Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩmngày từ nguyên liệu là rỉ đường và tinh bột sắn
Đồ án tốt nghiệp -1- SVTH:Trương Thanh Nhi LỜI MỞ ĐẦU Acid amin là thành phần cần thiết cho thể.Thiếu số acid amin nguyên nhân gây nên bệnh tật hay suy giảm sức khoẻ.Acid glutamic loại quan trọng thể, loại acid amin tham gia vào việc cấu tạo nên protein thể Trong 20 loại acid amin thể acid glutamic thuộc loại acid amin thay nghĩa thể tổng hợp có cơng thức C5H9NO4 Ở điều kiện bình thường thể khơng cần acid glutamic cung cấp từ bên ngoài, ngày chúng dùng chủ yếu việc sản xuất chất điều vị Acid glutamic tìm thấy nhờ Kikunae Ikeda, ơng phân lập acid glutamic từ rong biển [5,tr15] Tuy nhiên ngày acid glutamic sản xuất từ nguyên liệu tinh bột, rỉ đường….Acid glutamic có vai trò quan trọng y học, sinh học thực phẩm Đây nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bột số chất điều vị khác, mục đích tạo hương vị làm thức ăn thêm ngon Việc sản xuất acid glutamic việc cần thiết, ngành công nghiệp quan trọng cho cơng nghiệp chế biến thực phẩm, dược phẩm nói riêng ngành cơng nghiệp nói chung Có nhiều phương pháp sản xuất acid glutamic tổng hợp hoá học, thuỷ phân lên men vi sinh vật Trong phương pháp tổng hợp từ vi sinh vật có nhiều ưu điểm Nó ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất Nó khơng có ý nghĩa mặt kinh tế mà cịn có ý nghĩa lớn lao xử lý mơi trường tận dụng phế thải ngành công nghiệp khác Hiện nước ta cịn nhà máy sản xuất acid glutamic, mà phần lớn nhập từ nước ngoài, lợi để xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic cung cấp cho thị trường nước Ở đề tài chọn thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày từ nguyên liệu rỉ đường tinh bột sắn Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I -2- SVTH:Trương Thanh Nhi LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Acid glutamic sản phẩm mang lại nhiều lợi ích to lớn Trong nước ta chưa có nhà máy sản xuất loại sản phẩm Đây lợi để Đà Nẵng bắt tay vào xây dựng sản xuất 1.1 Đặc điểm tự nhiên thành phố Đà Nẵng Có nhiều thuận lợi, Đà Nẵng nằm trung tâm khu vực Miền Trung Diện tích nhỏ có lượng lớn diện tích chưa có mục đích sử dụng, đặc biệt có khu cơng nghiệp Hồ Khánh điều kiện thuận lợi cho phát triển nhà máy Thời tiết phân làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa Hướng gió ổn định chủ yếu hướng Đơng-Nam Nhiệt độ không cao 37 0C không thấp 150C, độ ẩm tương đối thường mức 77% 1.2.Vùng nguyên liệu Thành phố Đà Nẵng nằm gần tỉnh Quảng Nam Quảng Ngãi Đây hai địa phương có nguồn nguyên liệu dồi cung cấp cho sản xuất Quảng Ngãi có nhà máy đường, cung cấp lượng rỉ đường cần thiết Quảng Nam có nhà máy tinh bột sắn Đây điều kiện thuận lợi để Đà Nẵng xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic 1.3 Hợp tác hố Nhà máy đặt khu cơng nghiệp Hoà Khánh nên điều kiện hợp tác hoá nhà máy nhà máy khác thuận lợi sử dụng chung cơng trình cơng cộng điện, nước, hệ thống nước, giao thơng….vv Nhờ giảm thiểu vốn đầu tư ban đầu 1.4 Nguồn