Đang tải... (xem toàn văn)
Sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men phục vụ chế biến mủ cao su
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINHBỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC*********KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPTHIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN PHỤC VỤ CHẾ BIẾN MỦ CAO SUGVHD : TS. Trịnh Văn DũngSVTH : Trần Minh TríMSSV : 01126191Niên khóa : 2001 – 2005 Tp Hồ Chí Minh 08- 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Độc lập – Tự do - hạnh phúc Tp Hồ Chí MinhBộ môn : Công Nghệ Sinh Học NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPHọ và tên : TRẦN MINH TRÍ MSSV : 01126191Lớp : DH01SH Niên khóa : 2001 – 20051. Đầu đề luận án : Thiết kế phân xưởng sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên menphục vụ chế biến mủ cao su2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)- Tổng quan công nghệ chế biến mủ cao su và công nghệ sản xuất acid acetic để lựa chọn quy mô thiết kế.- Tổng quan công nghệ sản xuất acid acetic bằng phương pháp sinh học - Tính toán thiết kế các thiết bị của dây chuyền công nghệ lựa chọn nhằm phục vụ nhu cầu chế biến mủ cao su tại nông trường Thành Tuy Hạ- Tính xây dựng và bố trí mặt bằng các yếu tố vệ sinh môi trường - Đánh giá hiệu quả kinh tế của mô hình sản xuất.3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận : 15/03/20054. Ngày hoàn thành khóa luận : 25/08/20055. Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn :TS. Trịnh Văn Dũng 100%Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn.Ngày tháng năm 200CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)ii LỜI CẢM ƠNCon xin chân thành cảm ơn cha mẹ đã nuôi nấng, dạy dỗ và tạo mọi điều kiện cho con có được ngày hôm nay.Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Văn Dũng đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận án.Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bộ môn Công Nghệ Sinh Học, thuộc trường Đại học Nông Lâm, Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy bảo và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và làm luận án.Tôi xin chân thành ghi nhớ và cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Nhà trường tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận án thành công.Xin cảm ơn tất cả các bạn lớp DH01SH đã động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua.iii TÓM TẮTTRẦN MINH TRÍ, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.Thời gian thực hiện: từ 15/3 đến 15/8 năm 2005.Thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh. “ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN PHỤC VỤ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU”Hội đồng hướng dẫn: TS. Trịnh Văn DũngAcid acetic (hay còn gọi là ethanol acid) là một hóa chất có giá trị kinh tế cao, được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp tổng hợp hữu cơ, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến mủ cao su .Ở Việt Nam tuy ngành công nghiệp tổng hợp hữu cơ còn non trẻ nhưng nhu cầu sử dụng acid acetic trong đời sống và trong hoạt động công nghiệp rất lớn. Đặc biệt là đối với ngành chế biến cao su thiên nhiên đang phát triển rất mạnh và vươn lên thành ngành công nghiệp quan trọng hiện nay thì acid acetic là hóa chất có vai trò không thể thiếu trong quy trình làm đông tụ mủ cao su thiên nhiên.Do là một nước nông nghiệp có khí hậu nhiệt đới nên nguồn nguyên liệu sản xuất acid acetic (như mật rỉ, hoa quả chín, tinh bột, cồn .) trong nước khá dồi dào.Với điều kiện như vậy thì rất thích hợp cho việc triển khai và áp dụng quy trình sản xuất acid acetic bằng phương pháp sinh học vào thực tế sản xuất. Cho nên việc nghiên cứu và thiết kế một quy trình sản xuất acid acetic bằng phương pháp sinh học (ứng dụng công nghệ sinh học) mang ý nghĩa thực tiễn trong tình hình phát triển của nước ta hiện nay và trong tương lai. Nội dung thực hiện:• Phân tích và lựa chọn phương pháp lên men acid acetic phù hợp• Lựa chọn chủng vi khuẩn acetic cho năng suất cao và ổn định• Lựa chọn nguyên liệu lên men• Lựa chọn vật liệu trong nước thay thế cho vật liệu nước ngoài làm chất mang (vật liệu bám)iv • Tính toán, thiết kế quy trình và các thiết bị sản xuất• Đánh giá hiệu quả kinh tế và khả năng ứng dụng của quy trình sản xuấtMỤC LỤCTrangMỞ ĐẦU 3NỘI DUNG THỰC HIỆN .4PHẦN 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT .5Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LATEX (MỦ) CAO SU THIÊN NHIÊN .61.1. TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊN CỦA LATEX CAO SU .61.1.1. Hệ thống latex và latex cao su 61.1.2. Thành phần và tính chất latex 71.2. SỰ ĐÔNG ĐẶC LATEX 91.2.1 Bản chất của sự đông đặc latex .91.2.2 Các phương pháp làm đông đặc latex 101.3 QUY TRÌNH ĐÁNH ĐÔNG MỦ CAO SU .131.3.1 Quy trình sản xuất mủ cao su kết hợp với quy trình sản xuất acid acetic 13 1.3.2 Các bước trong quy trình đánh đông mủ cao su .131.3.3 Ý nghĩa của việc thiết kế một phân xưởng sản xuất acid acetic theo phương pháp sinh học phục vụ cho chế biến mủ cao su .16Chương 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID ACETIC 172.1 TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ACID ACETIC 172.1.1 Các tính chất hóa lý của acid acetic .172.1.2 Các ứng dụng của acid acetic 182.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID ACETIC .192.2.1 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa học 192.2.2 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa gỗ 192.2.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hỗn hợp .202.2.4 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp sinh hóa 212.2.5 Phân tích và lựa chọn phương pháp sản xuất acid acetic 22v 2.3 SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HÓA .232.3.1 Quá trình lên men acid acetic 232.3.2 Bản chất sinh hóa của quá trình lên men acid acetic 242.3.3 Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng cách lên men .252.4 SẢN XUẤT ACID ACETIC THEO PHƯƠNG PHÁP NHANH 282.4.1 Các phương pháp sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh 282.4.2 Đặc điểm quá trình sản xuất acid acetic theo phương pháp cố định .312.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN ACID ACETIC 362.6 CHỦNG VI KHUẨN ACID ACETIC 392.7 NGUỒN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT .412.8 VẬT LIỆU CHẾ TẠO THIẾT BỊ LÊN MEN ACID ACETIC .41Chương 3: MÔ HÌNH FERMENTER SỬ DỤNG MÀNG SINH HỌC CỐ ĐỊNH TRONG LÊN MEN ACID ACETIC 423.1 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SINH HỌC – FERMENTER .423.1.1 Khái niệm và phân loại 423.1.2 Lựa chọn dạng fermenter thích hợp cho quy trình sản xuất acid acetic theo phương pháp cố định 443.2 NHỮNG YÊU CẦU VÀ TRÌNH TỰ THIẾT KẾMỘT FERMENTER 453.2.1 Những yêu cầu chung đối với fermenter 453.2.2 Trình tự nghiên cứu một fermenter 453.3 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HỆ VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN ACID ACETIC .473.3.1 Sự hình thành và phát triển của màng sinh học trên chất mang trongfermenter sử dụng màng sinh học cố định để lên men acid acetic 473.3.2 Quá trình khuếch tán các chất trong thiết bị lên men acid acetic dạng màng sinh học cố định 493.3.3 Mô hình động học sự phát triển của vi khuẩn trong màng sinh học 52vi 3.3.4 Mô hình toán học cho một fermenter dạng ống 57Thuyết minh dây chuyền công nghệ .59PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾ 60Chương 1: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH LÊN MEN 611.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT .611.2 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 621.2.1 Tính thiết bị khử trùng nước 621.2.2 Tính thùng pha chế 641.2.3 Tính tháp lên men 721.3 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ .771.3.1 Đĩa phân phối lỏng 771.3.2 Lưới đỡ đệm .771.3.3 Tính chân đỡ tai treo .781.3.4 Tính bơm, thùng chứa và ống dẫn .79Chương 2: TÍNH XÂY DỰNG VÀ TÍNH KINH TẾ .822.1 TÍNH XÂY DỰNG 822.1.1 Lựa chọn địa điểm xây dựng phân xưởng 822.1.2 Bố trí mặt bằng phân xưởng 822.1.3 Năng lượng cung cấp 832.1.4 Điện cung cấp .832.2 TÍNH KINH TẾ 842.2.1 Vấn đề vệ sinh môi trường 842.2.2 Tổ chức nhân sự trong nhà máy .842.2.3 Tính vốn đầu tư .85KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .87TÀI LIỆU THAM KHẢO .88vii DANH SÁCH CÁC HÌNH PHẦN 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾTHình 1.1 Sự thành lập các vùng theo độ pH .10Hình 1.2 Mô hình quy trình đánh đông mủ cao su 12Hình 1.3 Bể khuấy trộn mủ latex .13Hình 1.4 Bể đánh đông dạng bể hợp có vách ngăn .13Hình 1.5 Bể đánh đông dạng máng dài 14Hình 2.1 Quá trình oxy hóa rượu thành acid 23Hình 2.2 Thùng lên men giấm theo phương pháp chậm .24Hình 2.3 Thiết bị lên men theo phương pháp nhanh .25Hình 2.4 Thiết bị lên men theo phương pháp chìm .25Hình 2.5 Thiết bị lên men theo phương pháp hỗn hợp 26Hình 2.6 Thiết bị lên men nhanh bằng phương pháp trống quay 27Hình 2.7 Thiết bị lên men nhanh bằng phương pháp nhúng .28Hình 2.8 Thiết bị lên men nhanh theo phương pháp cố định (generator thông khí tự nhiên) .29Hình 2.9 Bộ phận phân phối dạng bánh xe cermep (a) và dạng máng lật (b) 31Hình 2.10 Khống chế nhiệt độ bằng vỏ bọc ngoài 32Hình 2.11 Khống chế nhiệt độ bằng làm nguội giữa chừng 32Hình 3.1 Fermenter làm việc gián đoạn 42Hình 3.2 Fermenter hoạt động liên tục dạng thùng có cánh khuấy .43Hình 3.3 Fermenter tầng sôi .43Hình 3.4 Fermenter dạng ống .43Hình 3.5 Biểu diễn màng sinh học bám trên vật rắn .47Hình 3.6 Mô tả quá trình vận chuyển oxy và viii cơ chất trong lên men hiếu khí .50Hình 3.7 Mô tả trở lực khuếch tán của oxy và trở lực của khuẩn ty 50Hình 3.8 Quá trình khuếch tán oxy đến màng vi khuẩnacid acetic trong fermenter 51Hình 3.9 Mô tả một vi sinh vật đơn lẻ 52Hình 3.10 Mô hình sinh khối .53Hình 3.11 Động học của sự sinh trưỏng và tạo thành sản phẩm .56Hình 3.12 Cân bằng vật chất vi phân đối với fermenter dòng chảy piston 57PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾHình 1.1 Sơ đồ thiết bị khử trùng nước 62Hình 1.2 Sơ đồ thiết bị pha dịch lên men .64Hình 1.3 Kích thước bích nối thiết bị .70Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị tháp lên men 72ix DANH SÁCH CÁC BẢNG PHẦN 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾTBảng 2.1 Các ứng dụng của acid acetic và các sản phẩm của nó 17PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾBảng 1.1 Thông số bích nối thiết bị khuấy trộn 69Bảng 1.2 Thông số bích nối tháp lên men chính .76Bảng 1.3 Kích thước tai treo .78Bảng 1.4 Kích thước chân đỡ .78Bảng 1.5 Kết quả tính đường kính ống nối tháp .81Bảng 1.6 Kích thước bích nối ống dẫn vào tháp .81Bảng 2.1 Diện tích xây dựng các nhà xưởng sản xuất .83Bảng 2.2 Tổ chức nhân sự của nhà máy .84x . xưởng sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên menphục vụ chế biến mủ cao su2 . Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)- Tổng quan công nghệ chế biến. PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN PHỤC VỤ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU Hội đồng hướng dẫn: TS. Trịnh Văn DũngAcid acetic (hay còn