Đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic hiện đại từ tinh bột sắn với năng suất 3820 tấn sản phẩm/năm

LỜI MỞ ĐẦU –&— Sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp lên men nói riêng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, góp phần làm đa dạng hóa nguồn thực phẩm cho xã hội và sản xuất ra nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác. Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp lên men cũng càng ngày phát triển và đặt được nhiều thành tựu to lớn, không ngừng hoàn thiện về số lượng và chất lượng. Acid glutamic rất cần cho sự sống, tuy là một loại amino acid không phải thuộc loại không thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại acid amin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng protit, xây dựng các cấu tử của tế bào [8,Tr 5]. Acid glutamic có thể đảm bảo nhiệm vụ chức năng tổng hợp nên các amino acid khác như alanin, losin, cystein, prolin, oxyprolin,…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 protit và phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương [8,Tr 5]. Acid glutamic phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự do, có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật. Trong mô acid glutamic tạo thành từ NH3 và acid α-xetoglutaric. Trong sinh vật đặc biệt là vi sinh vật, acid glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon [8,Tr 5]. Chính vì vai trò quan trọng của acid glutamic trong công nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm nên việc xây dựng thêm nhà máy sản xuất acid glutamic là một nhu cầu thiết thực góp phần vào nền kinh tế đất nước. Tôi xin trình bày đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic hiện đại từ tinh bột sắn với năng suất 3820 tấn sản phẩm/năm. CHƯƠNG 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Phát triển ngành công nghiệp chế biến thực phẩm là một yêu cầu cần thiết của việc phát triển nền kinh tế nước nhà trong thời kỳ đổi mới của chúng ta. Để ngày càng nâng cao mức sống của nhân dân, đáp ứng nhu cầu trong nước và tăng cường mở rộng thị trường xuất khẩu, sự phát triển của ngành thực phẩm đặc biệt là ngành sản xuất bột ngọt góp phần đem lại lợi nhuận cao cho nền kinh tế quốc dân Acid glutamic là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất bột ngọt và cũng là nguồn nguyên liệu để sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm, hóa chất,... Việc thiết lập nhà máy sản xuất acid glutamic là cần thiết nó giải quyết được rất nhiều các sản phẩm nông nghiệp và thu hút được một lượng lớn lao động. Thiết lập được nhà máy như trên cần nghiên cứu đến nhiều vấn đề sau. 1.1. Ðặc điểm thiên nhiên và vị trí xây dựng Ðịa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp với quy hoạch và đảm bảo sự phát triển chung về kinh tế ở địa phương. Em chọn địa điểm là tại tỉnh Ninh Bình. Ninh Bình là một tỉnh nằm ở cửa ngõ cực nam miền Bắc và khu vực đồng bằng Bắc Bộ, Việt Nam. Theo quy hoạch xây dựng phát triển kinh tế thì tỉnh này thuộc vùng duyên hải Bắc Bộ. Ninh Bình giáp với Hòa Bình, Hà Nam ở phía bắc, Nam Định ở phía đông, Thanh Hóa ở phía tây, biển (vịnh Bắc Bộ) ở phía đông nam. Trung tâm tỉnh là thành phố Ninh Bình cách thủ đô Hà Nội 93 km về phía nam. Ở vị trí điểm mút của cạnh đáy tam giác châu thổ sông Hồng, Ninh Bình bao gồm cả ba loại địa hình. Vùng đồi núi bán sơn địa ở phía Tây Bắc bao gồm các huyện Nho Quan, Gia Viễn, Hoa Lư, Tam Điệp; vùng đồng bằng ven biển ở phía Đông Nam thuộc 2 huyện Kim Sơn và Yên Khánh. Xen giữa 2 vùng lớn là vùng chiêm trũng chuyển tiếp. Ninh Bình có bờ biển dài 18km. Bờ biển Ninh Bình hàng năm được phù sa bồi đắp lấn ra trên 100m. Ninh Bình nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa chịu ảnh hưởng của khí hậu ven biển: mùa nóng, mưa nhiều từ tháng 5 đến tháng 10; mùa lạnh, khô từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau. Lượng mưa trung bình hàng năm: 1.700-1.800 mm; Nhiệt độ trung bình 23,5 °C; Số giờ nắng trong năm: 1.600-1.700 giờ; Độ ẩm tương đối trung bình: 80-85%. Diện tích:1.400 km², dân số (điều tra dân số 01/04/2009): 898.459 người với mật độ dân số 642 người/km². Ngoài ra Ninh Bình có hệ thống sông ngòi dày đặc như: sông Đáy, sông Hoàng Long, sông Càn, sông Vạc, Sông Vân... tạo thành mạng lưới giao thông thuỷ, bộ rất thuận tiện cho giao lưu phát triển kinh tế trong và ngoài tỉnh [12]. Từ các thông số trên cho thấy em xin chọn địa điểm đặt nhà máy tại huyện Yên Khánh gần khu công nghiệp Khánh Phú với hướng gió chủ đạo là hướng Đông Nam. Hình 1.1 Bản đồ hành chính Ninh Bình [12]. 1.2. Nguồn cung cấp nguyên liệu Nguồn nguyên liệu chủ yếu của nhà máy là tinh bột sắn, được cung cấp từ các nhà máy sản xuất tinh bột sắn tại khu vực Miền Trung – Tây Nguyên như: Nhà máy Chế biến tinh bột sắn Như Xuân (Thanh Hóa), Nhà máy Tinh bột sắn Intimex Nghệ An, nhà máy tinh bột sắn Quảng Trị,... Việc ổn định về nguồn nguyên liệu là điều kiện thuận lợi cho nhà máy đi vào hoạt động và nâng cao năng suất, chất lượng tốt. 1.3. Khả năng hợp tác hoá liên hợp hóa Việc hợp tác hoá giữa nhà máy thiết kế với các nhà máy khác về mặt kinh tế kỹ thuật và việc liên hợp hoá sẽ giảm thời gian xây dựng giảm vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm. Nhà máy hợp tác về mọi mặt với các nhà máy khác về phương diện kỹ thuật và kinh tế. Do nguồn nguyên liệu tinh bột sắn đều mua từ các nhà máy khác ngoài ra còn hợp tác với các nhà máy khác về bao bì, sắt tây, hộp cáctông, các cơ sở sản xuất nguyên liệu phụ khác [10,Tr 7]. 1.4. Giao thông vận tải Nhà máy thiết kế nằm ngay trên trục giao thông chính đảm bảo cả giao thông đường bộ và cả đường thuỷ thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên nhiên liệu vào nhà máy. Vì vậy vấn đề giao thông không chỉ mục đích xây dựng nhà máy nhanh mà còn là sự tồn tại và phát triển nhà máy trong tương lai. Từ các vấn đề trên giao thông là điều kiện cần thiết đối với nhà máy. 1.5. Nguồn cung cấp điện hơi nước Việc sử dụng điện để chạy động cơ, thiết bị và chiếu sáng điện thế sử dụng thường là 110-220V/360V. Ðể đạt yêu cầu phải lấy điện cao thế thường là 6 KV qua hạ thế. Nhà máy sử dụng lưới điện của khu công nghiệp ngoài ra nhà máy còn có máy phát điện dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục [10,Tr 7]. Nước dùng trong nhà máy với mục đích chế biến, vệ sinh thiết bị và dùng cho sinh hoạt. Nước phải có chỉ tiêu về độ cứng và vệ sinh cao phải đạt chỉ tiêu: chỉ số coli, độ cứng, nhiệt độ, hỗn hợp vô cơ, hữu cơ trong nước. Nguồn cung cấp lấy từ nhà máy nước, trong hệ thống của khu công nghiệp và trong nhà máy có giếng đóng qua hệ thống xử lý và có đài nước để đưa vào phân xưởng. Nhiên liệu sử dụng của nhà máy là than đá nhiệt lượng thấp (5.500-6.500 Kcal/Kg), được cung cấp thu mua tại vùng mỏ than của Quảng Ninh và nguồn khí Biogas thu được từ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Giai đoạn đầu khi chưa có khí biogas thì dùng than đá để đốt lò hơi. Sau khi có khí biogas, thì sử dụng than đá 40% và biogas 60% để vận hành lò hơi. 1.6. Nguồn cung cấp nhân công Vì nhà máy đặt gần khu công nghiệp nên sẽ thu hút được cán bộ chuyên môn. Cán bộ quản lý và cán bộ kỹ thuật của nhà máy được đào tạo tại các trường đại học: Kinh tế, Bách khoa, Tổng hợp, ... học tại khu vực Hà Nội,... Do Ninh Bình và các tỉnh lân cận là vùng đông dân cư nên việc tuyển dụng công nhân tại địa phương nhà máy là dễ dàng. Đây là việc tiện lợi cho nhà máy xây dựng vì tiện cho việc sinh hoạt đi lại, giảm công trình nhà ở, giảm được chi phí ban đầu. Ngoài ra thu hút công nhân có kinh nghiệm, tay nghề cao để đáp ứng nhu cầu dây chuyền sản xuất hiện đại của nhà máy. 1.7. Thị trường tiêu thụ sản phẩm Nhà máy sản xuất acid glutamic với công nghệ hiện đại hiện đại, chất lượng tốt có khả năng tiêu thụ trong cả nước, đẩy lùi acid glutamic ngoại nhập và tương lai sẽ xuất khẩu ra nước ngoài. 1.8. Xử lý chất thải Trong quá trình sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men ta sử dụng một lượng nước khá lớn, do vậy ta thải ra môi trường là rất lớn. Tùy từng loại nước thải mà có các biện pháp xử lý khác nhau: - Đối với nước thải dùng cho quá trình sản xuất cần được xử lý, tái sử dụng. - Nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy, vệ sinh thiết bị…thì được đưa vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý trước khi thải ra môi trường. - Đối với chất thải rắn thì được xử lý bằng phương pháp vi sinh sản xuất khí biogas, xác men để sản xuất phân hữu cơ vi sinh hay thức ăn gia súc. Tóm lại: Với các điều kiện đã nêu trên thì khả năng xây dựng một nhà máy sản xuất acid glutamic gần khu công nghiệp Khánh Phú thuộc huyện Yên Khánh, tỉnh Ninh Bình là hoàn toàn có thể, đồng thời có thể tạo ra bước chuyển hướng cơ cấu nông thôn theo hướng công nghiệp hoá và góp phần kích thích sự phát triển của các ngành sản xuất khác trong hệ thống cụm sản xuất công nghiệp của tỉnh qua đó thúc đẩy sự phát triển kinh tế huyện. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu về acid glutamic 2.1.1. Khái niệm Trong đời sống thường nhật, acid amin nói chung và acid glutamic (L-AG) nói riêng có một ý nghĩa to lớn. L-AG là một acid amin công nghiệp quan trọng [8,Tr 5]. Acid glutamic có công thức phân tử: C5 H9NO4 Thuộc loại acid amin có chứa một nhóm amin và hai nhóm cacboxyl. Điều chế bằng cách tổng hợp hoặc lên men gluxit. Acid glutamic có công thức hóa học là: Hình 2.1. Cấu trúc phân tử của acid glutamic [13]. Acid glutamic là những tinh thể không màu. Nhiệt độ nóng chảy là tnc = 247 - 249 oC (phân huỷ). Thăng hoa ở 200 oC. Độ quay cực riêng với tia D ở 22- 31oC. Ít tan trong nước, etanol; không tan trong ete, axeton. Acid L (+) - glutamic có vị ngọt của thịt, còn acid D (–) - glutamic không có vị đó. Mononatriglutamat (NaOOCCH2CH2CH(NH2)COOH) dễ tan trong nước, thường gọi là mì chính (bột ngọt) được dùng làm gia vị [14]. 2.1.2. Vai trò của acid glutamic Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu để sản xuất acid glutamic được đẩy mạnh nhất. Càng ngày ta càng sử dụng nhiều acid glutamic trong việc nâng cao sức khỏe và điều trị một số bệnh của con người [8,Tr 5]. Acid glutamic rất cần cho sự sống, tuy là một loại amino acid không phải thuộc loại không thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại acid amin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng protit, xây dựng các cấu tử của tế bào [8,Tr 5]. Acid glutamic có thể đảm bảo nhiệm chức năng tổng hợp nên các amino acid khác như alanin, losin, cystein, prolin, oxyprolin, … 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 protit 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 acid 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,…[8,Tr 5]. Acid glutamic dùng làm thuốc chữa các bệnh thần kinh và tâm thần, bệnh chậm phát triển trí óc ở trẻ em, bệnh bại liệt, bệnh hôn mê gan [8,Tr 5]. Acid glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa chất quan trọng: N-Acetylglutamat là chất hoạt động bề mặt, vi sinh vật có thể phân giải được, ít ăn da, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm, xà phòng và dầu gội đầu. Acid oxopyrolidicarboxylic, một dẫn xuất khác của acid glutamic được dùng làm chất giữ ẩm trong mỹ phẩm. Acetylglutamat được dùng trong xử lý ô nhiễm nước biển do dầu hỏa và dầu thực vật gây nên [8,Tr 5]. Acid glutamic phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự do, có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật. Trong mô acid glutamic tạo thành từ NH3 và acid α-xetoglutaric. Trong sinh vật đặc biệt là vi sinh vật, acid glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon [8,Tr 5]. 2.2. Nguyên liệu sản xuất acid glutamic Nguyên liệu giàu gluxit: tinh bột, rỉ đường, glucoza, sacaroza v.v… Em chọn nguyên liệu là tinh bột sắn. 2.2.1. Thành phần cấu tạo của tinh bột sắn Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn. Có hai loại sắn: sắn đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua. Sắn đắng có nhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời có nhiều xyanhydric, khoảng 200 ÷ 300 mg/kg. Sắn ngọt có ít xyanhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm. Sắn trồng ở các tỉnh phía Bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN. Thành phần hoá học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kỹ thuật chế biến sắn. Tinh bột sắn thường có các thành phần sau: Tinh bột : 83 ÷ 88% Nước : 10,6 ÷ 14,4% Xenluloza : 0,1 ÷ 0.3% Đạm : 0,1 ÷ 0,4% Chất khoáng : 0,1÷ 0,6% Chất hòa tan : 0,1 ÷ 1,3% Hình 2.2. Tinh bột sắn [15 ]. Tinh bột sắn có kích thước xê dịch trong khoảng khá rộng 5 ÷ 40 µm. Dưới kính hiển vi ta thấy tinh bột sắn có nhiều hình dạng khác nhau từ hình nón đến hình bầu dục tương tự tinh bột khoai tây nhưng khác tinh bột ngô và tinh bột gạo ở những chổ không có hình đa giác. Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin và amiloza, tỉ lệ amilopectin và amiloza là 4: 1. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằm trong khoảng 60 ÷ 800 C [8,Tr 16]. 2.2.2. Thu nhận glucoza từ tinh bột sắn - Phương pháp thủy phân bằng acid: Trong sản xuất công nghiệp người ta thường sử dụng dung dịch đường glucoza thủy phân từ tinh bột bằng acid hoặc enzim. Có hai loại acid: HCl và H2SO4 . Dùng HCl thời gian thủy phân ngắn nhưng không tách được gốc acid ra khỏi dung dịch. Dùng H2SO4 thời gian thủy phân dài, nhưng có thể tách gốc SO42- ra khỏi dịch đường bằng cách dùng CaCO3 trung hòa dịch thủy phân [8,Tr 16]. - Phương pháp thủy phân bằng enzim: Hai loại enzim được dùng nhiều cho quá trình này là α-amylaza và γ-amylaza, α-amylaza có nhiệm vụ phá hủy các mối liên kết α-1,4-glucozit của tinh bột tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng lớn như dextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, mantotrioza và cuối cùng là maltoza. γ-amylaza có tác dụng thủy phân mối liên kết α-1,4 và α-1,6-glucozit bắt đầu từ đầu không khử trên mạch amiloza và amilopectin và sản phẩm cuối cùng là glucoza. Mỗi enzim có pH và nhiệt độ thích hợp, pH và nhiệt độ tối ưu của mỗi loại enzim phụ thuộc vào nguồn gốc của nó. Trong công nghiệp người ta thường kết hợp α-amylaza bền nhiệt với γ-amylaza của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành đường glucoza [8,Tr 16]. Dịch đường sản xuất theo phương pháp enzim có hiệu suất chuyển hóa cao hơn phương pháp acid, không chứa gốc acid và tạp chất có hại, rất thích hợp cho việc sản xuất glucoza tinh thể và cho lên men nhờ vi sinh vật. Từ các tính chất ưu và nhược điểm nêu trên em xin chọn nguyên liệu sản xuất acid glutamic từ tinh bột sắn nhờ kết hợp α-amylaza bền nhiệt với γ-amylaza của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành đường glucoza. 2.3. Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra các acid 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 amino acid như: acid glutamic, lizin, valin, alanin, phenylalanin, tryptophan, methinonin, … Phương pháp lên men có nguồn gốc từ Nhật Bản, năm 1956 khi mà Shukuo và Kinoshita sử dụng chủng Micrococcus glutamicus sản xuất glutamat 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. Tất cả các loài vi sinh vật này đều có một số đặc điểm sau: + Hình dạng tế bào từ hình cầu đến hình que ngắn + Vi khuẩn Gram (+) + Hô hấp hiếu khí + Không tạo bào tử + Không chuyển động được, không có tiên mao + Biotin là yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển + Tích tụ một lượng lớn glutamic từ hydrat cacbon và NH4+ trong môi trường có sục không khí. 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 protit. + Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn. + Hiệu suất cao, giá thành hạ. + Tạo ra acid glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao. Với những trình bày ở trên thì phương pháp lên men có nhiều ưu thế hơn hết trong việc sản xuất acid glutamic. Nên đối với đề tài thiết kế này tôi chọn phương pháp lên men để sản xuất acid glutamic. 2.4. Các phương pháp lên men acid glutamic Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2 phương pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men trực tiếp. 2.4.1. Phương pháp lên men hai giai đoạn Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α-Ketoglutaric bằng các kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật. Sau đó chuyển hoá α-Ketoglutaric thành acid glutamic nhờ enzim aminotransferase và glutamatdehydrogenase. Giai đoạn chuyển từ α-Ketoglutaric thành acid glutamic có thể sử dụng nhiều chủng khác nhau như Pseudomonas, Xantonomas, Ervinia,Bacillus,Micrococus. Với môi trường cho trước cho phép ta tạo ra acid glutamic mà không tích luỹ acid α-Ketoglutaric lượng lớn trong môi trường. Quá trình chuyển hoá acid glutamic được thực hiện qua hai kiểu phản ứng sau: + Chuyển amin: Acid α-Ketoglutaric + acid aminL-glutamic + acid xetonic + Amin hoá khử: α-Ketoglutaric + NH4 + NADH + H+(NAD+H+)L-glutamic + H2O + NADP+(NAD+). Enzim aminotransferase được lấy từ dịch nuôi cấy các vi khuẩn thối rữa như Flavobacterium, Achromobacter, Micrococus… Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzim và acid amin làm nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp. [9,Tr 6]. 2.4.2. Phương pháp lên men một giai đoạn 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 enzim đặc biệt có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành acid glutamic trong 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 các thành phần dinh dưỡng cho quá trìng lên men [6,Tr 8]. Với những ưu điểm như vậy, ở đây tôi chọn phương pháp lên men một giai đoạn để sản xuất acid glutamic. 2.5. Các sản phẩm của quá trình lên men acid glutamic 2.5.1. Sản phẩm chính-Acid glutamic [8,Tr 82]. Phương trình tổng quát của quá trình tạo acid glutamic từ glucoza hay axetat và NH3 được biểu diễn như sau: Glucoza + NH3 + 1,5O2 Acid glutamic + CO2 + 3H2O Axetat + NH3 + 1,5O2 Acid glutamic + CO2 + 3H2O Sản phẩm chính là acid glutamic và CO2. Ở đây theo lý thuyết, hiệu suất chuyển hoá glucoza hay axetat thành axit glutamic đều là 81,66% nhưng ngày nay tùy theo điều kiện sản xuất và phương thức lên men hiệu suất chuyển hoá chỉ là 45 ÷ 50% trong sản xuất và 55 ÷ 57% giống tự nhiên hay 61 ÷ 62% từ giống đột biến trong nghiên cứu ở phòng thí nghiệm. 2.5.2. Sản phẩm phụ 2.5.2.1. Acid lactic Trong điều kiện tối ưu, acid glutamic sinh ra là chủ yếu. Nếu chệch khỏi điều kiện này thì Corynebacterium glutamicum sẽ tạo axit lactic thay vì tạo axit glutamic. Có hai lý do cơ bản là quá dư thừa biotin hoặc quá ít oxy hoà tan. Đôi khi sự thay đổi nhiệt độ đột ngột từ 30÷370C cũng dẫn tới việc biến quá trình lên men acid glutamic thành quá trình lên men acid lactic như đã xảy ra với B.divaricatum [8, Tr 82]. 2.5.2.2. Acid sucxinic Cũng được tạo ra nhiều khi môi trường thừa biotin hoặc thiếu oxy hoà tan [8, Tr 82]. 2.5.2.3. Acid α- xetoglutaric Mọi quá trình sinh tổng hợp đều có phản ứng tạo acid glutamic từ α- xetoglutaric nhờ xúc tác của hai hệ thống enzim transaminaza và acid glutamic – dehyrogenaza. Phản ứng này thực hiện được hoàn toàn khi môi trường có dư NH4+ và pH từ trung tính đến kiềm yếu. Nếu môi trường thiếu NH4+ và pH ở phạm vi acid yếu thì phản ứng trên không thực hiện được và α- xetoglutaric bị tích tụ ngày một nhiều trong môi trường thay vì acid glutamic [8,Tr 82]. 2.5.2.4. Sản phẩn khác Glutamin, alanin, L- acetylglutamin, aspatic... [8,Tr 82]. 2.6. Vi sinh vật trong sản xuất acid glutamic 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 Các chủng sản xuất acid glutamic thuộc những nhóm phân loại rất khác nhau như vi khuẩn Streptomyces, nấm men và nấm mốc. Các chủng Corynebacterrium glutamicum (Micrococcus glutamic) loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản là Kinosita phát hiện từ năm 1957 do công ty Kyowa Hakko đưa vào sản xuất. Các chủng quan trọng khác trong công nghiệp cho ít nhất 30g/l thuộc các chi Corynebacterium, Brevibacterium, Microbacterrium, hoặc Athrobacter. Ở đây, em chọn chủng Corynebacterium Glutamicum VN 3969 của Trung Quốc lượng sử dụng là 105-110g/l, không bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống này có khả năng sinh tổng hợp acid glutamic cao và không bị khống chế bởi nồng độ biotin. Đặc điểm: Gram(+), que ngắn, không vận động, hình chữ V hoặc song song từng đôi một, chiều dài từ 0,8-1µm, rộng 1-3µm. Khuẩn lạc dày trọn và nhô lên khỏi mặt thạch, thuộc vi khuẩn hiếu khí. Sống ở nhiệt độ thích hợp là 30-32oC trong 48 giờ. Hình 2.3. Vi khuẩn Corynebacterium Glutamicum [16]. 2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành axit glutamic 2.7.1. Nguồn cacbon Nguồn cacbon cung cấp chẳng những các đơn vị bộ khung cacbon của acid glutamic mà còn cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp của chúng. Có bốn dạng nguồn cacbon đã được dùng để lên men acid glutamic. Đó là cacbon hydrat, cacbua hydro, cồn và axit hữu cơ. Trong đó cacbon hydrat được dùng rộng rãi nhất [8,Tr 66]. Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp acid glutamic. Kinato và các cộng sự đã khảo sát rất kỹ vấn đề này. Các tác giả chỉ ra rằng trong phạm từ 10 ÷ 21%, nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men acid glutamic càng thấp, hàm lượng acid glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các enzim cần cho oxy hoá glucoza và α-xetoglutaric decacboxylaza càng cao. 2.7.2. Nguồn nitơ Cung cấp nitơ cho quá trình lên men acid glutamic là rất quan trọng bởi vì nitơ cần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử acid glutamic. Người ta thường dùng các loại muối chứa NH4+ như NH4Cl, (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4, NH4OH hay khí NH3 hoặc urê làm nguồn cung cấp nitơ [8,Tr 67]. 2.7.3. Nguồn muối vô cơ khác Các ion vô cơ cần ch sinh trưởng và tích luỹ acid glutamic. Sự có mặt của các ion sau đây là cần thiết: K+, Mg+2, Fe+2, Mn2+, SO4+2, PO4+3. Liều lượng thường được dùng như sau: K2HPO4: 0,05 ÷ 0,2% FeSO4: 0,0005 ÷ 0,01% KH2PO4: 0,05 ÷ 0,2% MnSO4: 0,0005 ÷ 0,005% MgSO4: 0,025 ÷ 0,1% Trong đó K+, Fe+2 và đặc biệt Mn2+ là quang trọng để thu lượng lớn acid glutamic. Ion K+ cần cho tích luỹ axit glutamic nhiều hơn là cho sinh trưởng [8,Tr 67]. 2.7.4. Nguồn các chất điều hoà sinh trưởng Chất điều hoà sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men acid glutamic nhờ các giống thiên nhiên là biotin. Để có hiệu suất lên men cao nồng độ biotin phải nhỏ hơn nồng độ tối ưu cần thiết cho sinh trưởng [8,Tr 67,68]. Ngày nay người ta sản xuất ra chủng vi sinh vật không còn phụ thuộc vào nồng độ cao hay thấp của biotin sử dụng nữa. 2.7.5. Ảnh hưởng của pH pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo acid glutamic của vi khuẩn sinh acid glutamic là trung tính hoặc kiềm cơ khác gây nên. Do đó liên tục bổ sung NH+4 để thực hiện yếu ở pH = 6,7÷8. Trong suốt quá trình lên men môi trường luôn có xu hướng trở nên acid do sự hình thành acid glutamic và các acid hữu hai chức năng cơ bản là điều chỉnh pH và cung cấp NH3 cho việc tổng hợp phân tử acid glutamic. Nguồn NH4+ sử dụng phổ biến là: Urê, nước NH3, khí NH3, NH4Cl,... [8,Tr 68]. 2.7.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình lên men là 26 ÷ 37 0C, trong thực tế lên men giai đoạn đầu ở 30 ÷ 32 0C và giai đoạn cuối là 36 ÷ 37 0C [8,Tr 68]. 2.7.7. Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn Sự cung cấp oxy và khuấy trong khi lên men có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Nó nhằm hai mục đích: Thứ nhất duy trì nồng độ oxy hoà tan ở mức trên giá trị tới hạn; Thứ hai khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích luỹ acid glutamic của vi khuẩn [8,Tr 69]. CHƯƠNG 3. CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC 3.1. Quy trình sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men trực tiếp Qua tham khảo các tài liệu em xin đưa ra quy trình sản xuất acid glutamic với năng suất 3820 tấn sản phẩm/năm cho nhà máy thiết kế như sau: [8], [6], [11]. Tinh bột sắn Hòa trộn Bx=33-40% Lọc cặn bã Cặn, bã pH=5,9-6; t=95-100oC; T=40 phút Dịch hóa α_amylaza Nước Làm nguội t=60-62oC Đường hóa γ_amylaza pH=4,2-4,5; t=60-62oC; T=70 giờ pH=6,7-6,9 Pha chế dịch lên men Chất khoáng Giống sản xuất Giống cấp II Thanh trùng, làm nguội t1=120oC ; T=15 phút t2=28-30oC Lên men Urê 1,8%; dầu lạc 0,1%; Bx=10%; pH=6,7-8; t=32oC; T=40 giờ. O2=40-90mg/lít.phút Giống cấp I (Corynebacterium Glutamicum) Lọc trong t=70oC; Pck=600mmHg Phơi≤1kg/cm2;Bx=30% Cô đặc chân không Tẩy màu Than hoạt tính Than hoạt tính Lọc ép H2SO4 98% Kết tinh pH=3,22; T=50 giờ Ly tâm Lọc rửa Sấy , làm nguội Phân loại Đóng gói Acid glutamic 3.2. Thuyết minh quy trình sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men trực tiếp 3.2.1. Hòa tan tinh bột sắn Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi dễ dàng cho quá trình thuỷ phân. Thông số kỹ thuật: Sử dụng nước nóng to=52-59oC. Nồng độ tinh bột hòa tan khoảng 33-40 %. [11]. Thiết bị: Sử dụng thiết bị hòa tan hình trụ có đáy hình côn có cửa xả liệu, bên trong có cánh khuấy. 3.2.2. Lọc cặn bã Mục đích: Nhằm làm sạch tinh bột trước khi đưa vào thủy phân. Thiết bị: Sử dụng thùng lọc hình trụ, thép không rỉ, phía trên có màng lọc bằng thép. Dung dịch tinh bột được chảy qua màng lọc bằng kim loại, đặt trong thùng lọc. 3.2.3. Dịch hóa Mục đích: Chuyển hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung dịch hòa tan chứa các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn. - amylaza, H2O (C6H10O5)n (C ( C6H12O5 )a + (C6H12O5 )b Trong đó (a+b=n) Thông số kỹ thuật : Sử dụng enzym- amylaza bền nhiệt. Quá trình dịch hóa bằng enzym - amylaza được tiến hành ở t0 = 95 110, pH = 5,9-6,1. Thời gian 40 phút. Tên chế phẩm enzym - amylaza được sử dụng là Termamyl 120L của hãng Novo-Đan mạch. Thiết bị: Sử dụng thiết bị nồi nấu bán nguyệt như sau. Hình 3.1. Nồi nấu bán nguyệt [17]. Đặc điểm: Nồi nấu inox hai vỏ sử dụng điện hoặc hơi để trao đổi nhiệt, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, tiết kiệm lao động. Thiết bị làm việc ở áp suất thường, hơi nóng đi giữa hai lớp vỏ để tiến hành trao đổi nhiệt. Sau khi nguyên liệu đặt yêu cầu thì sử dụng tay quay quay đổ liệu ra. Phía dưới đáy nồi là cửa tháo nước ngưng. 3.2.4. Làm nguội Mục đích: Dịch tinh bột sau khi dịch hóa có nhiệt độ khoảng 95 -1100 C. Do đó, phải làm nguội để nhiệt độ dịch tinh bột giảm xuống khoảng 60-620 C rồi đi đường hóa. Thông số kỹ thuật: Nhiệt độ làm nguội là 60-620 C. Sử dụng nước làm lạnh để trao đổi nhiệt. Thiết bị: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống Contherm. Dịch trao đổi nhiệt gián tiếp với nước làm nguội qua ống bằng cách dịch đi từ dưới lên. Chất tải lạnh đi từ trên xuống. Hình 3.2.Thiết bị trao đổi nhiệt Contherm [18]. Sản phẩm ra Sản phẩm vào Chất tải lạnh vào Chất tải lạnh ra 3.2.5. Đường hóa Mục đích: Nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucoza – nguồn dinh dưỡng mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng được. Trong giai đoạn đường hóa, dịch thu được sau quá trình dịch hóa được tiếp tục thủy phân tới glucoza. γ-amylaza (C6H10O5)a + n H2O a C6H12O6 Thông số kỹ thuật: Để quá trình đường hóa xảy ra hoàn toàn, người ta sử dụng enzim γ-amylaza, để bổ sung enzyme - amylaza người ta sử dụng chế phẩm enzyme Dextrozazym GA Quá trình đường hóa này là: pH = 4,2 – 4,5; nhiệt độ 60 – 62oC; Thời gian là 70 giờ. Thiết bị: Ta sử dụng thiết bị hai vỏ làm bằng thép không rỉ có cánh khuấy. Hình 3.3. Thiết bị đường hóa [32]. 3.2.7. Pha chế dịch lên men Mục đích: Phối trộn giữa dịch tinh bột đã đường hóa và các chất khoáng vào tạo ra môi trường thích hợp thuận lợi cho vi sinh vật Corynebacterium Glutamicum lên men tạo sinh khối sau này. Thông số kỹ thuật: pH được điều chỉnh đến 6,7-6,9 Dịch pha chế có nồng độ đường Bx=8-25%. Ta chọn dịch pha chế nồng độ 10%. Nồng độ hóa chất sử dụng [6,Tr 12]. K2HPO4: 0,125% MgSO4: 0,075% MnSO4: 0,00275% KH2PO4: 0,125% FeSO4: 0,00525% Urê: 1,8% Thiết bị: Sử dụng thiết bị pha chế thân hình trụ đáy và nắp hình cầu làm bằng thép không gỉ giống thiết bị hòa tan tinh bột nhưng khác về kích thước. 3.2.6. Thanh trùng, làm nguội Mục đích : Thanh trùng : Thanh trùng nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây hại trong môi trường dinh dưỡng trước khi lên men. Làm nguội: Hạ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ thích hợp với vi sinh vật để lên men. Thông số kỹ thuật : Nhiệt độ thanh trùng là 120oC, Thời gian 15 phút. Nhiệt độ làm nguội là 28-30oC. Thiết bị : Sử dụng thiết bị thanh trùng dạng tấm. Thiết bị gồm những bản mỏng gép lại với nhau, trên tấm bản có các rãnh để dịch trao đổi với tác nhân truyền nhiệt. Hình 3.4. Thiết bị thanh trùng dạng tấm [19]. 3.2.8. Nhân giống Mục đích : Tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men. Giống sử dụng là Corynebacterium Glutamicum VN 3969 của Trung Quốc lượng sử dụng là 105-110g/l, không bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống này có khả năng sinh tổng hợp acid glutamic cao và không bị khống chế bởi nồng độ biotin. Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau: Giống gốc Corynebacterium Glutamicum tiến hành nhân giống trong phòng thí nghiệm của nhà máy, đem thử nghiệm đặt yêu cầu thì tiến hành nhân giống cấp I, cấp II. Kiểm tra kỹ trước khi đưa đi nhân giống sản xuất. Tại phòng thí nghiệm, giống gốc được cấy chuyền sang các ống thạch nghiêng rồi tiến hành cấy vào các bình tam giác rồi đi lên men trên máy lắc. Thông số kỹ thuật: Qua tài liệu tham khảo [8] sau đây em xin đưa ra môi trường nhân giống thích hợp là: - Môi trường thạch nghiêng: Pepton 1%; Cao thịt bò 1%; NaCl tinh chế 0,5%; Thạch 2%. - Môi trường giống cấp I: Đường glucoza tinh khiết 2,5%; Rỉ đường 0,25%; Nước chấm 0,32%; MgSO4.7H2O 0,04%; Fe, Mn (đã pha 2000g/l) 0,002%; Urê 0,5%; B1 (đã pha 150g/l) 0,00015% [8, Tr 117]. - Môi trường giống cấp II: Ví dụ ứng với thể tích thiết bị lên men 60 lít: Đường glucoza 2000g; MgSO4 24g; H3PO4 60g; KOH; pH=9; Nước chấm 300ml; Rỉ đường 600g; Urê 480g; Dầu lạc 60ml; B1 20mg [8, Tr 117]. Chuẩn bị môi trường: Các chất được hoà trộn cùng với nước đặt nồng độ dịch đường là 10%, sau đó thanh trùng ở 1200C trong thời gian 30 phút. Sau đó làm nguội xuống còn 320C và tiến hành lên men . Tiến hành: Quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 320C, áp suất 1kG/cm3 cho tiếp urê và dầu lạc như quá trình lên men chính, lượng không khí cho vào khoảng: 850 ÷ 1100 lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăng dần tính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lít không khí/lít môi trường /1 phút). Đến giờ thứ 8 hoặc 9 là dùng được. Nồng độ giống là 10g/lít [8, Tr 119]. Thiết bị: Bồn nhân giống làm bằng thép không rỉ thân hình trụ có đáy và nắp hình chỏm cầu giống thiết bị hòa tan tinh bột nhưng khác về kích thước. 3.2.9. Lên men Mục đích: Chuyển hóa đường và đạm thành acid glutamic. Thông số kỹ thuật: Nồng độ đường ban đầu là Bx=10%; Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC. Giai đoạn đầu nhiệt độ là 30-32oC, giai đoạn sau tăng lên 36-37oC. Quá trình lên men hiếu khí, nên ta phải cung cấp O2 cho quá trình lên men. Lượng O2 cung cấp là: 40-90mg/lít.phút. Nếu thừa O2 sản phẩm chủ yếu là α-Xetoglutarat, còn nếu thiếu O2 sản phẩm chủ yếu là acid lactic. Cánh khuấy hai tầng: v= 450 vòng/phút. pH=6,7-8. Quá trình lên men pH thay đổi do có sự tạo thành acid hữu cơ nên ta điều chỉnh pH bằng các muối amoni, NH3 để cung cấp nitơ. Biotin: Ngày nay người ta sử dụng chủng loại vi sinh vật không phụ thuộc vào hàm lượng biotin vì vậy hàm lượng biotin không còn ảnh hưởng đến sự lên men. Thời gian lên men là 38-40h, chọn 40h, [11]. Trong quá trình lên men, đường được bổ sung liên tục tới cuối giai đoạn giữa. Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO2 thoát ra. Xử lý bọt: Trong quá trình lên men, do hoạt động các chất men của vi khuẩn, thải ra nhiều CO2, tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp để phá bọt. Ta dùng dầu lạc thô để phá bọt [6, Tr 10]. Thiết bị: Sử dụng thiết bị nhãn hiệu FXG60.0, làm bằng thép không rỉ có cánh khuấy bên trong. Nó là một loại của một thiết bị sử dụng cho các vận động cơ khí và vật liệu lên men. Thiết bị làm bằng thép không gỉ. Thiết bị lên men có hệ thống sục khí đặt bên trong thiết bị. Ngoài ra, xung quanh thiết bị được bao phủ bởi một lớp áo để sưởi ấm hoặc làm mát lưu thông các bộ phận bên trong thiết bị. Hình.3.5. Thiết bị lên men [22]. 3.2.10. Lọc dịch sau lên men Mục đích: Tách bã và xác men ra khỏi dịch có chứa acid glutamic. Thiết bị: Sử dụng thiết bị lọc khung bản. Hình.3.6. Thiết bị lọc khung bản [31]. Đặc điểm: Thiêt bị làm bằng chất chống ăn mòn thép không gỉ, để lọc dịch có các giá trị pH khác nhau, ứng dụng của thiết bị lọc áp lực hạn chế, ít hao mòn, chất lượng tốt lọc hiệu quả cao. Bao gồm các tấm bộ lọc, bộ lọc khu vực, một lưu thông lớn, và có thể được lọc theo giải pháp của quá trình sản xuất khác nhau theo yêu cầu, và lưu lượng sản xuất dựa trên người dùng. Số lượng của tấm có thể thay đổi được sao cho phù hợp với yêu cầu sản xuất, vì vậy thiết bị này rất linh hoạt trong sản xuất. Thiết bị có các tấm lọc hình phẳng, kết cấu tiên tiến, biến dạng, dễ dàng làm sạch, hiệu quả có thể tăng tuổi thọ của màng tế bào, làm giảm chi phí sản xuất. 3.2.11. Cô đặc Mục đích : Nhằm làm tăng nồng độ của dịch acid glutamic trước khi kết tinh. Thông số kỹ thuật: Vì dịch sau lên men có nồng độ acid glutamic khoảng 17 %, ta đưa vào hệ thống cô đặc chân không để tạo dung dịch axit glutamic có nồng độ khoảng 30%. Nhiệt độ cô đặc chân không là 70oC [6, Tr 12]. Thiết bị: Sử dụng thiết bị cô đặc chân không. Thông số kỹ thuật của thiết bị có thể thay đổi được theo yêu cầu. Hình 3.7. Thiết bị cô đặc chân không [23]. Đặc điểm: Thiết bị này bao gồm có 2 phần chính là buồng bốc hơi và buồng đốt liên hệ với nhau bởi ống nối. Dịch đi vào buồng đốt được đun sôi tạo thành hỗn hợp hơi - lỏng đi vào phòng bốc. Dung dịch đặc đi ra ở phần dưới của phòng bốc. Thiết bị này dễ dàng vận hành, dễ vệ sinh, hình đẹp, gương, đánh bóng nội bộ, màu sắc mờ bề mặt bên ngoài của cán nguội, phù hợp với yêu cầu vệ sinh thực phẩm của y học, các tiêu chuẩn GMP. 3.2.12. 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. Hình 3.8. Than hoạt tính [24]. Hình 3.9. Hệ thống tẩy màu bằng than hoạt tính [25]. Trong hệ thống tẩy màu trên thiết bị số 12 là thiết bị tẩy màu bằng than hoạt tính, dịch đi từ trên xuống trong thiết bị có chứa than hoạt tính sau một thời gian hấp thụ màu dịch đã được xử lý chảy ra ở phía dưới được bơm 14 bơm đi. 3.2.13. Lọc ép Mục đích : Sau khi ra khỏi thiết bị tẩy màu dịch có thể có lẫn than hoạt tính nên được đưa đi lọc ép làm sạch. Thiết bị : Sử dụng thiết bị lọc khung bản giống thiết bị lọc dịch sau lên men. 3.2.14. Kết tinh Mục đích : Tách lấy acid glutamic ra khỏi dịch lên men. Có rất nhiều phương pháp kết tinh acid glutamic: phương pháp điểm đẳng điện, phương pháp dùng dung môi hữu cơ, phương pháp hydroclorit của axit glutamic, phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện thẩm tích. Em chọn phương pháp kết tinh bằng phương pháp điểm đẳng điện vì phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, đang được áp dụng nhiều. Bằng cách đưa pH dung dịch về điểm đẳng điện của acid glutamic tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình làm lạnh và kết tinh. Tiến hành: Toàn bộ dung dịch acid glutamic thu được trên được đưa về thùng kết tinh. Cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa acid glutamic kết tủa quá sớm, kết tinh nhỏ và hiệu quả thấp. Cho H2SO4 98% vào để tạo điểm đẳng điện ở PH=3,22 thì thôi và bắt đầu làm lạnh. Dịch acid glutamic sau khi đạt pH đẳng điện thì cho nước lạnh khoảng 5 0C vào vỏ thùng và làm lạnh. Trong quá trình này cánh khuấy hoạt động liên tục làm cho acid glutamic kết tinh xốp và tơi, sau ít nhất 48 giờ thì quá trình kết tinh kết thúc. Chọn thời gian kết tinh là 48h [8, Tr 128]. Thiết bị: Thiết bị kết tinh làm bằng thép không gỉ có áo lạnh bên ngoài thân hình trụ đáy và nắp hình chỏm cầu. Hình 3.10. Thiết bị kết tinh [26]. 3.2.15. Ly tâm Mục đích: Tách pha rắn và pha lỏng sau khi kết tinh nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy. Pha rắn: gồm acid glutamic đã kết tinh và lắng xuống, thu được acid glutamic ẩm. Pha lỏng: gồm nước và một ít acid glutamic không kết tinh hòa tan vào ta gọi đó là nước cái. Phần nước cái đưa đi kết tinh lại. Thiết bị: Sử dụng thiết bị ly tâm ngang để tách pha rắn acid glutamic và pha lỏng là nước ra. Hình 3.11. Thiết bị ly tâm ngang [20]. 3.2.16. Rửa, ép lọc Mục đích: Tinh thể sau khi ly tâm còn ẩm và có bám màu nâu nên cần được làm sạch bằng quá trình ép lọc. Thiết bị: Chọn thiết bị lọc Belt Filter Pres Hình 3.12. Thiết bị lọc Belt Filter Pres [27]. 3.2.17. Sấy, làm nguội Mục đích: Acid glutamic hút ẩm rất nhanh nên sau ly tâm phải sấy ngay. Để làm sáng bóng hạt acid glutamic và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sau (bảo quản). Thông số kỹ thuật: Độ ẩm acid glutamic sau khi sấy: 0,5-1%. [6,Tr 12]. Thời gian sấy mất khoảng gần 2 giờ [8, Tr 131]. Thiết bị: Sử dụng máy sấy vi sóng diệt khuẩn dạng băng tải. Hình 3.13. Máy sấy vi sóng diệt khuẩn dạng băng tải [28]. Nguyên lý làm việc: Sử dụng vi sóng sản xuất bởi bộ sản sinh vi sóng để thực hiện làm nóng nguyên liệu cần sấy và tác động vào nguyên tử nước trong nguyên liệu hoặc dung môi, do đó có thể nhận năng lượng và biến nó thành nhiệt và bay hơi để đạt mục đích sấy nguyên liệu và diệt khuẩn. Đặc điểm: Tốc độ gia nhiệt nhanh, đồng đều. Tiết kiệm năng lượng, hiệu quả cao. Dễ điều khiển, linh hoạt và thao tác thuận tiện. Không bay bụi, dễ vệ sinh. - Nguyên liệu thu hồi cao. 3.2.18. Phân loại, đóng gói Mục đích: Acid glutamic sau khi làm nguội được đưa vào thiết bị phân loại rồi vào thiết bị đóng gói để phân riêng các hạt có kích thước giống nhau thuận lợi cho quá trình phân phối và bảo quản sản phẩm sau này. Máy đóng gói trong các túi từ 50 –1000g. Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bảo quản vận chuyển và sử dụng. Thiết bị: Hình 3.14. Thiết bị phân loại ZS800 [30] Hình 3.15.Thiết bị đóng gói dạng hạt [29]. Đặc điểm thiết bị đóng gói: - Dùng điều khiển biến tần PLC, OMRON Nhật Bản, màn hình hiển thị tiếng Anh, tự động hóa cao, thao tác dễ dàng. - Hệ thống tạo túi có mắt thần định vị điểm màu, tạo túi chính xác, tốc độ cao, vận hành ổn định, tiếng ồn thấp. - Tự động hoàn thành qui trình: Tạo túi → định lượng → đổ liệu → hàn → cắt → in date. - Vỏ máy hoàn toàn chế tạo bằng inox, hình dáng đẹp. - Định lượng cân điện tử chính xác, độ sai lệch 2%. Đầu cân định lượng tháo ra vệ sinh dễ dàng. - Sản phẩm đóng gói không bị vỡ, nát. CHƯƠNG 4. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Chọn các số liệu ban đầu Do tinh bột sắn được nhập từ nơi khác về nên nhà máy sản xuất tất cả các tháng trong năm. Một ngày nhà máy sản xuất 3 ca, mỗi ca 8 tiếng. Trong quá trình sản xuất nhà máy nghỉ một số ngày để duy trì bảo dưỡng thiết bị theo định kì, nghỉ các ngày lễ theo quy định của nhà nước. Bảng 4.1. Biểu đồ sản xuất của nhà máy năm 2011 Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Số ngày làm việc 26 21 27 24 26 26 26 27 25 26 26 27 307 Số ca 78 63 81 75 78 78 78 81 75 78 78 81 924 Năng suất của nhà máy: 3820 tấn sản phẩm/năm = 12443 kg/ngày. Nguyên liệu dùng: Tinh bột sắn Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau: Hòa tan tinh bột 0,5% Lọc cặn tinh bột 0,5% Thủy phân tinh bột 2% Pha chế dịch lên men 0,5% Thanh trùng dịch pha chế 1% Lên men 1% Lọc trong dịch sau lên men 1% Cô đặc 1% Tẩy màu 0,5% Lọc ép 0,5% Kết tinh 0,5% Li tâm 1% Lọc rửa 0,5% Sấy 0,5% Phân loại, đóng gói 0,5% 4.2. Tính cân bằng vật chất 4.2.1. Phân loại, đóng gói Tỉ lệ hao hụt là 0,5%. Khối lượng acid glutamic trước đóng gói: 12443= 12505,528 (kg/ngày). 4.2.2. Sấy Tỉ lệ hao hụt là 0,5%. Độ ẩm thành phẩm là 0,5% [4,Tr 131]. Giả sử độ ẩm acid glutamic trước khi sấy là 4%. Vì khối lượng chất khô trong quá trình sấy không đổi. Theo công thức: [4,Tr 59]. Trong đó: m1: Khối lượng nguyên liệu vào thiết bị, T/ng m2: Khối lượng nguyên liệu ra khỏi thiết bị, T/ng W1: Độ ẩm khối nguyên liệu trước khi vào thiết bị, % W2: Độ ẩm khối nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị, % Khối lượng acid glutamic đưa vào sấy (đã có tính tổn thất): 12505,528 = 13026,591 (kg/ngày). 4.2.3. Lọc rửa Tỉ lệ hao hụt là 0,5%. Độ ẩm trước khi sấy là 4%, tức độ ẩm sau ép lọc 4%. Giả sử trước khi ép lọc độ ẩm 6%. Lượng acid glutamic trước khi ép lọc (đã có tính tổn thất): 13026,591 × = 13370,606 (kg/ngày). 4.2.4. Ly tâm Tỉ lệ hao hụt là 1%. Trước khi ép lọc độ ẩm 6%, tức độ ẩm sau li tâm là 6%. Giả sử độ ẩm acid glutamic trước li tâm 11%. Lượng acid glutamic trước khi li tâm (đã có tính tổn thất): 13370,606 × = 14264,408 (kg/ngày). 4.2.5. Kết tinh Tỉ lệ hao hụt là 0,5%. Độ ẩm trước li tâm 11%, tức độ ẩm sau kết tinh là 11%. Nồng độ acid glutamic trước kết tinh 30% . [11] Giả sử hiệu suất kết tinh là 85%. Lượng acid glutamic khô trước khi ly tâm: 14264,408 ×( 1 - 0,11) = 12695,323 (kg/ngày). Lượng chất khô của acid glutamic trước kết tinh đã có tổn thất: 12695,323 = 15010,727 (kg/ngày) . Suy ra, khối lượng dung dịch acid glutamic trước kết tinh: 15010,727 × = 50035,758 (kg/ngày). 4.2.6. Lọc ép Tỉ lệ hao hụt 0,5%. Khối lượng dung dịch acid glutamic trước lọc ép có tính tổn thất: 50035,758 = 50287,194 (kg/ngày). 4.2.7. Tẩy màu Tỉ lệ hao hụt 0,5%. Giả sử nồng độ acid glutamic không đổi trước và sau khi tẩy màu. Khối lượng dung dịch acid glutamic trước tẩy màu có tính tổn thất: 50287,194 = 50539,893 (kg/ngày). 4.2.8. Cô đặc Tỉ lệ hao hụt 1%. Trước cô đặc, nồng độ axit glutamic 17% [11]. Nồng độ acid glutamic trước tẩy màu 30% [11], cũng là nồng độ acid glutamic sau cô đặc. Lượng dung dịch acid glutamic sau cô đặc có tính tổn thất: 50539,893 = 51050,397 (kg/ngày). Lượng chất khô acid glutamic sau cô đặc: 51050,397 = 15315,119 (kg/ngày). Lượng dung dịch acid glutamic trước cô đặc: 15315,115 = 90088,937 (kg/ngày). 4.2.9. Lọc trong Hao hụt 1%. Giả sử hiệu suất lọc trong là 90%, nồng độ acid glutamic không đổi trước và sau khi lọc trong. Lượng dung dịch acid glutamic trước lọc trong : 90088,937 = 101109,918 (kg/ngày). Khối lượng riêng acid glutamic: 1620 (kg/m3) [1]. Khối lượng riêng acid glutamic 17% là 1105 (kg/m3) [1]. Thể tích acid glutamic trước lọc trong: = 91,502 (m3/ngày). 4.2.10. Lên men Tỉ lệ hao hụt là 1%. Khối lượng dung dịch thu được sau lên men: 101109,89 (kg/ngày). Tổng lượng dung dịch lên men (đã có tính tổn thất): 101109,918 = 102131,230 (kg/ngày). Lượng giống bổ sung vào dịch lên men là 4% [11]. Lượng giống bổ sung vào dịch lên men: 102131,230 = 4085,249 (kg/ngày). Ta có phương trình lên men acid glutamic sau: 1M C6H12O6 + O2 + NH3 1M C5H9NO4 + CO2 +3H2O 180 ----------------------- > 147 x <------------------------- 17% Vậy nồng độ dịch đường trước pha chế cần là x=17= 20,816 (%). Dịch lên men có nồng độ từ 8-25%. Chọn dịch lên men có nồng độ là 10% [Mục 3.2.7]. Trong dịch lên men có bổ sung đường glucoza, và bổ sung urê 1,8%, dầu lạc 0,1 % [8, Tr 114]. Do đó, lượng chất khô trong dịch lên men chiếm: 102131,230=21259,637 (kg/ngày). Lượng đường glucoza bổ xung chiếm: 21259,637 = 2299,442 (kg/ngày). Do đó, tổng lượng ure và dầu lạc bổ sung vào trong quá trình lên men: 102131,230 = 1940,493 (kg/ngày). Lượng dịch pha chế (gồm dịch từ thủy phân tinh bột và khoáng) đem vào lên men từ đầu: 102131,230 – (4085,248 + 2299,442 + 1940,493) = 93806,047 (kg/ngày). Áp dụng công thức nội suy ta có khối lượng riêng của dung dịch đường có nồng độ chất khô 20,816% ở 200 C là: 1083,39 kg/m3 Khối lượng riêng của nước ở 320 C là 995,68 kg/m3. [1, Tr 64] Khối lượng riêng của nước ở 200 C là 998,23 kg/m3 . [1, Tr 64] Suy ra khối lượng riêng của dung dịch đường có nồng độ chất khô 20,816% ở 320 C là: 1083,39 = 1080,623 (kg/m3) . Giả sử khối lượng riêng của dung dịch đưa vào lên men bằng khối lượng riêng đường glucoza. Suy ra tổng thể tích dung dịch lên men (ở 320 C): V = = 94,511 (m3/ngày). Thể tích dịch pha chế (gồm dịch từ thủy phân tinh bột và khoáng) đem vào lên men: V = = 86,807 (m3/ngày). 4.2.11. Thanh trùng dịch pha chế Tỉ lệ hao hụt là 1%. Lượng dịch pha chế (gồm dịch từ thủy phân tinh bột và chất khoáng) trước thanh trùng: 86,807 = 87,684 (m3 /ngày). 4.2.12. Pha chế dịch lên men Tỉ lệ hao hụt là 0,5 %. Thể tích dịch pha chế (gồm dịch từ thủy phân tinh bột và chất khoáng) đã có tính tổn thất: 87,684 = 88,125 (m3 /ngày). Suy ra, khối lượng dịch pha chế (gồm dịch từ thủy phân tinh bột và chất khoáng) đã có tính tổn thất: 88,125 1080,623 = 95229,731 (kg/ngày). Dịch pha chế có nồng độ là 10% [ Mục 4.2.10]. Suy ra, lượng chất khô trong dịch pha chế: 95229,731 = 9522,973 (kg/ngày). Nồng độ hóa chất sử dụng [6, Tr 12] K2HPO4: 0,125% MgSO4: 0,075% MnSO4: 0,00275% KH2PO4: 0,125% FeSO4: 0,00525% Nồng độ chất khoáng cho vào pha chế (tính theo tổng lượng dịch lên men): 0,125 + 0,075 + 0,00275 + 0,125 + 0,00525 = 0,333 (%). Khối lượng chất khoáng đưa vào pha chế: 102131,230 = 340,097 (kg/ngày). Lượng glucoza (từ thủy phân tinh bột) đem pha chế: 9522,973 - 340,097 = 9182,276 (kg/ngày). 4.2.13. Thủy phân tinh bột Tỉ lệ hao hụt 2% (trong đó dịch hóa 0,5%, làm nguội 1%, đường hóa 0,5%). Gọi a là lượng tinh bột sắn cần dùng. Trong tinh bột sắn, tinh bột chiếm 83-88% [8, Tr 16]. Ta giả sử trong tinh bột sắn, tinh bột chiếm 85%. Lượng tinh bột trong tinh bột sắn: a = 0,850a (kg/ngày). enzym Phản ứng thủy phân: (C6H10O5)n + n H2O n C6H12O6 162n 180n Lượng C6H12O6 tạo theo phản ứng: 0,85a = 0,944a (kg/ngày). Lượng C6H12O6 tạo sau thủy phân tinh bột: 0,944a = 0,925a (kg/ngày). Ta có lượng đường glucoza sau thủy phân tinh bột cần là: 11335,923 (kg/ngày). Suy ra: 0,925a = 9182,276 a = 9927,434 (kg/ngày). Vậy lượng tinh bột sắn cần ngay trước dịch hóa là: 9927,434 (kg/ngày). Trong tinh bột sắn, lượng tinh bột chiếm 83-88% [8, Tr 16]. Do đó, hòa tan tinh bột sắn và nước theo tỉ lệ 40: 60 [11]. Lượng dịch đưa vào dịch hóa: 9927,434 = 24818,584 (kg/ngày). Quá trình dịch hóa hao hụt 0,5%. Suy ra, lượng dịch sau dịch hóa được làm nguội: 24818,584 = 24694,491 (kg/ngày). Quá trình làm nguội hao hụt 1%. Suy ra, lượng dịch đưa vào đường hóa: 24694,491 = 24447,546 (kg/ngày). 4.2.14. Lọc dịch tinh bột Tỉ lệ hao hụt 0,5%. Giả sử lọc thu được 90% dịch, 10% bã. Ta có, lượng dịch đưa vào dịch hóa: 24818,584 (kg/ngày). Suy ra, lượng dịch tinh bột trước khi lọc: 24818,584 = 27714,778 (kg/ngày). 4.2.15. Hòa tan tinh bột Tỉ lệ hao hụt 0,5%. Lượng dịch tinh bột trước hòa tan (đã tính tổn thất): 27714,778 = 27854,049 (kg/ngày). Giả sử quá trình hòa tan, lọc, nồng độ tinh bột không đổi. Nồng độ hòa tan là Bx= 33-40%, chọn 40% [11]. Lượng tinh bột sắn cần trước hòa tan: 27854,049 = 11141,619 (kg/ngày). Vậy lượng tinh bột sắn cần ban đầu : 11141,619 (kg/ngày). 4.2.16. Giống Tỉ lệ lượng giống cho vào lên men là 4% [11]. Ta có, tổng thể tích dịch lên men là: 94,511 (m3/ngày). Thể tích giống cho vào sản xuất : Vgiống = × 94,511 = 3,78 (m3/ngày). Thể tích giống cấp II bằng 10% lượng giống sản xuất : Vgiống cấp II = 10% × 3,78 = 0,378(m3/ngày) = 378 (l/ngày). Thể tích giống cấp I bằng 10% lượng giống cấp II: Vgiống cấp I = 10% × 378 = 37,8 (l/ngày). Bảng 4.2. Bảng tổng kết tiêu hao nguyên liệu và bán thành phẩm. STT Công đoạn Tính cho một ngày Tính cho một ca Tính cho một giờ 1 Tinh bột sắn khô (kg) 11141,619 3713,873 464,234 2 Hòa tan tinh bột (kg) 27854,049 9284,683 1160,585 3 Lọc tinh bột (kg) 27714,778 9238,259 1154,782 4 Dịch hóa (kg) 24818,584 8272,861 1034,108 5 Làm nguội (kg) 24694,491 8231,497 1028,937 6 Đường hóa (kg) 24447,546 8149,182 1018,648 7 Dịch pha chế (m3) 88,125 29,375 3,672 8 Thanh trùng (m3) 87,648 29,216 3,652 9 Lên men (m3) 94,511 31,504 3,938 10 Lọc sinh khối (kg) 101109,918 33703 4212,9 11 Cô đặc (kg) 90088,937 30030 3753,7 12 Tẩy màu (kg) 50539,893 16847 2105,8 13 Lọc ép (kg) 50287,194 16762 2095,3 14 Kết tinh (kg) 50035,758 16679 2084,8 15 Ly tâm (kg) 14264,408 4754,8 594,35 16 Lọc rửa (kg) 13370,606 4456,9 557,11 17 Sấy (kg) 13026,591 4342,2 542,77 18 Phân loại, Đóng gói (kg) 12505,528 4168,5 521,06 19 Giống sản xuất (m3) 3,78 1,26 0,1575 20 Giống cấp II (l) 378 126 15,75 21 Giống cấp I (l) 37,8 12,6 1,575 23 Đường glucoza thêm (kg) 2299,422 766,474 95,809 CHƯƠNG 5 . TÍNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHỦ YẾU 5.1. Tính và chọn các thiết bị chính 5.1.1. Thiết bị hòa tan tinh bột sắn Sử dụng thiết bị hình trụ có đáy hình côn có đáy xả liệu, bên trong có cánh khuấy hình 3.1. Gọi h1 là chiều cao hình trụ, h là chiều cao nắp và đáy Chọn h1 = 1,6D; h = 0,1D. Thể tích hình học thiết bị: Vtb = Vtr + 2Vcc Thể tích hình trụ: Thể tích chỏm cầu: Hình 5.1. Thiết bị hòa tan tinh bột Thể tích thiết bị: Vtb = Vtr + 2Vchỏm cầu Giả sử một mẻ hòa tan trong 25 phút. Khối lượng riêng tinh bột sắn: d = 1570 (kg/m3) = 1,57 (kg/l). [1] Khối lượng riêng dịch tinh bột sắn 40 % :1,228 (kg/l). Theo bảng tổng kết cân bằng vật chất, lượng dịch tinh bột sắn hòa tan trong 1 giờ: 1411,3 (kg). Thể tích dịch hòa tan trong 1 giờ: = 1149,267 (l/h). Chọn hệ số chứa đầy thiết bị: j = 0,9. Thể tích của thiết bị cần để hòa tan trong 1 mẻ là: (l)0,532 (m3) = 0,736 (m). h1 = 1,6D = 1,60,736 = 1,177 (m). h = 0,1D = 0,10,723 = 0,0736 (m). Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + 2h = 1,177 +( 2 0,0736) = 1,324 (m). Số thiết bị hòa tan:1 thiết bị. 5.1.2. Thiết bị lọc cặn bã tinh bột Sử dụng thùng lọc hình trụ, thép không rỉ, phía trên có màng lọc bằng thép. Dung dịch tinh bột được chảy qua màng lọc bằng kim loại, đặt trong thùng lọc. Theo bảng cân bằng vật chất thì lượng dịch tinh bột sắn đem lọc trong 1 giờ: 1404,2 (kg). Khối lượng riêng tinh bột sắn: d = 1,228 (kg/l) [1]. Thể tích của nguyên liệu tinh bột là: = 1143,485 (l) Giả sử thời gian lọc một mẻ : 30 phút. Chọn hệ số chứa đầy thiết bị: j = 0,6 Thể tích của thiết bị cần lọc trong 1mẻ là: Chọn vận tốc lọc: 0,85 (m3/m2.h) Suy ra: Diện tích lọc Flọc =(m3) Trong đó: V: Thể tích v: Vận tốc lọc Chọn chiều cao thiết bị lọc là: h = 0,5(m) ta có Kích thước hình học của thiết bị cần để lọc trong 1 mẻ là: Vậy kích thước của thiết bị lọc là D=0,612(m); h=0,5(m) Số thiết bị lọc tinh bột: 1 thiết bị. Hình 5.2. Thiết bị lọc dịch tinh bột 5.1.3. Thiết bị dịch hóa tinh bột Thiết bị là lớp 2 vỏ, phần bên trong chứa dịch cần dịch hóa, hơi nóng được đưa vào giữa hai vỏ. Thiết bị có thân hình trụ. Ta có thời gian dịch hóa một mẻ là 40 phút [11]. Ta có, khối lượng riêng tinh bột sắn: 1,57 (kg/l) [1]. Suy ra, khối lượng riêng dịch tinh bột sắn 40 %:1,228 (kg/l) [5]. Theo bảng cân bằng vật chất, lượng dịch đem dịch hóa trong 1 giờ: 1276,6 (kg). Thể tích dịch đem dịch hóa trong 1 giờ: = 1039,577 (l). Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là φ = 0,8 Thể tích tối thiểu để dịch hóa trong 1 mẻ 40 phút là: Vthiết bị = = 866,314 (l) Chọn thiết bị dịch hoá là nồi nấu bán nguyệt [17] với các thông số kỹ thuật sau: + Mã hàng :OJ500 + Năng suất : 500 (lít) + Áp lực : 0,3 – 0,5 MPa + Diện tích gia nhiệt (m2) :1,9(m2) + Năng lượng hơi tiêu hao : 165(kg/h) + Tốc độ cánh khuấy : 42 vòng/phút + Kích thước thiết bị : 1600x900x1150 (mm) + Trọng lượng : 450(Kg) Như vậy: Số thiết bị cần chọn là n = = 1,733. Vậy chọn n = 2 Hình 5.3. Nồi nấu bán nguyệt [17]. 5.1.4. Thiết bị làm nguội Lượng dịch sau dịch hóa được làm nguội: 1270.2 (kg/h) Ta có khối lượng riêng dịch tinh bột sắn 40 %: 1,228 (kg/l). [5] Thể tích dịch tinh bột sắn đưa đi làm nguội Ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống Contherm [18] với thông số kỹ thuật: + Đường kính ống sản phẩm vào : 127(mm) + Đường kính ống chất tải lạnh vào : 127(mm) + Năng suất : 1,5 (m3/h) + Diện tích trao đổi nhiệt : 0,279m2 + Nhiệt độ làm việc : - 35 +1700C + Áp suất : 20 bar + Đường kính thiết bị : 400 mm + Chiều cao : + Trọng lượng : 140 kg Chọn nên chọn n=1 thiết bị làm nguội. Hình 5.4.Thiết bị trao đổi nhiệt Contherm.[18]. Sản phẩm ra Sản phẩm vào Chất tải lạnh vào Chất tải lạnh ra ra 5.1.5. Thiết bị đường hóa tinh bột Thiết bị đường hóa là nồi 2 vỏ, tương tự như thiết bị dịch hóa. Thời gian 1 mẻ đường hóa là 70h. Ta chọn thiết bị đường hóa có dung lượng chứa được trong 1 ca làm việc. Theo bảng cân bằng vật chất, lượng dịch đem đường hóa: 10060 (kg/ca). Khối lượng riêng của dịch tinh bột sắn 40% là: 1228(kg/m3) Thể tích dịch đem đường hóa trong 1 ca: = 8192,073 (l). Chọn hệ số chứa đầy của phần vỏ bên trong là 0,9. Ta có thể tích của thiết bị là: V = = 9102,304 (l) 9,102 (m3) Chọn thiết bị dịch hoá FYG5000 [32] với thông số kỹ thuật sau: + Năng suất : 5000 (lít) + Áp suất trong thùng : 0,25 – 0,5 MPa + Áp suất trong áo khoác : 0,3 MPa + Công suất motor điện : 7,5 kw + Năng lượng hơi tiêu hao : 3 kg/h + Tốc độ quay của máy trộn : 180 vòng/phút + Đường kính thiết bị : 1600 mm + Chiều cao thiết bị : 2400mm Như vậy: Số thiết bị cần chọn là n = = 1,82Vậy chọn n = 2 Thời gian đường hoá là 70h. Vậy số thiết bị cần dùng là n = = 17,5 18 thiết bị. Hình 5.5. Thiết bị đường hóa [32]. 5.1.6. Thiết bị pha chế dịch lên men Tương tự như thiết bị hoà tan tinh bột hình 5.1, nhưng khác về kích thước. Giả sử thời gian pha chế 1 mẻ là 20 phút. Theo bảng cân bằng vật chất, lượng dung dịch đưa vào pha chế trong 1 giờ: 2,163 (m3). Chọn hệ số chứa đầy: j = 0,7. Thể tích của thiết bị: 1,03 (m3). Tính toán tương tự mục (5.1.1), ta có kích thước thiết bị như sau: = 0,857 (m). h1 = 1,6D = 1,60,857 = 1,371 (m). h = 0,1D = 0,10,857 = 0,086(m). Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + 2h = 1,371 +( 2 0,086) =1,543 (m) Chiều cao toàn bộ: H = 1,543 (m). Số thiết bị: 1 thiết bị. 5.1.7. Thiết bị thanh trùng dịch lên men Theo bảng cân bằng vật chất lượng dịch đường đã xử lí đem thanh trùng trong 1 giờ: 2,152 (m3/h) . Chọn 1 thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm [19] với các thông số sau: + Mã hàng :BR0.5-125 + Diện tích trao đổi nhiệt :25-90 m2 + Năng suất thiết bị :5m3/h + Áp lực thiết kế :1.0 Mpa + Kích thước tấm :1500×460×600 mm + Kích thước thiết bị :1850×1320×1560 mm + Nhiệt độ thiết kế :130oC + Nhiệt độ ra :30oC + Nhiệt độ nguyên liệu vào :< 80o C + Tốc độ trao đổi nhiệt năng :5×104Kcal/h. Số thiết bị là : Chọn 1 thiết bị cho quá trình thanh trùng dịch lên men. Hình.5.6. Thiết bị thanh trùng [19]. 5.1.8. Thiết bị lên men Thời gian 1 mẻ lên men: 38-40 giờ. Chọn thời gian lên men là 40 giờ. Lượng thể tích dung dịch cần đưa vào lên men trong 1 ca: 31,504 (m3/ca). Chọn thiết bị lên men có thể chứa lượng dịch của 1 ca. Chọn hệ số chứa đầy: j = 0,65. Thể tích thiết bị: = 48,468 (m3). Chọn thiết bị lên men [22] hình với thông số kỹ thuật của thiết bị: + Nhãn hiệu : FXG60.0 + Thể tích chứa : 60 (m3). + Đường kính :3200(mm) + Chiều cao :10730 (mm) + Áp lực bên trong thùng :0,2 (Mpa) + Áp lực bên trong áo khoác :0,3 (Mpa) + Công suất điện :55 (Kw) + Tốc độ cánh khuấy :<110 (vòng/phút) Vậy số thiết bị lên men chính là: Chọn 1 thiết bị dự trữ trong quá trình lên men. Vậy có 6 thiết bị lên men. Hình.5.7. Thiết bị lên men [22]. 5.1.9. Thiết bị nuôi cấy giống 5.1.9.1.Thiết bị nuôi cấy giống sản xuất Lượng giống cần đưa vào lên men: 1,26 (m3/ca). Chọn hệ số chứa đầy: j = 0,55. Thể tích mỗi thiết bị: = 2,291 (m3). Thiết kế thiết bị nhân giống giống thiết bị lên men, nhưng khác về kích thước. Tính toán tương tự mục 5.1.1, ta có kích thước thiết bị như sau: = 1,197 (m). h1 = 1,6D = 1,61,197 = 1,915 (m). h = 0,1D = 0,11,197 = 0,12(m). Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + 2h = 1,915 +( 2 0,12) =2,155 (m) Thời gian nhân giống sản xuất là 9 h [4 - Tr 119]. Số thiết bị nhân giống là: Nên ta chọn số thiết bị nhân giống sản xuất là: 2 thiết bị. 5.1.9.2. Thiết bị nuôi cấy cấp II Lượng giống cấp II cần: 126 (l/ca ) . Hệ số chứa đầy: j = 0,55 Lượng dịch đựng trong mỗi thiết bị: = 229,091(l/ca) Ta chọn thiết bị nuôi cấy giống có thông số như sau [20]. + Năng suất :100(l) + Đường kính :400(mm) + Độ cao :2000 (mm) + Áp lực trong nồi :0,2 (Mpa) + Áp lực túi cấp :0,3(Mpa) + Tốc độ trộn :2 + Công suất điện cơ :0,55(Kw) Số thiết bị cần chọn là: Chọn 3 thiết bị nhân giống. Vì thời gian nhân giống sản xuất là 9 h [8, Tr 119]. Hình 5.8. Thiết bị nhân giống [20]. Vậy số thiết bị cần dùng là: Chọn số thiết bị là 4 thiết bị. 5.1.9.3. Thiết bị nuôi cấy cấp I Lượng giống cấp I cần: 12,6 (l/ca ). Hệ số chứa đầy: j = 0,55 Lượng dịch đựng trong mỗi thiết bị: = 22,91 (l) Ta chọn thiết bị nuôi cấy giống có thông số như thiết bị nuôi cấy giống cấp II. Số thiết bị là: Chọn 1 thiết bị nhân giống cấp I. Vì thời gian nhân giống sản xuất là 9 h [8, Tr 119]. Vậy số thiết bị cần dùng là: Chọn số thiết bị là 2 thiết bị 5.1.10. Thiết bị lọc sinh khối Theo bảng cân bằng vật chất, thể tích dịch cần lọc trong: 4212,913 (kg/h) Chọn thiết bị lọc khung bản với thông số kỹ thuật [31]. + Nhãn hiệu máy là :BK-GLQ + Diện tích tấm lọc (m2) :0.7m2 + Kích thước tấm lọc (mm) :Æ300mm + Áp suất làm việc tối đa (Mpa) :0.15MPa + Kích thước thiết bị (mm) :1000×800×500 + Năng suất (tấn/h) :5 + Công suất điện :1.5Kw + Trọng lượng :100kg Số thiết bị = Chọn 1 thiết bị lọc khung bản để lọc dịch sau lên men. Hình.5.9. Thiết bị lọc khung bản [31]. 5.1.11. Thiết bị cô đặc chân không Theo bảng cân bằng vật chất, lượng axit glutamic đưa đi cô đặc: 3753,706 (kg/h). Lượng axit glutamic sau cô đặc chính là trước khi tẩy màu: 2105,829 (kg/h). Lượng hơi nước bay hơi: 3753,706 - 2105,829= 1647,877 (kg/h). Ta chọn thiết bị cô đặc chân không RP3B3 [23] với thông số chính của thiết bị: + Năng suất bay hơi (kg/h) :1000 + Đường kính bên trong thiết bị (mm) :1100 + Áp lực hơi (MPa) :0,02-0,15. + Độ chân không (mmHg) :>620 + Công suất điện (Kw) :10 + Kích thước (mm) :306034004500 + Trọng lượng (kg) :3800 Nghe Đọc ngữ âm Số thiết bị cô đặc: = 1,648 Chọn 2 thiết bị cô đặc. Hình 5.10. Thiết bị cô đặc chân không [23]. 5.1.12. Thiết bị tẩy màu Sử dụng thiết bị tẩy màu giống hình 5.1 trên. Lượng dung dịch axit glutamic đưa đi tẩy màu: 2105,829 (kg/h). Khối lượng riêng axit glutamic: 1,620 (kg/l). [5] Khối lượng riêng axit glutamic 30% : 1,186 (kg/l) Thể tích dung dịch axit glutamic = 1775,573 (l). Giả sử thời gian lưu 30 phút, lượng than hoạt tính chiếm 1/3 thể tích thiết bị. Hệ số chứa đầy của thiết bị là 0,8. Thể tích thiết bị cần thiết kế: = 1664,6 (l) 1,665 (m3). Kích thước thiết bị tính tương tự mục 5.1.1 ta có: = 1,076 (m). h1 = 1,6D = 1,61,076 = 1,722 (m). h = 0,1D = 0,11,076 = 0,1076 (m). Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + 2h = 1,722 +( 2 0,1076) =1,937 (m) Chiều cao toàn bộ: H = 1,937 (m). Số thiết bị là: 1 thiết bị. 5.1.13. Thiết bị lọc ép sau khi tẩy màu Theo bảng cân bằng vật chất, thể tích dịch cần lọc trong: 2095,300 (kg/h) Chọn thiết bị lọc ép khung bản [31] tương ứng với thiết bị lọc sinh khối với năng suất và thông số kỹ giống nhau. + Nhãn hiệu máy là :BK-GLQ + Diện tích tấm lọc (m2) :0.7m2 + Kích thước tấm lọc (mm) :Æ300mm + Áp suất làm việc tối đa (Mpa) :0.15MPa + Kích thước thiết bị (mm) :1000×800×500 + Năng suất (tấn/h) :5 + Công suất điện :1.5 Kw Số thiết bị = Ta chọn 1 thiết bị. 5.1.14. Thiết bị kết tinh Thời gian 1 mẻ kết tinh 48h [8, Tr 128]. Theo bảng cân bằng vật chất, lượng dung dịch acid glutamic đưa đi kết tinh: 2084,823 (kg/h). Sử dụng 1 thiết bị cho 1 ca sản xuất. Khối lượng riêng của axit glutamic: 1620 (kg/m3) [1]. Khối lượng riêng của dung dịch axit glutamic 30% là: 1186 (kg/m3). Thể tích axit glutamic trong 1 ca là: = 9,847 (m3) Chọn hệ số chứa đầy thiết bị là 0,8. Thể tích thiết bị là: = 12,309 (m3)=12309 (l). Sử dụng thiết bị kết tinh FYG [26] với thông số kỹ thuật sau: + Dung tích : 13000 (lít) + Áp suất trong thiết bị : 0,25-5 (Mpa) + Áp suất bên trong áo lạnh : 0,3 (Mpa) + Điện năng tiêu thụ : 5,5 (kw) + Đường kính thiết bị : 1400 (mm) + Chiều cao : 2600 (mm). Thời gian kết tinh là 48h nên ta có số thiết bị trong 1 ca là: n = = 6 Chọn số thiết bị là n = 6 để kết tinh acid glutamic cho 1 ca sản xuất. Hình 5.12. Thiết bị kết tinh [26]. 5.1.15. Thiết bị ly tâm Lượng axit glutamic đưa đi li tâm: 594,350 (kg/h). Ta chọn máy ly tâm ngang [20] với thông số kỹ thuật như sau: + Mã hàng :WXLJ-560-5.5 + Kích thước :1720×800×1450mm + Công suất :5.5Kw + Sản lượng :600kg/h đã chế biến. + Trọng lượng máy :864kg Số thiết bị ly tâm là:n= Chọn 1 thiết bị ly tâm. Hình 5.13. Thiết bị ly tâm ngang [20]. 5.1.16. Thiết bị lọc belt Lượng axit glutamic đưa đi ép lọc: 557,109 (kg/h). Chọn thiết bị lọc Belt Filter Press [27] với thông số kỹ thuật sau: + Năng suất :700 (kg/giờ). + Diện tích bề mặt băng tải : 6 m2. + Chiều rộng lưới vải lọc :1500mm. + Chiều dài lưới vải lọc :4000mm. + Kích thước ngoài của thiết bị là :5000×2000×700 mm Số thiết bị = = 0,796 Chọn 1 thiết bị lọc rửa: Hình 5.14. Thiết bị lọc Belt Filter Press [27]. 5.1.17. Thiết bị sấy Lượng acid glutamic đưa đi sấy: 542,775 (kg/ h). Lượng acid glutamic sau khi sấy chính là trước khi đóng gói là: 521,064 (kg/h) Vậy lượng nước bay hơi là: 542,775-521,064=21,711 (kg/h) Chọn thiết bị sấy vi sóng diệt khuẩn dạng băng tải [28]. Với thông số kỹ thuật sau + Mã hàng : WDG3-2 + Sản lượng bay hơi : 11,5-23kg/h + Số tầng : một tầng + Số lượng ống vi sóng : 27 + Công suất vi sóng : 27Kw + Tốc độ băng tải : 0.5-5m/phút + Kích thước máy : 6440x1000x2000 mm + Trọng lượng : 1900 kg + Nguồn điện : 380V. 50HZ Số thiết bị sử dụng là Chọn 1 thiết bị sử dụng cho quá trình sấy. Hình 5.15. Máy sấy vi sóng diệt khuẩn dạng băng tải [28]. 5.1.18. Thiết bị sàng phân loại Lượng acid glutamic đưa đi đóng gói là 521,064 (kg/h). Chọn thiết bị máy sàng rung phân loại bột ZS800 với thông số kỹ thuật [30]. + Năng suất : 200-2500 kg/h + Kích thước sàng : 5-200 mesh + Công suất điện : 0,75 kw + Tần số rung : 1500 lần/phút + Trọng lượng : 480 kg + Kích thước : 1200×1000×1400 mm Chọn năng suất của thiết bị là 1000 (kg/h) Số thiết bị: .Chọn n = 1 thiết bị sàng rung. Hình 5.16. Thiết bị phân loại ZS800[30] 5.1.19. Thiết bị đóng gói Lượng axit glutamic đưa đi đóng gói trong 1h: 521,064 (kg/h). Ta chọn máy đóng gói dạng hạt cân điện tử [29] với thông số kỹ thuật sau: + Tốc độ đóng gói :20 – 50 gói/phút + Phạm vi đóng gói :50 –1000g + Chiều dài túi :80-250mm + Chiều rộng túi :50-180mm + Nguồn điện :220V/50Hz/1900W + Trọng lượng máy :420kg + Kích thước máy :1300×900×2000 mm Tính toán số thiết bị sử dụng : Chọn trọng lượng mỗi gói: 1000(g) = 0,5 (kg). Chọn năng suất chọn 20 gói/phút= 1200 gói/h. Số lượng (kg) acid glutamic được đóng gói trong 1h là: 1200×0,5= 600(kg) Số thiết bị sử dụng là: = 0,868 Chọn 1 thiết bị đóng gói Hình 5.17.Thiết bị đóng gói dạng hạt [29]. 5.2. Tính và chọn các thiết bị phụ 5.2.1. Xylo chứa tinh bột: Xylo có thể tích đủ để chứa nguyên liệu sản xuất một giờ, có dạng hình trụ, đáy hình nón có góc nghiêng =600, được chế tạo bằng thép. Chọn hệ số chứa đầy =0,9. Thể tích xylo: V = VT + VN = Trong đó, V: thể tích xylo, m3 VT: thể tích phần hình trụ, m3 VN: thể tích phần hình nón, m3 m: khối lượng nguyên liệu cần xử lý, kg : khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3 Hình 5.18. Xylo chứa (1) Mà . Chọn h2 = 1,3D và d = 0,2m, h=0,2m Từ (1) ta được kết quả: (2) Tinh bột cần trong 1 giờ: 564,51 (kg) Khối lượng riêng của tinh bột sắn: d = 1570 (kg/m3). [5] Thể tích của nguyên liệu tinh bột: Vtinh bột = = = 0,36 (m3). Chọn hệ số chứa đầy: = 0,8 Thể tích xylo chứa: Vthiết bị = = 0,45 (m3). Từ (2) = 0,743 Đường kính xylo chứa: D = 0,743 m. Đường kính ống tháo liệu: d = 0,2 m. Chiều cao ống tháo liệu: h = 0,2 m. Chiều cao thân xylo: h2 = 1,3D = 0,966 (m). Chiều cao chóp: =0,47 (m). Chiều cao xylo chứa: H = h2 + h1 + h = 0,966 + 0,47 + 0,2 = 1,636 ( m). Số xylo chứa: 1 xylo chứa. 5.2.2. Thùng chứa Thùng chứa đựng dịch được bơm bơm đi liên tục nên ta chọn các thùng chứa hình trụ đáy và nắp hình chỏm cầu. Chọn kích thước thiết bị theo bảng sau. Hình 5.19. Thùng chứa Bảng 5.1. Các thùng chứa STT Thùng chứa các công đoạn Thể tích (m3) Kích thước (mm) Số lượng 1 Thùng chứa sau dịch hóa 0,575(m3/40’) D=500;H=800 2 2 Thùng chứa sau làm nguội 0,859(m3/h) D=800;H=1000 1 3 Thùng chứa sau thanh trùng làm nguội 6,325(m3/h) D=800;H=1000 1 4 Thùng chứa sau lên men 3,813(m3/h) D=1500;H=2000 1 5 Thùng chứa dịch sau lọc sinh khối 3,395(m3/h) D=800;H=1000 1 6 Thùng chứa sau kết tinh 0,367(m3/h) D=800;H=1000 1 7 Thùng chứa sau ly tâm 0,344 (m3/h) D=800;H=1000 2 8 Thùng chứa dịch sau lọc ép 1,926 (m3/h) D=800;H=1000 1 9 Thùng chứa sau khi tẩy màu 1,937 (m3/h) D=800;H=1000 1 10 Thùng chứa sau đường hóa 3,928 (m3/h) D=1000;H=1500 1 11 Thùng chứa dịch sau cô đặc 1,906(m3/h) D=800;H=1000 2 12 Thùng chứa dịch đường bổ xung 1702,187(kg/h) D=800;H=1000 1 5.2.3. Thùng chứa bã than Vì ta chọn thể tích bã than bằng 1/3 thiết bị tẩy màu nên kích thước thùng chứa bằng 1/3 kích thước thiết bị tẩy màu. Vậy kích thước bằng D=0,359 (m); H=0,646 (m) 5.2.4. Thùng chứa bã dịch sau lọc sinh khối Chọn thùng chứa bã có kích thước bằng ½ thùng chứa dịch sau khi lọc sinh khối. Vậy D=400 (mm); H=500 (mm). 5.3. Thiết bị vận chuyển 5.3.1. Băng tải làm nguội Khối lượng acid glutamic cần làm nguội : 542,775 (kg/h) Chọn băng tải làm mát dạng thẳng [33] có các thông số kỹ thuật sau: + Tốc độ : 6 - 22,5 (m/phút) + Công suất : 1,5 (kw ) + Chất liệu đai tải : lưới thép + Năng suất : 620 (kg/h) + Kích thước : 5000 × 1180 × 880 ± 50 (mm) + Độ rộng băng tải : 700 (mm) + Trọng lượng : 1000 (kg ) Số lượng thiết bị : n = . Vậy chọn 1 thiết bị. Hình 5.20. Băng tải làm nguội dạng thẳng [33]. 5.3.2. Băng tải đứng (chữ Z) Ta sử dụng thiết bị băng tải đứng chữ Z cho quá trình vận chuyển acid glutamic sau ly tâm lên lọc rửa. Máy nâng thông qua xích chuyển động để đổ nguyên liệu vào. Thang nâng được dùng cùng với tổ hợp máy cân điện tử và đóng gói tự động, phù hợp với công nghệ thực phẩm. Thiết bị chủ yếu được tạo thành từ inox và nhựa PP, hợp vệ sinh. Thông số kỹ thuật [34]: + Mã máy :TSZ-100 + Công suất :0,75kw + Trọng lượng tải :3-5m3/h + Điện áp :220V 1pha50/60HZ + Trọng lượng :760kg + Chiều cao :1000 mm + Chiều rộng :600 mm Hình 5.21. Băng tải đứng chữ Z [34]. 5.3.2. Gầu tải Lượng tinh bột sắn cần vận chuyển lên xylo chứa trong 1 giờ: 457,973 (kg/h). Thiết kế gàu tải bột dạng băng có năng suất là : 600 (kg/h) Với các thông số kĩ thuật sau: [3, Tr 110] - Chiều rộng tấm băng : 125 (mm) - Chiều rộng gàu : 110 (mm) - Chiều cao miệng gàu : 132 (mm) - Góc lượn của đáy : 35 (mm) - Góc nghiêng của thành gàu : 40 - Khối lượng gàu : 0,48 (kg) - Vận tốc chuyển động của bộ phận kéo : 1,2 ÷ 1,4 (m/s) Số lớp vải cao su : Z = 4 [5, bảng 3, Tr 23]. Gàu được chế tạo từ thép lá có chiều dày δ = 0,6 ÷ 0,8(mm). Chọn δ = 0,6 (mm). Đường kính tang của gàu tải D = (125÷150)×Z (mm) Chọn D = 125 × 4 = 500 (mm) H: Chiều cao nâng vật liệu dựa vào chiều cao buke chứa; chọn H = 2500-4000 (mm) - Kích thước (D×R× C): 1000× 500 × 2500-4000 (mm) - Số lượng thiết bị: . Chọn 1 cái. 5.3.4. Chọn bơm Các bơm được sử dụng trong phân xưởng là loại bơm ly tâm. Chọn bơm ly tâm BЦH-5 với các thông số sau: + Năng suất, m3/h :5 + Áp suất, MPa :0,08 + Tốc độ quay, vòng/phút :1420 + Công suất động cơ, Kw :1,7 + Đường kính ống hút/đẩy, mm :36/36 + Kích thước, mm :432×290×285 + Khối lượng, kg :29,3 Bảng 5.2 Bảng tổng kết tính và chọn thiết bị. STT Tên thiết bị Kích thước (mm) Số thiết bị 1 Xylo chứa tinh bột D = 743; H =1636 1 2 Hoà tan tinh bột D = 736; H = 1324 1 3 Lọc dịch tinh bột D = 612; H = 500 1 4 Dịch hóa tinh bột 1600×900×1150 2 5 Thiết bị làm nguội D=400; H=1650 1 6 Thiết bị đường hóa D = 1600; H=2400 18 7 Thiết bị pha chế D = 1070; H = 1733 1 8 Thiết bị thanh trùng dịch pha chế 560×320×850 1 9 Thiết bị lên men D = 3200; H = 10730 6 10 Thiết bị lọc sinh khối 1000×800×500 1 11 Thiết bị cô đặc 3060×3400×4500 2 12 Thiết bị tẩy màu D= 1076; H = 1937 1 13 Thiết bị lọc ép 1000×800×500 1 14 Thiết bị kết tinh D = 1400; H = 2600 6 15 Thiết bị li tâm 1720×800×1450 1 16 Thiết bị lọc rửa 5000×2000×700 1 17 Thiết bị sấy băng tải 6440×1000×2000 1 18 Đóng gói 1300×900× 2000 1 19 Thiết bị nhân giống sản xuất D = 1214; H = 2185 1 20 Thiết bị nhân giông cấp II D = 400; H = 2000 3 21 Thiết bị nhân giông cấp I D = 400; H = 2000 1 22 Gầu tải 1000×500×2500-4000 4 23 Băng tải đứng chữ Z L = 600; H=1000 1 24 Băng tải làm nguội 5000×1180×880 1 25 Bơm BЦH-5 432×290×285 47 CHƯƠNG 6. TÍNH XÂY DỰNG Khối Quản lý Khối sản xuất Giám đốc 6.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức của nhà máy PX Động lực và phụ trợ Phòng kỹ thuật và KCS Phòng kế hoạch PX sản xuất acid glutamic Phòng hành chính và tổ chức Phòng Kinh doanh Phòng kế toán 6.2. Tổ chức lao động của nhà máy 6.2.1. Chế độ làm việc Mỗi ngày phân xưởng sản xuất làm việc 3 ca. - Ca 1 từ 6h-14h. - Ca 2 từ 14h-22h. - Ca 3 từ 22h-6h sáng hôm sau. Khoảng thời gian thay ca là 15 phút. Khối hành chính làm việc 8h/ngày. - Sáng từ 7h30-11h.30. - Chiều từ 1h30-5h30. 6.2.2. Tính nhân lực lao động 6.2.2.1. Thời gian làm việc của một công nhân Hệ số điều tiết của công nhân (K) được tính theo năm 2011 như sau: Trong đó: Tlv là thời gian làm việc của một công nhân trong một năm, được tính như sau: Tlv = Thđ – (Tnghỉ lễ + Tchủ nhật ) Trong đó: Tnghỉ lễ = 6(ngày) Tchủ nhật = 52 (ngày) Thay số vào ta có: Tlv = 365 – (6 + 52) = 307 (ngày) Vậy ta có hệ số điều tiết của công nhân là: 6.2.2.2. Nhân lực nhà máy 1/ Lao động gián tiếp Bảng 6.1. Lao động gián tiếp tại nhà máy STT Chức vụ Số lượng 1 Giám đốc 1 2 Phó giám đốc 2 3 Thư kí giám đốc 1 4 Quản đốc phân xưởng sản xuất 1 5 Phòng kỹ thuật và KCS 10 6 Phòng kế toán 2 7 Phòng kinh doanh 2 8 Phòng hành chính và tổ chức 2 9 Phòng kế hoạch 2 10 Phòng động lực và phụ trợ 2 11 Phòng y tế 2 12 Nhà ăn 4 13 Công nhân vệ sinh 2 Tổng số người làm việc gián tiếp là 33 người. 2/ Lao động trực tiếp Bảng 6.2. Lao động trực tiếp tại nhà máy STT Chức năng Số người/ca Số ca Số người 1 Xử lý tinh bột sắn 1 3 3 2 Thủy phân tinh bột 3 3 9 3 Chuẩn bị môi trường lên men 1 3 3 4 Khu tiệt trùng 1 3 3 5 Phân xưởng lên men 2 3 6 6 Phòng nhân giống 3 3 9 7 Bộ phận lọc,cô đặc chân không 2 3 6 8 Bộ phận tẩy màu, kết tinh 2 3 6 9 Ly tâm 1 3 3 10 Lọc 1 3 3 11 Sấy 1 3 3 12 Đóng gói 1 3 3 13 Kho nguyên liệu 1 3 3 14 Kho bao bì carton và vận chuyển 3 3 9 15 Kho thành phẩm 1 3 3 16 Xử lý nước thải 2 3 6 17 Phân xưởng cơ điện 3 3 9 18 Xử lý nước 1 3 3 19 Lò hơi 1 3 3 20 Lái xe vận chuyển bán sản phẩm 4 4 21 Lái xe cho lãnh đạo 1 1 22 Bảo vệ 2 3 6 Tổng số người 38 120 Ta chọn mỗi một công đoạn sản xuất có 1 công nhân dự trữ. Vậy chọn 12 công nhân dự trữ cho nhà máy. Vậy số công nhân trực tiếp sản xuất của nhà máy là: Csx = 120 + 12 =132 (người). Từ đó ta có công nhân trực tiếp sản xuất ma nhà máy cần có là: Ncn = K.Csx = 1,16×132 = 153,12. Chọn 154 người. Số người lao động trong 1ca đông nhất bằng gián tổng số người lao động tiếp và số người lao động trực tiếp của một ca 33 + 38 = 71(người). Tổng số lao động trong nhà máy : 33 + 154 = 187 (người) 6.3. Các công trình xây dựng của nhà máy 6.3.1. Phân xưởng sản xuất chính Trên cơ sở thiết bị của nhà máy và tài liệu tham khảo em thiết kế mặt bằng phân xưởng sản xuất chính với các thông số sau: Bước cột: khoảng cách giữa hai trục định vị dọc nhà B = 6 (m), gồm 7 bước cột Þ chiều dài nhà: (6´ 6) = 36 (m). Bước cột 6 (m),gồm 5 bước. Þ chiều rộng nhà: 4 ´ 6 = 24 (m). Diện tích nhà: 36 ´ 24=864 (m2). Phân xưởng sản xuất chính là nhà một tầng, tường bao bằng gạch thẻ dày 220 (mm), nhà cao 13(m), trần nhà được đổ bêtông cốt thép dày 220 (mm). Tường ngăn giữa các phòng với nhau được xây bằng gạch thẻ dày 220 (mm), cao 1 (m), phần còn lại được ngăn cách bằng kính trong và khung nhôm dày 10 (mm). Kích thước phân xưởng sản xuất chính: dài ´ rộng ´ cao = (36´ 24 ´ 13) m. Trụ nhà được làm bằng bêtông cốt thép, kích thước (200 ´ 200) mm, móng bêtông M 200. Kết cấu mái dạng khung thép, chiều cao mái h = 2 (m) Nền nhà: chống mòn, chống thấm, chịu được tác động cơ học (tải trọng của thiết bị). 6.3.2. Kho chứa nguyên vật liệu Kho là nơi dự trữ tinh bột. Lượng tinh bột chứa trong kho đủ sản xuất trong thời gian 15 ngày. Tinh bột chứa trong các bao ni lông 2 lớp khối lượng mỗi bao là 50kg. Kích thước bao 1×0,4×0,3m và được xếp chồng lên nhau có khoảng trống để thông gió, mỗi chồng 15 bao. Vậy chiều cao mỗi chồng là 15× 0,3 =4,5 (m). Khối lượng tinh bột cần sản xuất trong 1 ngày là: 11423,345 (kg/ngày). Nguyên liệu cần chứa trong kho: mtinh bột = 11423,345× 15= 171350,175 (kg). Số bao tinh bột là Diện tích phần kho chứa tinh bột F1 = (m2). Trong đó: N: Tổng số bao nguyên liệu f: Diện tích chiếm chỗ mỗi bao, f = 0,4 m2. nb: Số bao trong 1 chồng. : Hệ số khoảng cách giữa các chồng, = 1,1. Vậy F1 = (m2). Diện tích phần đi lại chiếm 20% diện tích tổng Tổng diện tích của kho là : 100,555 + 20,111 = 120,666 (m2). Kích thước kho : (18×9×5,4) m. 6.3.3. Kho thành phẩm Mỗi bao sản phẩm 0,5 kg chiếm diện tích là 9,9.10-3m2, một thùng carton 20 gói được xếp theo hình chữ nhật (2×5)gói và xếp thành 2 chồng. Một ngày sản xuất được 28800 gói. Sản phẩm dự trữ trong 10 ngày. Như vậy tổng số gói cần chứa là 28800×10 = 288000 (gói). Số thùng carton là 14400 (thùng). Các thùng carton được xếp trên kệ tầng cách mặt đất 0,5 mét. Mỗi kệ gồm 6 tầng, mỗi tầng xếp 2 hàng, mỗi hàng 40 thùng. Số thùng xếp được trên 1 kệ tầng là 80×6 = 480 thùng. Số kệ tầng cần là 30. Chọn 30 kệ tầng, mỗi kệ tầng cách nhau 1 mét. Kích thước kho (30×12×5,4) m. 6.3.4. Nhà hành chính Gồm các phòng sau: + Phòng giám đốc : 6 × 4 = 24 (m2). + Phòng phó giám đốc : 2(4 × 4) = 32 (m2). + Phòng kế toán : 4 × 4 = 16 (m2). + Phòng