cung cấp điện, nhiên liệu Đà Nẵng thành phố lớn lại có khu công nghiệp nên vấn đề điện, hơi, nhiên liệu thành phố đầu tư đáng kể Nhà máy sử dụng nguồn điện, có sẵn khu công nghiệp Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp -3- SVTH:Trương Thanh Nhi 1.5 Nguồn cung cấp nước vấn đề xử lý nước Nguồn cung cấp nước cho nhà máy nước công ty cung cấp nước thành phố, sử dụng nguồn nước ngầm khoan giếng…Ở ta chọn nước máy từ nhà máy cung cấp nước thành phố Nước từ nhà máy đưa lắng, lọc, làm mềm xử lý ion trước sản xuất 1.6 Giao thông vận tải Đà Nẵng nằm quốc lộ 1A đầu mối giao thông quan trọng hai miền Nam Bắc Có cảng lớn thơng quốc tế Ngồi cịn có tuyến quốc lộ 14B nối Đà Nẵng với Tây Nguyên Lào, Thái Lan Do thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu sản phẩm Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường bộ, đường thuỷ, đường hàng không điều kiện thuận lợi giao thơng 1.7 Thốt nước Nước thải nhà máy sau xử lý đưa hệ thống cống thoát nước đến khu xử lý nước thải chung khu công nghiệp 1.8 Nhân công thị trường tiêu thụ Nhà máy tuyển lao động Đà Nẵng địa phương lân cận Mặt khác với mức độ thị hố thành phố nay, lượng lao động vãn lai dồi Từ th nhân cơng với giá rẻ Thị trường tiêu thụ chọn thị trường cho nước 1.9 Nguồn tiêu thụ sản phẩm Nguồn tiêu thụ cho sản phẩm chủ yếu hướng vào công ty chế biến Dược phẩm, công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm thuỷ hải sản, công ty chế biến thực phẩm, cơng ty sản xuất mỹ phẩm công ty cần lượng acid glutamic để phục vụ cho việc sản xuất Kết luận: tất điều kiện cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic khu cơng nghiệp Hồ Khánh thành phố Đà Nẵng Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp -4- SVTH:Trương Thanh Nhi CHƯƠNG II: CHỌN VÀ THIẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1 Chọn phương pháp sản xuất Acid glutamic loại axit amin thể tổng hợp được, có nhiều loại thực phẩm protein thịt động vật, thực vật đậu peas, cà rốt, rong biển… Có nhiều phương pháp để sản xuất acid glutamic, bao gồm phương pháp sau: 2.1.1 Phương pháp hoá học Phương pháp trước sử dụng dài nước châu Âu Về nguyên tắc phương pháp sử dụng chất hố học thơng qua phản ứng mà tổng hợp nên Tuy nhiên, phương pháp tạo acid amin dạng D L nhược điểm Và việc tách hai loại gây tốn kém, không kinh tế 2.1.2 Phương pháp thuỷ phân Vào kỉ XIX người ta dùng phương pháp để thu nhận acid glutamic - Nguyên tắc: Sử dụng acid enzyme để thuỷ phân nguyên liệu có hàm lượng protein cao, thu acid amin có acid glutamic Sau phương pháp hố lý tách riêng acid glutamic - Ưu điểm: + Khống chế quy trình điều kiện sản xuất + Có thể áp dụng sở thủ cơng bán giới hố + Ổn định chất lượng sản phẩm mẻ - Nhược điểm: + Nguyên liệu sử dụng phải có hàm lượng protein cao, giá thành cao + Sử dụng nhiều thiết bị, hoá chất, thiết bị chống ăn mòn 2.1.3 Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) Đây phương pháp sử dụng rộng rãi để sản xuất acid glutamic - Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả tổng hợp acid glutamic để sản xuất - Ưu điểm: + Nguyên liệu so với hai phương pháp Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp -5- SVTH:Trương Thanh Nhi + Ít sử dụng hố chất, thiết bị chống ăn mịn + Hiệu suất q trìng cao + Có thể sử dung loại nguyên liệu khác nhờ vào chủng vi sinh vật - Nhược điểm: + Q trình địi hỏi u cầu kĩ thuật cao nghiêm ngặt + Đảm bảo vô trùng tạo sản phẩm + Khơng chống chế q trình 2.1.4 Phương pháp kết hợp Đây phương pháp kết hợp phương pháp hoá học lên men Với phương pháp mang lại hiệu suất cao địi hỏi kĩ thuật trang thiết bị đại xác Vì khơng thích hợp sản xuất công nghiệp, dùng cho nghiên cứu Với trình bày phương pháp lên men có nhiều ưu hết việc sản xuất acid glutamic Nên đề tài thiết kế chọn phương pháp lên men để sản xuât acid glutamic 2.2 Phương pháp lên men Sản xuất acid glutamic phương pháp lên men người ta sử dụng phương pháp lên men giai đoạn (gián đoạn) lên men trực tiếp 2.2.1 Phương pháp lên men hai giai đoạn Nguyên tắc phương pháp tạo α_Ketoglutaric kĩKetoglutaric kĩ thuật vi sinh nuôi cấy vi sinh vật Sau chuyển hố α_Ketoglutaric kĩKetoglutaric thành acid glutamic nhờ enzyme aminotransferase glutamatdehydrogenase Giai đoạn chuyển từ α_Ketoglutaric kĩKetoglutaric thành acid glutamic sử dụng nhiều chung khác Pseudomonas, Xantonomas, Ervinia,Bacillus,Micrococus Với môi trường cho trước cho phép ta tạo acid glutamic mà khơng tích luỹ acid α_Ketoglutaric kĩKetoglutaric lượng lớn mơi trường Q trìng chuyển hố acid glutamic thực qua hai kiểu phản ứng sau: - Chuyển amin: Acid α_Ketoglutaric kĩKetoglutaric + acid amin = L_Ketoglutaric kĩglutamic + acid xetonic Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp - -6- SVTH:Trương Thanh Nhi Amin hoá khử: α_Ketoglutaric kĩKetoglutaric + NH4 + NADH + H+ ==== L_Ketoglutaric kĩglutamic + H2O + NADP+ Enzyme aminotransferase lấy từ dịch nuôi cấy vi khuẩn thối rửa Flavobacterium, Achromobacter, Micrococus… Nhược điểm phương pháp dung nhiều enzyme acid amin làm nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên dung công nghiệp 2.2.2 Phương pháp lên men giai đoạn Nguyên tắc phương pháp sản xuất L_Ketoglutaric kĩglutamic dịch nuôi cấy loại vi sinh vật Các sinh vật có hệ enzyme đặc biệt chuyển hoặtc tiếp đường NH3 thành acid glutamic môi trường - Ưu điểm: +Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao +Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền,dễ kiếm +Nguyên liệu chứa đầy đủ thành phần dinh dưỡng cho trìng lên men Với ưu điểm vậy, chọn phương pháp lên men giai đoạn để sản xuất acid glutamic 2.3 Chủng vi sinh vật Tham gia vào trình lên men để sản xuất acid glutamic ta chọn vi sinh vật thường dùng là: Corynebacterium glutamicum Brevibacterium lactofermentus Micrococus glutamicus Nhưng chủ yếu chủng Corynebacterrium glutamicum (loại vi khuẩn nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát từ năm 1965 có khả lên men từ tinh bột, ngơ, khoai, khoai mì để tạo acid glutamic) Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp -7- SVTH:Trương Thanh Nhi Hình 2.1 Corynebacterium glutamicum 2.4 Qui trình sản xuất acid glutamic [5, tr167] Rỉ đường H2SO4 pH = đun 125÷1300C 6÷8h Tinh bột Hồ nước Xử lý Lọc Na2CO3 Pha lỗng 13÷14% Thuỷ phân 1380C,20 phút Trung hồ HCl Na2CO3, than hoạt tính Ép lọc Pha chế dịch lên men pH = 6,7÷6,9 Thanh trùng 110 C,10 phút K2HPO4 0,15% MgSO4 0,075% MnSO4 2% Urê 2,2% Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp -8- Làm nguội 28÷300C Giống gốc Nhân cấp I SVTH:Trương Thanh Nhi CấpII Lên men pH = 8,0 urê 1,8% dầu lạc 0,1% Pha lỗng Bình trao đổi ion pH = 5÷5,5 Kết tinh Ly tâm Sấy Tinh thể acid glutamic Bao gói Bảo quản 2.5 Thuyết minh qui trình quản 2.5.1 Xử lí nguyên liệu 2.5.1.1 Rỉ đường Thành phần rỉ đường: - Nước 20% [5,tr25] - Đường 62% - Các chất phi đường 10% a Xử lí rỉ đường Mục đích: loại bỏ tạp chất khơng mong muốn vi sinh vật tạp nhiễm, thuỷ phân dịch đường thành đường đơn Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp -9- SVTH:Trương Thanh Nhi Tiến hành: Dùng H2SO4 1%, pH = 4, đun nóng 130oC vịng để thuỷ phân hồn tồn dextrin, loại bỏ chất có hại CO 32-, chất keo, chất màu, acid hữu vi sinh vật tạp nhiễm Thiết bị: Thiết bị nghịch đảo đường Hình 2.1 Thiết bị nghịch đảo đường [6, tr92] b Lọc Mục đích lọc loại bỏ kết tủa chất cặn lắng Thiết bị: Dùng thiết bị lọc khung màng mỏng Hình 2.2 Thiết bị lọc khung [22] c Pha loãng Nhằm pha loãng rỉ đường đến nồng độ cho phép mà vi sinh vật sử dụng Pha lỗng đến nồng độ 13÷14% Thiết bị: Thùng pha lỗng Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp -10- 2.5.1.2 Tinh bột SVTH:Trương Thanh Nhi Hình 2.3 Thùng pha lỗng rỉ đường Thành phần tinh bột sắn: - Tinh bột 83÷88% [5, tr24] - Nước 10,6÷14,4% - Đạm 0,1÷0,4% - Chất khống 0,1÷0,6% - Chất hồ tan 0,1÷ 1,3% Sử dụng Cyclon để chứa tinh bột a Hoà tan Mục đích: Nhằm làm trương nở hạt tinh bột nhằm dễ dàng cho trình thuỷ phân Thiết bị: Thiết bị hồ tan có cánh khuấy Hình 2.4 Thùng hồ tan tinh bột b Thuỷ phân Mục đích: Là chuyển tồn tinh bột thành đường làm mơi trường dinh dưỡng cho vi sinh vật Đường chủ yếu glucoza Tiến hành: Cho HCl vào thuỷ phân (C6H10O5)n + n H2O HCl n C6H12O11 Tỷ lệ bột rắn ÷ nước ÷ acid = 100÷350÷165 [5, tr170] Hỗn hợp khuấy Nâng nhiệt lên 138oC thời gian 20 phút Thiết bị: Sử dụng thiết bị thuỷ phân Hình 2.5 Thiết bị thuỷ phân tinh bột [6, tr87] Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày ... liên tục vào làm bay ẩm làm khô acid Thiết bị: Thiết bị sấy acid glutamic Hình 2.15 Thiết bị sấy [21] 2.5.10 Bao gói Đề tài :Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày... Đề tài :Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể suất 800kg sản phẩm/ngày Đồ án tốt nghiệp -16- SVTH:Trương Thanh Nhi acid glutamic kết tinh, pha lỏng nước số acid glutamic tan vào gọi... để sản xuất acid glutamic - Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả tổng hợp acid glutamic để sản xuất - Ưu điểm: + Nguyên liệu so với hai phương pháp Đề tài :Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic