Tây. Quốc lộ 25 nối với Phú Yên. Ngoài ra, đường Hồ Chí Minh cũng đi qua địa bàn tỉnh Gia Lai. Các quốc lộ 14, 25 nối Gia Lai với các tỉnh Tây Nguyên và duyên hải miền Trung rất thuận tiện cho vận chuyển hàng hóa đến cảng để xuất khẩu và các trung tâm kinh tế lớn của cả nước. Sân bay Plêiku có đường bay từ Pleiku đi thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Huế, Hà Nội và ngược lại [14]. Ngoài ra, cửa khẩu Lệ Thanh ở Gia Lai và cửa khẩu Bờ Y ở Kon Tum sẽ là con đường để vận chuyển sản phẩm sang Campuchia và Lào phục vụ cho xuất khẩu [16]. 1.7. Nhân công và thị trường tiêu thụ Nguồn nhân công sẽ được tuyển từ nguồn lao động của địa phương và các vùng lân cận, lượng lao động vãn lai cũng dồi dào từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ. Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường của cả nước và hướng đến xuất khẩu sang các nước trong khu vực, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á. 1.8. Nguồn tiêu thụ sản phẩm Nguồn tiêu thụ sản phẩm chủ yếu của công ty là hướng vào công ty Dược Bình Định Bidiphar, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm trong khu vực vì đây là các công ty cần một lượng lớn axit glutamic để phục vụ cho sản xuất hàng năm. Ngoài ra, các sản phẩm trong quá trình sản xuất cũng làm nguyên liệu cho nhà máy phân bón phục vụ cho trồng trọt. Bên cạnh đó xuất khẩu sản phẩm sang các nước Lào và Campuchia cũng là thị trường cần được hướng tới trong quá trình hoạt động của nhà máy. Kết luận: Với những điều kiện thuận lợi trên là hoàn toàn có thể xây dựng và đảm bảo cho sự hoạt động của một nhà máy sản xuất axit glutamic tại khu công nghiệp Trà Đa của tỉnh Gia Lai. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Vào năm 1860 nhà khoa học Ritthaussen ở Hamburg (Đức) xác định thành phần các protein động vật, đặc biệt là thành phần các axit amin, trong đó có một axit amin với tên gọi là axit glutamic: HOOC – CH – CH2 – CH2 – COOH NH2 và muối natri của nó gọi là glutamat natri. Tên axit glutamic xuất phát từ thuật ngữ gluten của bột mì. Tách gluten, thủy phân nó bằng axit và cuối cùng thu được một lượng lớn axit amin, trong đó axit glutamic chiếm 80% lượng các axit amin [4, tr 15]. Axit glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều trong các loại thực phẩm như trong protein thịt động vật, thực vật như đậu peas, cà rốt, rong biển… Là một trong 20 axit amin cấu tạo nên phân tử protein được sử dụng nhiều trong thực tế cuộc sống vì công dụng của nó [17]. * Nguyên liệu: Để lên men sản xuất axit glutamic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu là dịch có đường, hoặc rỉ đường, hoặc các nguồn nguyên liệu tinh bột đã qua giai đoạn đường hóa. Khoai mì là nguyên liệu tinh bột được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Ngoài ra còn có các nguồn dinh dưỡng bổ sung như muối amôn, photphat, sulfat, biotin, vitamin B... Trong thực tế sản xuất, người ta dùng rỉ đường làm môi trường lên men thay cho cao bắp. Rỉ đường thường pha loãng đến 13 – 14% và thanh trùng trước khi lên men. Nếu là nguyên liệu chứa tinh bột, thì tinh bột phải được thủy phân (quá trình dịch hóa và đuờng hóa) nhờ enzym
,
, amylaza rồi sau đó mới bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường lên men. * Chủng vi sinh: Quá trình lên men sản xuất axit glutamic bằng các chủng vi sinh thường sử dụng là: Corynebacterium Glutamicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococcus Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium Glutamicum có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra axit glutamic. Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất [17]. * Cơ chế tổng hợp thừa axit glutamic: Tính thấm của màng tế bào bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng của penicillin hay dẫn xuất của chất béo. Nếu tính thấm không bị thay đổi thì chỉ diễn ra sự tổng hợp axit gutamic trong tế bào và không có sự tiết axit này ra môi trường. Như vậy, axit glutamic nồng độ cao sẽ ức chế phản ứng của glutamate-dehydrogenaza tạo thành axit glutamic. Do biến đổi về tính thẩm thấu, tế bào chỉ cho axit glutamic ra ngoài và trong nội bào nồng độ axit amin này thấp nên không có sự ức chế ngược bởi sản phẩm cuối cùng. Sự hư hại tính thấm xuất hiện khi nồng độ biotin tối ưu là 2 – 5
g/l. Còn nồng độ bioin tối thích cho sự sinh trưởng của chủng sản ở khoảng 14
g/l. Cũng có thể tạo ra sự hư hại này bằng cách bổ sung các chất hoạt động bề mặt như Tween 60-polyoxyetylen- socbitanmonostearat, Tween-40poyoxyetylen-sobitan-monopalmitat như penicillin. Các tác nhân bề mặt này được bổ sung vào giữa hay cuối pha sinh trưởng. Việc penicillin gây hư hại cho tính thấm có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt vì nhờ đó có thể sử dụng các nguyên liệu phức tạp như rỉ đường [3, tr 19]. * Kỹ thuật sản xuất: Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng hai phương pháp là lên men liên tục và lên men gián đoạn: Phương pháp lên men liên tục Cơ chất và các thành phần môi trường được bổ sung liên tục vào thiết bị lên men và dịch lên men được lấy ra dần. Phương pháp lên men gián đoạn Có 2 phương pháp lên men gián đoạn: Phương pháp lên men gián đoạn không bổ sung cơ chất Cho toàn bộ cơ chất và hóa chất cần dùng một lần ngay từ ban đầu vào thiết bị lên men. Chỉ có dầu phá bọt và dịch đường… được bổ sung theo nhu cầu trong quá trình lên men. Lượng môi trường ban đầu thường 60 – 65% thể tích của thùng. Khoảng trống của thùng dành cho bọt hoạt động Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất L_glutamic ngay trong dịch nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất. Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc biệt có thể chuyển trực tiếp đường và NH3 thành axit glutamic trong môi trường. Ưu điểm của phương pháp này là: + Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao. + Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm. + Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình lên men [4, tr 124]. Phương pháp lên men gián đoạn có bổ sung cơ chất Không cho toàn bộ cơ chất vào thiết bị lên men ngay từ đầu mà chia làm hai khối nhỏ, 15 – 20% cơ chất cùng các hóa chất được đưa vào môi trường ban đầu, khối còn lại (80 – 85%) được bổ sung dần trong quá trình lên men. Quá trình lên men gián đoạn gồm các giai đoạn sau: a. Giai đoạn đầu: 8 ÷ 12h, giai đoạn này chủ yếu là tăng sinh khối. Các chất có trong môi trường thẩm thấu vào tế bào làm cho vi khuẩn lớn lên đạt kích thước cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Ở giai đoạn này axit glutamic tạo ra rất ít. pH có tăng từ 6,5 ÷ 6,7 lên 7,5 ÷ 8. b. Giai đoạn giữa: Từ giờ thứ 10, 12 đến giờ thứ 24, 26. Số lượng tế bào không tăng hoặc tăng rất ít. Quá trình chủ yếu của giai đoạn này là đường và đạm vô cơ thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các quá trình chuyển hoá bởi men và các phản ứng để tạo axit glutamic trong tế bào. Lượng axit sinh ra nhiều làm pH giảm nên phải bổ sung thêm urê để pH = 8, CO2 bay ra nhiều, bọt tăng ào ạt. Trong giai đoạn này nhiệt độ tăng nhanh. Axit tạo ra đạt 30 ÷ 40g/l. c. Giai đoạn cuối: Các quá trình xảy ra chậm dần cho đến khi hàm lượng đường chỉ còn dưới 1% thì lên men kết thúc [4, tr 174]. * Tinh sạch: Kết thúc quá trình lên men, axit glutamic được tạo thành cùng với một số tạp chất khác, do đó cần phải tinh chế các tạp chất này ra khỏi dung dịch chứa axit. Người ta có thể sử dụng than hoạt tính để khử màu. Axit glutamic được thu bằng cách điều chỉnh pH = 3,2 rồi cô đặc dung dịch và giảm nhiệt độ xuống từ 40 – 15oC sẽ thu được tinh thể axit glutamic với lượng 77 – 88% hoặc cao hơn. Sau đó đem ly tâm, lọc, và sấy ở nhiệt độ thấp sẽ thu được tinh thể axit glutamic màu trắng [17]. CHƯƠNG 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn phương pháp sản xuất Axit glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều trong các loại thực phẩm như trong protein thịt động vật, thực vật như đậu peas, cà rốt, rong biển… Có nhiều phương pháp sản xuất axit glutamic khác nhau, từ các nguồn nguyên liệu khác nhau. Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản: 3.1.1. Phương pháp tổng hợp hóa học Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên axit glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệpdầu hỏa hay các nghành khác. Phương pháp này có những ưu - nhược điểm cụ thể như sau: Ưu điểm: Phương pháp này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực phẩm để sản xuất ra và tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hỏa. Nhược điểm: Chỉ thực hiện được ở những nước có công nghiệp dầu hỏa phát triển và yêu cầu kỹ thuật cao. Mặt khác sản xuất bằng con đường này tạo ra một hỗn hợp không quay cực D, L-axit glutamic, việc tách L-axit glutamic ra lại khó khăn nên làm tăng giá thành sản phẩm. Do nhược điểm như vậy nên phương pháp này ít được ứng dụng ở các nước. 3.1.2. Phương pháp thủy phân prôtêin Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hóa chất hoặc fecmen để thủy phân một nguồn nguyên liệu prôtêin nào đó (khô đậu, khô lạc,…) ra một hỗn hợp các aminoaxit từ đấy tách các axit glutamic ra. Quá trình này có thể tóm tắt như sau: gluten của bột mì được thủy phân bằng axit HCl để giải phóng ra các axit amin ở 150oC. Sau đó các chất cặn bã sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc và giữ ở nhiệt độ thấp để làm giảm độ hòa tan của chất tan, từ đó các hạt tinh thể kết tinh của hydroclorat glutamic quá bão hòa sẽ dần dần được tạo thành. Những hạt tinh thể này sẽ được lọc để tách riêng và sau đó được hòa tan trong nước. Dung dịch này sẽ được trung hòa bằng Na2CO3 cho tới pH = 3,2 (pH đẳng điện), ở pH này tinh thể axit glutamic sẽ kết tinh ra khỏi dung dịch và được tách riêng bằng phương pháp ly tâm. Sau đó pha loãng và kết tinh lần hai với dung dịch Na2CO3 ở pH = 5,7
7,0. Than hoạt tính và Na2CO3 được thêm vào để khử màu và kết tủa các tạp chất. Tạp chất sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc bằng phương pháp bay hơi chân không thu được dịch cô đặc axit glutamic, dịch cô đặc được tách nước bằng phương pháp ly tâm, sản phẩm thu được được sấy khô tạo nên tinh thể cuối cùng là axit gutamic tinh khiết. Phương pháp này có những ưu - nhược điểm cụ thể như sau: Ưu điểm: Dễ khống chế quy trình sản xuất và áp dụng được vào các cơ sở thủ công bán cơ giới, cơ giới dễ dàng. Nhược điểm: Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và đắt. Cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn Hiệu suất thấp đưa đến giá thành cao. 3.1.3. Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tông hợp ra các axit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ. Phương pháp này đang có nhiều triển vọng phát triển ở khắp các nước, nó tạo ra được nhiều loại aminoaxit như: axit glutamic, lizin, vali, alanin, phenylalanin, tryptophan, methionin,… Phương pháp lên men có nguồn gốc từ Nhật Bản, năm 1956 khi mà Shukuo và Kinoshita sử dụng chủng Micrococcus glutamicus sản xuất từ môi trường có chứa glucoza và amoniac. Sau đó một số loài vi sinh vật khác cũng được sử dụng như Brevi bacterium và Microbacterium,… Nhiệt độ lên men giữ ở 28oC và duy trì pH = 8,0 bằng cách thường xuyên bổ sung urê [4, tr 21]. Điều kiện hiếu khí là rất quan trọng bởi vì nếu không được sục khí thì sản phẩm tạo thành không phải là axit glutamic mà là lactat. Khi sử dụng nguyên liệu là rỉ đường thì cần bổ sung các chất kháng biotin để kiểm soát sự sinh trưởng của vi sinh vật. Phương pháp này có nhiều ưu điểm nên đang được nghiên cứu và ứng dụng ở nước ta và các nước trên thế giới. Ưu điểm chính: + Không sử dụng nguyên liệu giàu protit. + Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn. + Hiệu suất cao, giá thành hạ. + Tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao. 3.1.4. Phương pháp kết hợp Đây là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và vi sinh vật học. Phương pháp vi sinh vật tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ và gluxit mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo gần giống axit amin, từ đấy lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit amin. Tổng hợp R – C – COOH O R – C – COOH R – CH – COOH O VSV + h/c N NH2 Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất. Với những trình bày ở trên thì phương pháp lên men có nhiều ưu thế hơn hết trong việc sản xuất axit glutamic. Nên đối với đề tài thiết kế này tôi chọn phương pháp lên men để sản xuất axit glutamic. 3.2. Chủng vi sinh vật Tham gia vào quá trình lên men để sản xuất axit glutamic ta chọn vi sinh vật thường dùng là: Corynebacterium glutamicum Brevibacterium lactofermentus Micrococus glutamicus Nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterrium glutamicum, loại vi khuẩn này có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo axit glutamic. 3.3. Qui trình sản xuất axit glutamic Sau khi tham khảo qui trình sản xuất của nhà máy Ajnomoto cùng với các tài liệu tham khảo tôi đã chọn được qui trình sản xuất cụ thể như sau: 3.4. Thuyết minh qui trình 3.4.1. Xử lí nguyên liệu 3.4.1.1. Nguyên liệu rỉ đường Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kính kết tinh. Hàm lượng đường trong mật mía là: + Đường tổng số : 45 – 60% (theo mùa) + Ca2+ : 0,3 – 1,2% + K+ : 2,0 – 4,0% + Độ màu (đo ở bước sóng 400 nm, pha loãng 250 lần): 0,3 – 1,3 + Hàm lượng chất khô tổng số: 60 – 80% [8] a. Xử lý rỉ đường Mục đích chính của xử lý là loại bỏ các tạp chất không mong muốn và các vi sinh vật tạp nhiễm, thuỷ phân dịch đường thành các đường đơn. Quá trình xử lý này còn nhằm loại canxi (Decancium): Iôn canxi làm ảnh hưởng đến quá trình kết tinh glutamic. Trong rỉ mật có chứa nhiều canxi- đây là kim loại có ảnh hưởng đến quá trình lên men và kết tinh axit glutamic, mục đích của giai đoạn này là loại canxi khỏi rỉ mật. Ngoài ra H2SO4 được sử dụng để loại canxi còn có vai trò thủy phân đường sacaroza trong rỉ mật thành glucoza- nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật sử dụng. Sơ đồ phản ứng: C12H22O11 + H2O H2SO4 C6H12O6 + C6H12O6 Glucoza Fructoza Ca2+ + SO42- CaSO4 Điều kiện của thủy phân là: + Nhiệt độ: 50 – 60oC + Thời gian: 40 – 60h + pH = 2,2 – 3,5; điều chỉnh bằng H2SO4 [8]. Thiết bị: Dùng thiết bị thủy phân tác động tuần hoàn có lớp lót chịu axit. b. Ly tâm Sau thời gian lưu khoảng 60h để tinh thể CaSO4 có kích thước lớn, đem ly tâm hỗn hợp sau xử lý để phân tách hai thành phần: Phần lỏng được đưa vào tank để thực hiện tiếp quá trình xử lý trước khi tiến hành lên men, phần rắn gồm CaSO4, K2SO4, CaK2(SO4)2 tiếp tục ly tâm lần hai để thu dịch lỏng còn phần rắn được cung cấp cho nhà máy phân bón. Mục đích của ly tâm là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng. Thiết bị: Máy ly tâm nằm ngang. 3.4.1.2. Nguyên liệu tinh bột Hàm lượng tinh bột trong tinh bột khoai mì là 80 – 84% [8]. Sử dụng các cyclon để chứa tinh bột. a. Pha loãng, lọc: Pha loãng nhằm làm trương nở các hạt tinh bột và sau đó tiến hành lọc nhằm loại bỏ những chất cặn bã trong dịch tinh bột trước khi thủy phân. Thiết bị: Dùng thiết bị hòa tan có cánh khoấy và thiết bị lọc là thùng chứa có gắn lưới lọc phía trên để lọc các chất cặn bã trước khi dịch tinh bột được bơm đi dịch hóa. b. Dịch hóa: Mục đích của dịch hóa là chuyển tinh bột thành dịch dextrose để sau đó thực hiện quá trình đường hóa. Dùng enzym
_amylaza để thực hiện quá trình này Qui trình bao gồm: Tinh bột khô (hoặc ướt) Hòa tan Lọc cặn bã Dịch sữa bột Xử lý bằng enzym
_amylaza Dịch dextrose Thông số kỹ thuật: pH = 5,5 – 7,0; nhiệt độ 90 – 110oC [8]. Thiết bị: Thực hiện quá trình dịch hóa trong các nồi phản ứng [5, tr 87]. c. Đường hóa: Dịch tinh bột sau khi dịch hóa được chuyển qua nồi phản ứng để hạ nhiệt độ xuống 60 – 62oC trước khi bổ sung enzym vào thiết bị. Mục đích của đường hóa là nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucoza – nguồn dinh dưỡng mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng được. Qui trình đường hóa: Dịch dextrose xử lý bằng
_amylaza dịch glucoze. Dùng emzym
_amylaza để thực hiện quá trình này Các thông số kỹ thuật của quá trình đường hóa này là: pH = 4,2 – 4,5; nhiệt độ 60 – 62oC [8] Thiết bị: Quá trình đường hóa được tiến hành trong các nồi phản ứng có bổ sung enzym
_amylaza. [5, tr 87] 3.4.2. Pha chế dịch lên men Mục đích: Tạo ra hỗn hợp môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men tạo sinh khối. Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và dịch rỉ đường đã pha loãng. Ngoài ra còn bổ sung thêm các chất sau: [4, tr 84] Nồng độ đường : 10% K2HPO4 : 0,15% MgSO47H2O : 0,075% MnSO4 : 0,0025% FeSO4 : 0,05% Điều chỉnh pH đến :6,7 ÷ 6,9 Dùng các cyclon chứa để tiến hành pha chế dịch lên men. 3.4.3. Thanh trùng và làm nguội Mục đích: Thanh trùng nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây hại trong môi trường dinh dưỡng trước khi lên men và làm nguội để hạ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ thích hợp với vi sinh vật để lên men. Thanh trùng: Dịch được bơm ngược chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình trao đổi nhiệt. Thanh trùng ở 1150C trong thời gian 20 phút rồi được làm nguội nhiệt độ của dịch lên men xuống 30
320C [8]. Chọn thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng 3.4.4. Nhân giống Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men. Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau: [4, tr 171] Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 2 lên men bình lắc (giống cấp 1) nuôi trong thùng tôn (giống cấp 2) lên men chính (giống cấp 3). Quá trình nhân giống được tiến hành trong các thùng gây men. 3.4.5. Lên men Mục đích của khâu này là thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp để chuyển hoá đường glucoze và đạm vô cơ thành axit glutamic. Nồng độ đường ban đầu trong dịch lên men là 10% [8]. Để đảm bảo cho quá trình lên men đạt hiệu quả cao phải chú ý khống chế các điều kiện kỹ thuật như: Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC. Lượng không khí : 30 ÷ 40cm3/giờ cho 1m3 môi trường. Cánh khuấy hai tầng: 180 ÷ 200vòng/phút. pH giảm đến 7 thì phải bổ sung urê ngay cho pH lên 8, thường bổ sung một nồi len men gián đoạn 2 – 3 lần Thiết bị: Dùng thiết bị lên men với bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt. 3.4.6. Lọc tách sinh khối Lọc nhằm tách riêng dung dịch có chứa axit glutamic ra khỏi xác tế bào vi sinh vật lên men trước khi tiến hành công đoạn tiếp theo cô đặc chân không. Dùng thiết bị lọc màng dạng khung phẳng 3.4.7. Cô đặc chân không Nhằm làm tăng nồng độ của dịch axit glutamic trước khi kết tinh. Thiết bị: Sử dụng thiết bị cô đặc chân không. 3.4.8. Tẩy màu Mục đích: Dùng than hoạt tính để hấp thụ những chất màu, tạp chất được sinh ra trong quá trình lên men. Dùng thiết bị tẩy màu có cột than hoạt tính cố định và cho dung dịch cần tẩy di qua cột. 3.4.9. Axit hóa và kết tinh Quá trình này được thực hiện trong cùng một thiết bị nhằm đưa pH của dung dịch axit glutamic giảm đến điểm đẳng điện rồi hạ nhiệt độ để axit gulamic kết tinh lại sau đó tiến hành ly tâm Thiết bị: Dùng thiết bị kết tinh có lớp vỏ chịu được axit và có bộ phận làm lạnh bên ngoài. 3.4.10. Ly tâm Mục đích: Tách riêng axit glutamic từ hỗn hợp dung dịch sau khi đã kết tinh. Thiết bị: Dùng thiết bị ly tâm tách nước để tách nước ra khỏi tinh thể axit glutamic 3.4.11. Lọc băng tải Nhằm thu tinh thể axit glutamic sau khi đã ly tâm tách nước và cũng làm giảm độ ẩm của tinh thể axit trước khi tiến hành sấy. Sử dụng thiết bị lọc băng tải 3.4.12. Sấy Mục đích của công đoạn này là nhằm tách hoàn toàn nước ra khỏi axit glutamic trước khi đưa tinh thể axit glutamic vào gói rồi bảo quản. Dùng thiết bị máy sấy băng tải để thực hiện quá trình sấy này. 3.4.13. Làm nguội Tinh thể axit glutamic được làm nguội trên băng tải làm nguội trước khi bao gói. 3.4.14. Bao gói Tinh thể axit glutamic sau khi làm nguội được chuyển vào thiết bị bao gói để bao gói trước khi được bảo quản. Quá trình bao gói có ghi rõ khối lượng, ngày sản xuất của sản phẩm. Thiết bị: Dùng máy đóng bao bì để thực hiện quá trình này. CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm Nhà máy làm việc liên tục 3 ca/ngày. Mỗi ca 8 giờ. Tháng 1 âm lịch nhà máy nghỉ sản xuất 30 ngày để tu sửa và vệ sinh thiết bị. - Các ngày nghỉ trong năm: + Mỗi người công nhân được nghỉ phép 10 ngày/năm. + Tết dương lịch nghỉ 1 ngày + Tết âm lịch nghỉ 4 ngày + Chiến thắng 30/4 nghỉ 1 ngày + Quốc tế lao động nghỉ 1 ngày + Giỗ tổ Hùng Vương nghỉ 1 ngày + Quốc khánh 2-9 nghỉ 1 ngày + Chủ nhật nghỉ 1 ngày Ta có tổng kết thời gian sản xuất của nhà máy trong một năm như sau: Số ngày làm việc trong năm: 365 – 30 = 335 ngày. Số ca làm việc trong năm: 335
3 = 1005 ca. 4.2. Tính cân bằng vật chất Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau: Nguyên liệu rỉ đường Tinh bột Xử lý 2,5% Pha loãng, lọc 1% Ly tâm 3% Dịch hóa 2% Đường hóa 2% Pha chế dịch lên men 2,5% Thanh trùng và làm nguội 1,5% Lên men 1,5% Lọc tách sơ bộ 2% Cô đặc chân không 2,5% Tẩy màu 1% Axit hóa, kết tinh 3% Ly tâm 4% Lọc băng tải 1% Sấy 1% Làm nguội 1,5% Bao gói 0,5% Nhà máy sản xuất axit glutamic tinh thể với năng suất 480 tấn/năm. Như vậy năng suất mỗi ngày của nhà máy là: maxit glutamic = 480 : 335 = 1,433 tấn/ngày = 1433 kg/ngày 4.2.1. Bao gói Tỉ lệ hao hụt là 0,5% Lượng axit glutamic trước khi bao gói là:
(kg/ngày) 4.2.2. Làm nguội Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 1,5% Lượng axit glutamic thu được trước khi làm nguội là:
(kg/ngày) 4.2.3. Sấy Tỉ lệ hao hụt là 1% Giả sử tinh thể axit glutamic có độ ẩm trước và sau khi sấy lần lượt là: Độ ẩm trước khi sấy là 2,5% Độ ẩm sau khi sấy là 0,4% Lượng tinh thể axit glutamic ẩm đem sấy là:
(kg/ngày) 4.2.4. Lọc băng tải Tỉ lệ hao hụt là 1% Giả sử độ ẩm của axit glutamic trước khi lọc là 8%. Độ ẩm sau khi lọc là 2,5% Lượng axit glutamic trước khi tiến hành lọc là:
(kg/ngày) 4.2.4. Ly tâm Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này 4% Khối lượng axit glutamic trước khi ly tâm đã tính hao hụt là:
(kg/ngày) Giả sử trước khi ly tâm nồng độ axit glutamic là 30% nên hàm lượng nước chiếm 70%. Vì vậy khối lượng dịch trước khi ly tâm là:
(kg/ngày) 4.2.5. Axit hóa, kết tinh Giả sử hiệu suất kết tinh đạt 70% Tỉ lệ hao hụt của quá trình này là 3% Lượng axit glutamic trước khi hao hụt là

(kg/ngày) Vì hiệu suất kết tinh chỉ 70% nên khối lượng dung dịch axit trước khi kết tinh là:
(kg/ngày) 4.2.6. Tẩy màu Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 1% Khối lượng dịch axit glutamic trước khi tẩy màu là:
(kg/ngày) 4.2.7. Cô đặc chân không Tỉ lệ hao hụt 2,5% Giả sử hiệu suất của quá trình cô đặc đạt 80% Sau khi cô đặc hàm lượng ẩm trong axit là 70% Trước khi lọc nồng độ axit glutamic là 17% [8] nên hàm lượng ẩm trong dịch axit là 83%. Toàn bộ khối lượng dịch axit trước khi cô đặc là:
(kg/ngày) 4.2.8. Lọc tách sơ bộ Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 2% Giả sử hiệu suất của cả quá trình lọc đạt 90% Khối lượng dịch axit sau khi hao hụt là:
(kg/ngày) Nồng độ axit glutamic trong dịch trước khi lọc là 17% nên khối lượng dung dịch axit sau khi lên men là
(kg/ngày) 4.2.9. Lên men Tỉ lệ hao hụt là 2,5% Lượng dịch trước lên men:
(kg/ngày) Giả sử tỉ trọng của dịch là
kg/m3, suy ra thể tích dịch lên men là:
(m3/ngày) Trong dịch lên men còn có bổ sung dầu lạc 0, 1% để phá bọt; urê 1,8% [4, tr 127, 146]; dịch đường 40% [8]: m dầu lạc 0,1% =
(kg/ngày). m ure 1,8% =
(kg/ngày). mđường 40% =
(kg/ngày). Lượng giống cho vào lên men là 5% thể tích dịch môi trường [8]. Vậy lượng giống cho vào là Vgiống =
(m3/ngày). Giả sử giống có khối lượng riêng là 1070 (kg/m3). Khi đó khối lượng giống cho vào là: mgiống =
(kg/ngày) Lượng môi trường đem đi lên men là:
(kg/ngày). 4.2.10. Thanh trùng và làm nguội Giả sử tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 1,5% Lượng môi trường trước khi tiến hành quá trình là:
(kg/ngày). 4.2.11. Pha chế dịch lên men Lượng môi trường trước khi xảy ra hao hụt là:
(kg/ngày). Các chất khoáng được bổ sung trong quá trình pha chế là: mK2HPO4 0,15% =
(kg/ngày). mMgSO4 0,075% =
(kg/ngày). mMnSO4 0,0025% =
(kg/ngày). mFeSO4 0,05 =
(kg/ngày). Lượng dịch đường ban đầu dùng lên men là:
(kg/ngày). Tổng lượng dịch đường cần dùng cho lên men là:
(kg/ngày). Tỷ lệ tinh bột và rỉ đường đã xử lý đưa vào pha chế dịch lên men là: 50:50 4.2.11.1. Rỉ đường a. Ly tâm dịch rỉ đường Tỉ lệ hao hụt là 3% Giả sử quá trình ly tâm có hiệu suất là 85% Lượng rỉ đường trước khi tiến hành ly tâm là:
(kg/ngày). c. Xử lý Tỉ lệ hao hụt 2,5% Hàm lượng đường trong rỉ đường nguyên liệu chiếm 60%. [8]. Vậy khối lượng dịch rỉ đường ban đầu là:
(kg/ngày). 4.2.11.2. Tinh bột a. Đường hóa Tỉ lệ hao hụt là 2% Giả sử hiệu suất đường hóa là 70% Lượng tinh bột trước khi đường hóa là: mtinh bột=
(kg/ngày) b. Dịch hóa Tỉ lệ hao hụt là 2% Giả sử hiệu suất dịch hóa là 70% thì lượng tinh bột trước khi dịch hóa là: mtinh bột=
(kg/ngày) c. Lọc dịch tinh bột Giả sử quá trình lọc đạt hiệu suất 95% và tỉ lệ hao hụt là 2%. Lượng tinh bột dùng cho quá trình sản xuất là: mtinh bột=
(kg/ngày) 4.3. Nhân giống Ta phải tiến hành nhân giống nhiều cấp, ở đây ta chọn quá trình nhân giống ba cấp, mới đủ giống tiếp vào lên men. [4, tr 90] 4.3.1. Nhân giống cấp III Lượng giống cho vào lên men là 5% thể tích dịch môi trường. Vậy lượng giống cần là Vgiống lên men =
(m3/ngày). Giả sử giống có khối lượng riêng là 1070 (kg/m3). Khi đó khối lượng giống cần là: mgiống lên men =
(kg/ngày). Lượng giống cấp III bằng 2% lượng giống cấp lên men Vgiống cấp III =
(m3/ngày). mgiống cấp III =
(kg/ngày). Bảng 4.1. Thành phần và khối lượng môi trường nhân giống cấp III Cơ chất  Tỉ lệ (%)  Khối lượng (kg/ngày)   Đường  2,0%  2,43   K2HPO4  0,3%  0,37   Cao ngô  0,5%  0,61   Dịch thủy phân đậu tương  1%  1,22   Dịch thải đạm  1%  1,22   Urê  0,5%  0,61   Điều kiện nuôi cấy: Thanh trùng môi trường ở 130oC trong 30 phút. Nhiệt độ nuôi cấy 31
32oC trong thời gian 8
10 giờ. Khoấy trộn 165 vòng/phút [4, tr 90]. 4.3.2. Nhân giống cấp II Lượng giống cấp II bằng 2% lượng giống cấp III Vgiống cấp II =
(m3/ngày). mgiống cấp II =
(kg/ngày). Bảng 4.2. Thành phần và khối lượng môi trường nhân giống cấp II Cơ chất  Tỉ lệ (%)  Khối lượng (kg/ngày)   Đường  2,0%  0,0488   K2HPO4  0,3%  7,32
10-3   Cao ngô  0,5%  0,0122   Dịch thủy phân đậu tương  1%  0,0244   Dịch thải đạm  1%  0,0244   Ure  0,5%  0,0122   Điều kiện nhân giống: Môi trường được thanh trùng ở 120oC trong 20 phút. Nhiệt độ nuôi cấy 31
32oC. Khoấy trộn đều 340 vòng/phút. Thời gian nhân giống 8
10 giờ. 4.3.3. Nhân giống cấp I Lượng giống cấp I bằng 2% lượng giống cấp II Vgiống cấp I =
(m3/ngày). mgiống cấp I =
(kg/ngày). Bảng 4.3. Thành phần và khối lượng môi trường nhân giống cấp I Cơ chất  Tỉ lệ (%)  Khối lượng (kg/ngày)   Đường  2,0%  0,98
  K2HPO4  0,3%  0,147
  Cao ngô  0,5%  0,245
  Dịch thủy phân đậu tương  1%  0,49
  Dịch thải đạm  1%  0,49
  Ure  0,5%  0,245
  4.3.1. Giữ giống trong ống thạch nghiêng Lượng giống trong ống thạch nghiêng bằng 2% lượng giống cấp I Vống thạch nghiêng =
(m3/ngày). mgiống cấp I =
(kg/ngày). Bảng 4.4. Thành phần và khối lượng các chất trong môi trường thạch nghiêng Cơ chất  Tỉ lệ  Khối lượng (g)   Peton  1%  9,7584
  Cao thịt  1%  9,7584
  NaCl  0,50%  4,8792
  Thạch  2%  19,52
  Điều kiện nuôi cấy: Ống được bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 5oC, hai tháng cấy lại một lần, sáu tháng phân lập và tuyển chọn nòi có hiệu lực cao. 4.4. Tổng kết Bảng 4.5. Bảng tổng kết khối lượng qua các công đoạn STT  Công đoạn  Khối lượng     (kg/ngày)  (kg/ca)  (kg/h)   1  Lượng rỉ đường đem xử lý  116928,31  38976,10  4872,01   2  Ly tâm dịch rỉ đường  68434,65  22811,55  2851,44   3  Lượng tinh bột đem đi lọc  112687,78  37562,59  4695,32   4  Dịch hóa  104912,32  34970,77  4371,35   5  Đường hóa  82251,26  27417,09  3427,14   6  Pha chế dịch lên men  65519,64  21839,88  2729,98   7  Thanh trùng và làm nguội  63881,65  21293,88  2661,74   8  Lên men  118777,27  39529,42  4949,05   9  Lọc tách sơ bộ  115807,84  38602,61  4825,33   10  Cô đặc chân không  17364,23  5788,08  723,51   11  Tẩy màu  7674,99  2558,33  319,79   12  Axit hóa, kết tinh  7598,24  2532,75  316,59   13  Ly tâm  5159,21  1719,74  214,97   14  Lọc băng tải  1615,06  538,35  67,29   15  Sấy  1508,71  502,90  62,86   16  Làm nguội  1462,13  487,38  60,92   17  Bao gói  1440,20  480,07  60,01   CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 5.1. Thiết bị xử lý nguyên liệu 5.1.1. Nguyên liệu rỉ đường 5.1.1.1. Thùng chứa và định lượng rỉ đường Thùng chứa là thiết bị hình trụ, có đáy dạng hình nón. Thiết bị được đặt trên cao để tự chảy xuống thùng pha loãng. Chọn thể tích của thiết bị có thể chứa được lượng rỉ đường của một ca Khối lượng rỉ đường cho một ca sản xuất là m = 38976,10 (kg/ca) Khối lượng riêng của rỉ đường 60% là d =
(kg/m3) [10, tr 61]. Thể tích của rỉ đường lúc này là: Vrỉ đường ban đầu =
(m3/ca) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là
thì ta có thể tích của thiết bị chứa là: Vthiết bị =
(m3) Chọn đường kính thiết bị D = 2,5 (m);
= 60o; Chọn h3 = 0,1 (m); Đường kính ống tháo d = 0,2 (m) Chiều cao của phần đáy nón thiết bị là: h2 =
(m) Thể tích của phần nón là: Vnón =
Vnón =
(m3) Thể tích của phần trụ là: Vtrụ = Vthiết bị - Vnón =
(m3)
Nên chiều cao của phần trụ là: h1 =
=
(m) Không chọn thiết bị thiết bị dự trữ. Vậy số thiết bị cần dùng cho sản xuất là: nthiếtbị = 1. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 37,8 (m3); Dthiết bị = 2,5 (m); dống tháo = 0,2 (m);
= 60o; h1 = 4,8 (m); h2 = 2,0 (m); h3 = 0,1 (m). 5.1.1.2. Thùng pha loãng rỉ đường Thùng pha loãng rỉ đường được đặt bên dưới thùng định lượng để dịch rỉ đường có thể tự chảy vào thiết bị pha loãng Chọn thiết bị pha loãng dạng hình trụ có đường kính của thiết bị là D = 2m, chiều cao của thiết bị là h = 2m. Thiết bị có gắn cánh khoấy để có thể pha loãng rỉ đường khi cần thiết. 5.1.1.3. Thiết bị xử lý rỉ đường Chọn thiết bị thủy phân làm việc gián đoạn, có thể xử lý được lượng rỉ đường trong một ca. Thiết bị được cấu tạo có lóp lót chịu axit, có sơ đồ cấu tạo như hình bên. [5, tr90]. Thể tích rỉ đường cần được xử lý là: Vrỉ đường ban đầu = 30,24 (m3/h) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là
= 0,70. Như vậy thể tích của thiết bị xử lý là: Vthiết bị xử lý =
(m3). Thể tích thiết bị được tính như sau: Vthiết bị = Vthân trụ + Vnắp + Vđáy Chọn chiều cao của ống tháo h1 = 0,4m; Đường kính của ống tháo d = 0,4m; Đường kính của thiết bị là D = 2,5m;
= 60o; Tính tương tự như tính thùng chứa ta có chiều cao của phần đáy thiết bị là: h2 =
(m). Và thể tích của phần đáy của thiết bị là: Vđáy =
(m3) Tính thể tích nắp thiết bị, chọn h4 = 1,5m. Vnắp =
=
(m3) Vnắp = 4,56 (m3) Thể tích phần thân hình trụ: Vthân = V – Vđáy – Vnắp = 43,2 – 14,12 – 4,56 = 24,52 (m3). Chiều cao của phần trụ là: h3 =
=
= 5 (m). Chiều cao thiết bị là hthiết bị = h1 + h2 + h3 + h4 = 0,4 + 1,82 + 5 + 1,5 = 8,72 (m) Chọn thiết bị với các thông số sau: Vthiết bị = 43,2 (m3); Dthiết bị = 2,5 (m); hthiết bị = 8,72 (m); Thời gian thủy phân của một thiết bị là 60h nên số thiết bị cần dùng là n =
= 7,5 ~ 8 và không có thiết bị dự trữ. Vậy số thiết bị cần dùng cho xử lý rỉ đường là nthiết bị = 8. 5.1.1.4. Ly tâm rỉ đường Chọn thiết bị ly tâm nằm ngang [5, tr 197], thiết bị làm việc liên tục. Khối lượng rỉ đường cần được ly tâm là: mrỉ đường = 2851,44 (kg/h) Khối lượng riêng của rỉ đường 10% là d = 1039,98 (kg/m3), [10, tr 58]. Thể tích của rỉ đường cần được xử lý là: Vtinh bột =
(m3/h). Chọn thiết bị ly tâm 202K-3 Thông số kỹ thuật của thiết bị như sau: Năng suất của thiết bị, m3/h : 3 Đường kính trong lớn nhất của rôto, mm : 200 Số vòng quay lớn nhất của rôto, vòng/phút : 6000 Tỉ số giữa chiều dài hoạt động của rôto và đường kính : 3 Công suất động cơ, kW : 5,5 Kích thước cơ bản, mm : 1455 x 1080 x 740 Chọn số thiết bị cho nhà máy là n = 1 thiết bị. 5.1.1.5. Thùng chứa rỉ đường sau ly tâm Rỉ đường sau khi ly tâm được chảy vào thùng chứa rồi được bơm liên tục vào thiết bị pha chế dịch lên men. Chọn thùng chứa có thể tích chứa được 1/4 lượng rỉ đường trong một ca sản xuất thì ta có thể tích của thiết bị cần là: Vthiết bị =
(m3) Chọn thiết bị có cấu tạo dạng hình trụ, có đường kính là D = 2m, như vậy chiều cao của thiết bị là h =
= 1,75m Vậy thùng chứa dịch sau ly tâm có cấu tạo dạng hình trụ, có kích thước như sau: D = 2m, h = 1,7m 5.1.2. Nguyên liệu tinh bột 5.1.2.1. Hố chứa tinh bột ban đầu Hố chứa có thể tích đủ để chứa được lượng tinh bột trong một ca sản xuất. Hố được xây 1/2 chìm và 1/2 nổi, bên trong hố có đặt gàu tải để vận chuyển tinh bột lên thùng định lượng. Khối lượng tinh bột cần chứa trong một ca sản xuất là: mtinh bột =
(kg/ca). Giả sử khối lượng riêng của tinh bột d = 1650 (kg/m3) [10, tr 48]. Thể tích của nguyên liệu tinh bột là Vtinh bột =
(m3/ca) Chọn hố chứa có cấu tạo dạng hình chủ nhật với hệ số chứa đầy là
= 0,9 thì ta có thể tích cần của hố là: Vhố =
m3 Chọn hố chứa có kích thước lần lượt như sau: 3m
2m
4,2m 5.1.2.2. Thùng định lượng tinh bột Thùng định lượng lượng tinh bột cho một ca sản xuất là thiết bị dạng hình trụ, có đáy dạng hình nón, có nắp bằng. Số thiết bị cho một ca sản xuất là n = 1 Chọn hệ số chứa đầy của thùng chứa là
= 0,8 thì thể tích của thiết bị chứa là Vthiết bị =
(m3). Chọn đường kính thiết bị D = 2,5 (m);
= 60o; Chọn h3 = 0,1(m); Đường kính ống tháo d = 0,2 (m). Tính tương tự như thùng chứa rỉ đường, ta có: Tính tương tự như thùng chứa rỉ đường, ta có: Chiều cao của phần đáy nón thiết bị là: h2 =
(m) Thể tích của phần nón là: Vnón =
Vnón =
(m3) Thể tích của phần trụ là: Vtrụ = Vthiết bị - Vnón =
(m3)
Nên chiều cao của phần trụ là: h1 =
=
(m) Chiều cao thiết bị là hthiết bị = h1 + h2 + h3 = 2,9 + 2,0 + 0,1 = 5,0 (m). Không chọn thiết bị dự trữ, vậy số thiết bị cần dùng cho sản xuất là: nthiết bị = 1. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 28,46 (m3); Dthiết bị = 2,5 (m); dống tháo = 0,2 (m);
= 60o; hthiết bị = 5,0 (m). 5.1.2.3. Thiết bị hòa tan tinh bột Thiết bị được đặt bên dưới thùng chứa và định lượng tinh bột Thiết bị hòa tan tinh bột có cấu tạo dạng hình trụ tròn bên trong có gắng cánh khoấy để khoấy tinh bột khi tinh bột được tự chảy từ thùng định lượng xuống Chọn thùng hòa tan tinh bột có kích thước như sau: Đường kính D = 2m, chiều cao h = 1,5 5.1.2.4. Thiết bị lọc lưới Chọn thiết bị cho một ca sản xuất là nthiết bị = 1, không có thiết bị dự trữ. Thể tích tinh bột cần được lọc là: Vtinh bột =
(m3/h). Chọn thiết bị lọc là một thùng chứa hình trụ tròn có gắn lưới lọc bên trong để lọc rác trong tinh bột. Thiết bị làm việc liên tục. Chọn thiết bị có đường kính là D = 2m và chiều cao là h = 2m 5.1.2.5. Thiết bị dịch hóa Thiết bị dịch hóa là thiết bị 2 vỏ có thể chịu được axit và nhiệt độ [5, tr 87]. Thể tích tinh bột cần được dịch hóa là: Vtinh bột =
(m3/h). Thời gian dịch hóa là 40 phút nên thể tích của tinh bột dịch hóa được trong một mẻ là: V1 mẻ =
(m3/mẻ). Hệ số chứa đầy của thiết bị dịch hóa là
= 0,60. Như vậy thể tích của thiết bị thực hiện quá trình dịch hóa là: Vthiết bị =
(m3). Chọn đường kính thiết bị D = 1,5m; Nên chiều cao của thiết bị là: h =
=
(m). Giả sử chiều cao của phần đỉnh của thiết bị là hđỉnh = 1,0m nên chiều cao của thiết bị là hthiết bị = 2,67 m Không chọn thiết bị dự trữ, vậy số thiết bị cần dùng cho dịch hóa là: nthiết bị = 1. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 2,95 (m3); Dthiết bị = 1,5 (m); hthiết bị = 2,67(m); 5.1.2.6. Thiết bị đường hóa Chọn thiết bị đường hóa có thể tích đủ để thực hiện đường hóa lượng dịch tinh bột trong một ca sản xuất. Thể tích tinh bột đường hóa là: Vtinh bột =
(m3/ca). Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị đường hóa là
= 0,8 và số thiết bị cho một ca sản xuất là n = 1 thiết bị. Nên thể tích của một thiết bị thực hiện đường hóa là: Vthiết bị =
(m3). Chọn đường kính thiết bị là D = 2,5 m, tương tự như thiết bị dịch hóa thì ta có chiều cao của thiết bị đường hóa là: h =
=
(m). Giả sử chiều cao của phần đỉnh của thiết bị là hđỉnh = 1,5m, nên chiều cao của thiết bị là hthiết bị = 4,24 + 1,5 = 5,74m Thời gian tiến hành dịch hóa là 60 – 70h, nên số thiết bị cần dùng là: nthiết bị = 9 Không chọn thiết bị dự trữ. Vậy số thiết bị cần dùng cho sản xuất là: nthiết bị = 9. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 20,78 (m3); Dthiết bị = 2,5 (m); hthiết bị = 5,74(m); 5.2. Thiết bị pha chế dịch lên men Thiết bị có dạng hình trụ tròn, có cánh khuấy. Thể tích của thiết bị có thể pha chế được lượng dịch lên men cho một ca sản xuất. Chọn khối lượng riêng dịch lúc này là: d = 1061,04 (kg/m3) [10, tr61]. Thể tích của hỗn hợp dịch đường khi đưa vào thiết bị lên men là: V =
(m3/ca) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị pha chế là
= 0,8 thì thể tích của thiết bị pha chế là: Vthiết bị =
(m3). Chọn đường kính thiết bị D = 3,0 m; Nên chiều cao của phần trụ là: hthiết bị =
=
(m). Vậy số thiết bị cần dùng cho pha chế dịch lên men là nthiết bị = 1. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 25,73 (m3); Dthiết bị = 3,0 (m); h = 3,64 (m) 5.3. Thiết bị thanh trùng và làm nguội Ta có thể tích dịch đem thanh trùng V =
= 2,51 (m3/h) Chọn 1 thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng BO1-Y5 Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất, m3/h : 5 + Số lượng bản, cái : 85 + Bề mặt làm việc của các bản, m2 : 12,1 + Vận tốc của sản phẩm, m/s : 0,4 + Vận tốc chất tải nhiệt, m/s : 0,4 + Kích thước bản, mm : 800×255×1,2 + Kích thước thiết bị, mm : 1870×700×1400 + Khối lượng, kg : 430 5.4. Thiết bị lên men Quá trình lên men được thực hiện gián đoạn trong các thiết bị lên men theo từng ca sản xuất. Tổng thời gian lên men là 30h nên số thiết bị lên men cần dùng là n = 4 thiết bị. Thể tích của dịch đường đưa vào thiết bị lên men là Vdịch lên men =
(m3/ca). Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị lên men là
= 0,7; Thể tích của thiết bị lên men là: Vthiết bị =
(m3). Chọn thiết bị lên men với bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt có sức chứa 63m3 [5, tr 197]. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị lên men: Tỉ lệ chiều cao và đường kính bằng
. Gọi đường kính của thiết bị lên men là D (m), chiều cao của thiết bị là 2,6D. Thể tích của thiết bị lên men:
→
(m) Vậy thiết bị lên men có đường kính D = 2,98m và chiều cao h = 7,75m. Cơ cấu chuyển đảo gồm các tuabin có đuờng kính 600
1000mm với các cánh rộng 150
200mm, số vòng quay của cơ cấu đảo trộn 110
200vòng/phút. Thiết bị hoạt động dưới áp suất dư 0,25 MPa và để tiệt trùng ở nhiệt độ 130
140oC, áp suất bên trong thiết bị 50 kPa. Chọn thiết bị dự trữ là n = 1, vậy tổng số thiết bị lên men cần dùng cho nhà máy là nthiết bị = 5 thiết bị. 5.5. Thiết bị nhân giống 5.5.1. Thiết bị nhân giống thạch nghiêng Vống thạch nghiêng =
(m3/ngày). Chọn hệ số chứa đầy là
= 0,4 Thể tích thực của ống là
(m3) = 0,00228 (lít). Chọn ống thủy tinh có thể tích 10 ml Số ống nhân giống cần cho sản xuất một ngày là:
Chọn n = 1 ống 5.5.2. Thiết bị nhân giống cấp 1 Lượng giống cấp 1 cần cung cấp trong một ngày là
(m3/ngày). Chọn hệ số chứa đầy
= 0,4 Thể tích của thiết bị nhân giống là: Vthiết bị =
(m3) = 0,114 (lít) Chọn các bình tam giác thể tích 100 ml để nhân giống cấp 1. Chọn đường kính của thiết bị nhân giống cấp một là D = 20mm thì chiều cao của thiết bị là
Số bình tam giác cần cho một ngày việc là: n =
~2 bình. 5.5.3. Thùng bị nhân giống cấp 2 Lượng giống cấp 2 cần cung cấp trong một ngày là 2,28 (lít/ngày). Chọn hệ số chứa đầy
= 0,5 Thể tích của thiết bị nhân giống cấp hai là: Vthiết bị =
= 4,56 (l) Nhân giống cấp hai trong các nồi lên men có thể tích 5 lít. Số thiết bị nhân giống cần cho một ngày việc là: n = 1 (thùng). Chọn đường kính thiết bị là D = 0,3m thì chiều cao của thiết bị là
(m) Chọn n = 1 thiết bị để nhân giống cấp 2. 5.5.4. Thùng bị nhân giống cấp 3 Thể tích giống cung cấp cho lên men 113,76 lít/ngày Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là
= 0,6 thì thể tích của thiết thiết bị nhân giống là: Vthiết bị =
lít Quá trình nhân giống được tiến hành trong các thùng tôn có thể tích 200 lít. Như vậy số thùng trong một ngày là n = 1 Chọn n = 1 thùng tôn, mỗi thùng có thể tích 200 lít để nhân giống cấp 3 Chọn thùng nhân giống dạng hình trụ tròn, đáy bằng, có đuờng kính D = 0,5 m; Tính tương tự như thùng chứa thì ta có chiều cao của thùng nhân giống là: h =
1 (m). 5.6. Lọc tách tế bào vi sinh vật Giả sử khối lượng riêng của dịch axit sau lên men là d = 1500 kg/m3. Thể tích dung dịch sau lên men cần được tách xác tế bào vi sinh vật là: Vdịch axit =
(m3/h). Giả sử thời gian lưu của dịch trong thiết bị lọc là 2 phút, nên thể tích của 1 mẻ lọc là: V1 mẻ =
(m3) Giả sử vận tốc của dịch lọc trong thiết bị lọc là 1m/phút thì ta có chiều dài của thiết bị lọc là 2m, cho khoảng cách giữa các màng lọc là 10cm, chọn chiều cao của khung lọc là 1m thì chiều rộng của màng lọc là w =
(m) Vậy kích thước của khung lọc lần lượt là: Chiều dài = 2m, chiều rộng 1,167m và chiều cao 1,0m. 5.7. Cô đặc chân không Khối lượng của dung dịch cần cô đặc là: mdung dịch =
(kg/h) Chọn thiết bị cô đặc có ký hiệu là SJN2-1000 có các thông số chính như sau: Năng suất (kg/h) 1000 Tiêu hao hơi (kg/h) 100 Áp lực hơi < 0,1 Mpa Kích thước (m) L*W*H 5,5*1,1*3,8 5.8. Tẩy màu Giả sử khối lượng riêng của dung dịch axit lúc này là d = 1300 kg/m3. Thể tích của dịch axit cần được tẩy màu Vdịch axit =
(m3/h). Giả sử thời gian lưu của dịch axit trong thiết bị tẩy màu là 30 phút, thể tích của dịch axit trong một mẻ là Vdịch axit =
(m3). Chọn hệ số chiếm chổ của dịch axit trong thiết bị tẩy màu là
= 0,4. Vậy thể tích của thiết bị tẩy màu cần là: Vthiết bị =
(m3). Chọn đường kính của thiết bị là D = 0,6m thì chiều cao của thiết bị là h =
m Vậy thiết bị tẩy màu có các kích thước như sau: D = 0,6m; h = 1,4m. 5.9. Axit hóa, kết tinh Chọn thiết bị kết tinh làm lạnh bằng ống xoắn có thể chịu được axit, thiết bị làm làm việc gián đoạn theo ca.