hành chính và tổ chức : 4 × 4 = 16 (m2). + Phòng kỹ thuật : 6 × 4 = 24 (m2). + Phòng kinh doanh : 4 ×3 = 12 (m2). + Phòng kế hoạch : 4 × 4 = 16 (m2). +Phòng động lực và phụ trợ : 4 × 4 = 16 (m2). + Phòng y tế : 3 × 4 = 12 (m2). + Phòng KCS : 6 × 4 = 24 (m2). + Hội trường : Số công nhân của toàn nhà máy là 187 người, mỗi người chiếm 1m2. Sân khấu rộng 4×6 = 24m2. Lối đi chiếm 2×(20×1) = 40m2. Vậy diện tích hội trường là 215 m2 Ta có tổng diện tích các phòng chiếm là 407m2 chưa kể cầu thang, hành lang, nhà vệ sinh…vv. Tổng diện tích cần xây dựng của nhà hành chính là 480 m2 Xây nhà 2 tầng, kích thước: Tầng 1: (24×10×3,6)m. Tầng 2: (24×10×3,6)m. 6.3.5. Xưởng cơ điện Phân xưởng cơ điện là nơi sữa chữa các máy móc thiết bị trong nhà máy, đồng thời còn gia công chế tạo theo cải tiến kĩ thuật. Chọn kích thước: ( 10 ´ 6 ´ 4,2) m. 6.3.6. Lò hơi, khí nén Đây là phân xưởng dễ xảy ra cháy nổ nên được đặt cuối hướng gió và phân xưởng có kích thước không quá hẹp. Vì là phân xưởng cung cấp hơi và khí nén cho nhà máy nên ta chọn phân xưởng rộng thoáng hơn so với các phân xưởng phụ khác và là nhà 1 tầng. Chọn kích thước: ( 12 ´ 6 ´ 4,2) m. 6.3.7. Trạm biến áp Là nơi biến đổi điện năng từ điện cao áp xuống đến điện áp sử dụng. Ta đặt ở góc nhà máy nơi ít người qua lại tránh sự cố. Kích thước: (4×4×4,2)m. 6.3.8. Máy phát điện dự phòng Để đảm bảo làm việc liên tục nhà máy có trang bị máy phát điện dự phòng. Kích thước: (6×6×4,2)m. 6.3.9. Khu xử lý nước thải Nước thải trước khi thải ra đường thoát nước chung của khu công nghiệp cần được xử lý sơ bộ. Vì là nhà máy sử dụng công nghệ lên men nên lượng nước thải thải ra nhiều nên ta chọn khu xử lý nước thải rộng và thoáng nên đặt cuối hướng gió. Chọn diện tích khu xử lý nước thải là (18 ´ 9) m. 6.3.10. Khu xử lý nước Xử lý nước để pha chế dịch lên men, cho lò hơi… Kích thước: (12×6×4,2)m. 6.3.11. Đài nước Đài nước là nơi cung cấp nước cho sản xuất và sinh hoạt cũng là nơi tạo áp suất thủy tĩnh cho dòng nước chảy. Lượng nước cần cung cấp cho nhà máy trong 1 ngày giả sử là 75m3/ ngày Chọn hệ số chứa đầy của dài nước là φ = 0,8, thể tích của đài chứa là Vthiết bị= Chọn đường kính đài nước D = 5m, chiều cao là h = 6.3.12. Nhà sinh hoạt Tính cho 60% số nhân viên ở 1 ca đông nhất là 23 người. - Số phòng tắm: trung bình 6 người/phòng. Vậy cần xây 4 phòng. - Kích thước mỗi phòng: (0,9×0,9)m. Như vậy diện tích nhà tắm là 4×(0,9×0,9)= 3,24 m2. - Số phòng vệ sinh, bố trí trong nhà sinh hoạt nhưng không quá 100 m từ chỗ làm việc: Chọn 4 phòng vệ sinh. - Kích thước mỗi phòng: (0,9×1,2)m. Như vậy diện tích nhà tắm là 4×(0,9×0,9)= 4,32 m2. Tổng diện tích của nhà tắm và nhà vệ sinh là 3,24 + 4,32 = 7,56 (m2). Xây dựng một nhà trong đó có nhà tắm, nhà vệ sinh, phòng thay đồ, chỗ để dày dép…của công nhân. Kích thước: (6×6×4,2)m. 6.3.13. Nhà để xe máy và xe đạp Tính cho 80% nhân viên ca đông nhất là 31 xe cho 31 công nhân. Và số xe của khách hàng đến nhà máy là 5 xe. Vậy số xe là 36 xe. Mỗi xe chiếm 1,2 m2. Diện tích nhà để xe là 43 m2 Chọn nhà có kích thước: (9×6×3) m. 6.3.14 Gara ôtô. Nhà máy có 4 ôtô để vận chuyển hàng và 1 xe chở lảnh đạo. Giả sử mỗi ôtô chiếm 3m thì ta chọn kích thước gara là: Kích thước: (12×6×4,2)m. 6.3.15. Phòng bảo vệ Xây dựng gần cổng chính nhà máy. Kích thước: (3×3×4,2)m 6.3.16. Nhà ăn Tính cho 60% nhân viên của ca đông nhất là 38 ×người Diện tích cho mỗi người là 2,5m2. Diện tích nhà ăn cần là 23×2,5= 57,5 m2 Kích thước: (12×6×4,2)m. 6.3.17. Kho nhiên liệu. Là kho cung cấp nhiên liệu cho quá trình vận hành máy móc thiết bị hoặc sinh hoạt trong nhà máy. Kích thước: (6×4×4,2)m. 6.3.18. Kho bao bì Nhà máy sản xuất liên tục nên quá trình sản xuất bao bì cũng phải liên tục. Kích thước kho: (6×18×7,2) m. 6.3.19. Kho hoá chất Chứa các hoá chất cần thiết cho quá trình sản xuất. Kích thước: (6×4×4,8) m. 6.3.20. Khu đất mở rộng Kích thước: (10×36)m. 6.4. Qui cách xây dựng nhà máy Nhà máy có 2 cổng, xung quanh bao bằng hàng rào thép. Trong nhà máy có trồng nhiều cây xanh. Các đường đi lại được đổ nhựa, chiều rộng của đường là 6-10 (m). Khu sản xuất và khu hành chính được bố trí đầu hướng gió. Khu năng lượng, lò hơi, nhà vệ sinh, khu xử lý nước thải được bố trí cuối hường gió để đảm bảo tốt yêu cầu vệ sinh tránh gây ô nhiễm và phòng chống cháy nổ tốt. Các công trình khác được bố trí hợp lý để thuận tiện cho sản xuất và sinh hoạt. Từ các công trình xây dựng đã tính và chọn được ở trên ta có bảng tổng hợp các công trình xây dựng trong nhà máy như sau Bảng 6.1: Tổng kết các công trình xây dựng trong nhà máy. STT Tên công trình Kích thước (D´R´C), m Diện tích, m2 1 Phân xưởng sản xuất chính (36´ 24 ´ 13) 864 2 Kho nguyên liệu (18×9×5,4) 162 3 Kho thành phẩm (30×12×5,4) 360 4 Nhà hành chính – hội trường 24 ´ 10 ´ 7,2 240 5 Nhà ăn 12 ´ 6 ´ 4,2 72 6 Nhà để xe 9 ´ 6 ´ 3 54 7 Gara ôtô 12 ´ 6 ´ 3,6 72 8 Xưởng cơ điện 10 ´ 6 ´ 4,2 60 9 Trạm biến áp 4 ´ 4 × 4,2 16 10 Nhà phát điện 6 ´ 6 × 4,2 36 11 Nhà xử lý nước 12 ´ 6 ´ 4,2 72 12 Lò hơi, khí nén 12 ´ 6 ´ 4,2 72 13 Nhà sinh hoạt 6 ´ 6 ´ 4,2 36 14 Đài nước D ´ H = 5 ´ 5 25 15 Kho nhiên liệu 6 ´ 4 ´ 4,2 24 16 Nhà bảo vệ (2 nhà) 3 ´ 3 ´ 4,2 18 17 Kho bao bì 6 ´ 18 ´ 8,4 108 18 Kho hóa chất 6 ´ 4 ´ 4,2 24 19 Khu xử lý nước thải 18´ 9 162 20 Khu đất mở rộng 10´36 360 Tổng cộng 2833 Từ bảng số liệu, ta có tổng diện tích xây dựng nhà máy là: Fxd = 2833 (m2) Diện tích khu đất được tính theo công thức: (m2) [3, tr44] Trong đó: Fkđ: Diện tích khu đất xây dựng nhà máy Fxd: Diện tích xây dựng nhà máy, Fxd = 2833 (m3) Kxd: Mật độ xây dựng, theo qui định Kxd = 0,21 ÷ 0,6. Chọn Kxd = 0,4 Thay số vào ta có: (m2). Hệ số sử dụng: Trong đó: Fsd = Fxd + Fgt + Fhè rãnh + Fcây xanh Với: Fgt = 0,35 ´ Fxd = 0,35 ´ 2833 = 991,35 (m2) Fhè rãnh = 0,3 ´ Fxd = 0,3 ´ 2833= 849,9 (m2) Fcây xanh = 0,2 ´ Fxd = 0,2 ´ 2833 = 566,6 (m2) Þ Fsd = 2833 + 991,35 + 849,9 + 566,6 = 5240,85 (m2) Thay số vào ta có: Vậy hệ số sử dụng đất của nhà máy là 74%. Khu đất có kích thước: 110 × 70 (m). CHƯƠNG VII. TÍNH HƠI – NƯỚC 7.1. Tính hơi 7.1.1. Lượng hơi dùng cho sản xuất Bảng 7.1 Bảng thống kê năng suất sử dụng hơi STT Tên thiết bị Số lượng Năng suất sử dụng hơi (kg/h) ∑ Năng suất sử dụng hơi (kg/h) Tài liệu tham khảo 1 Dịch hóa 2 165 330 [Mục5.1.3] 2 Đường hóa 18 3 54 [Mục5.1.5] 3 Thanh trùng 1 94,931 94,931 [Mục5.1.7] 4 Thanh trùng TB lên men 6 94,931 569,584 [Mục5.1.7] 5 Cô đặc 2 1350 2700 [Mục5.1.11] Tổng năng suất sử dụng hơi các thiết bị Htb = 3748,515 Trong đó: Hơi cho quá trình thanh trùng Ta có tốc độ trao đổi nhiệt năng của thiết bị thanh trùng là 5×104Kcal/h, [Mục 5.1.7]. Lượng hơi cho quá trình thanh trùng là ihn : Hàm nhiệt của hơi nước ở nhiệt độ hơi đốt inn : Hàm nhiệt của nước ngưng Tra bảng ở 120oC, ihn = 647,0(kcal/kgđộ) inn = 120,3 (kcal/kgđộ) [2, Tr 312]. (kg) 7.1.2. Lượng hơi để vệ sinh, tổn thất vào các mục đích khác Lượng hơi này bằng 10% tổng lượng hơi cung cấp cho sản xuất 3748,515 × 0,1 = 374,852 (kg/h). 7.1.3. Tính và chọn lò hơi Tổng lượng hơi trong 1 giờ là: 3748,515 + 374,852 = 4123,367 (kg/h). Lượng hơi thực tế cần dùng Dtt = Với hệ số tổn thất nhiệt, mất mát do đường ống các thiết bị phụ tải, tổn thất do trở lực đường ống và hiệu suất lò. Chọn = 0,8. Dtt = = 5154,209 (kg.hơi/h). Chọn lò hơi B8/40 của Liên Xô [9] với các thông số kỹ thuật sau: + Năng suất hơi :1000÷1500 (kghơi/h). + Áp suất hơi cực đại :10 (kg/cm2). + Thể tích lò :20 m3 + Lượng nước dùng cho lò :5,8 m3 + Kích thước :(4300×3570×3950)mm Số lượng: . Chọn 4 lò hơi. 7.2. Tính nước Nước trong nhà máy được dùng cho nhiều mục đích khác nhau, tuy thuộc vào tính chất của từng công đoạn mà chất lượng nước cũng như số lượng nước cần dùng là khác nhau. Trong nhà máy sản suất mì chính chủ yếu dùng hai loại nước, đó là nước máy và nước cất. Nước máy được dùng trong sinh hoạt, cung cấp cho lò hơi, làm mát thiết bị, rửa dụng cụ… Nước cất dùng trong các quá trình sản xuất, như: pha môi trường, tinh chế mì chính, sử dụng trong phòng thí nghiệm,… 7.2.1. Nước cung cấp cho lò hơi Lượng nước cấp cho lò hơi được tính theo công thức: (m3/h). Trong đó: D: Lượng hơi cần dùng trong nhà máy, D = 3748,515 (kg/h). : Khối lượng riêng của hơi ở áp suất làm việc, = 1107 (kg/m3). [1]. Thay số vào ta có: (m3/h). 7.2.2. Nước dùng cho các mục đích khác Từ định mức nước dùng cho các công đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất, ta có bảng tính lượng nước tiêu tốn của nhà máy trong một ngày như sau: Bảng 7.1: Lượng nước dùng cho các công đoạn của nhà máy. STT Tên hạng mục Lượng nước sử dụng (m3/ngày) 1 Nước sử dụng cho lò hơi 84,096 2 Hoà tan tinh bột 33,884 3 Pha chế dịch lên men 3 4 Các quá trình sản xuất khác 5 5 Vệ sinh thiết bị 5 6 Sinh hoạt 3 7 Nước dự trữ 4 Tổng cộng 137,98 CHƯƠNG VIII. KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 8.1. Mục đích của việc kiểm tra sản xuất Mục đích của việc kiểm tra sản xuất là nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm của nhà máy. Quá trình kiểm tra được thực hiện một cách có hệ thống từ khâu nguyên liệu, công nghệ sản xuất, máy móc thiết bị, thao tác của công nhân đến khâu thành phẩm. Các quá trình kiểm tra trên đều phục vụ mục đích đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, về tất cả các mặt như: giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan, không độc hại, phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng. Nội dung kiểm tra: + Kiểm tra nguyên liệu đầu vào + Kiểm tra các công đoạn sản xuất + Kiểm tra thành phẩm. Kiểm tra sản xuất giúp ta đánh giá được tình hình hoạt động của nhà máy, đề ra biện pháp và kế hoạch hợp lý. Đồng thời phát hiện những sai sót để điều chỉnh hoặc có biện pháp cải tiến kỹ thuật để nhà máy hoạt động hiệu quả hơn. Nhà máy có phòng kiểm tra kỹ thuật, mạng lưới kiểm tra ở các phân xưởng và từng bộ phận. 8.2. Kiểm tra nguyên liệu Khi thu nhận tinh bột và trong quá trình bảo quản ta phải kiểm tra các chỉ tiêu sau: - Màu sắc: trắng, mịn - Thành phần các hợp chất trong : hàm lượng protein, độ axit, độ ẩm,... + Tạp chất kim loại, đá sỏi + Sâu mọt, côn trùng, nấm mốc + Phải đảm bảo tỉ lệ tinh bột cao từ 83÷88% là tốt. quá trình kiểm tra nếu phát hiện có sự biến đổi khác thường so với chỉ tiêu chất lượng đặt ra, phải báo cho bộ phận có trách nhiệm để có biện pháp xử lý kịp thời và kiểm tra lại kho, xilô chứa. 8.3. Kiểm tra độ trong, màu sắc và chỉ tiêu vi sinh của nước sau khi xử lý - Nước phải đảm bảo trong suốt không có mùi vị lạ, không có vi sinh vật gây bệnh,... - Kiểm tra độ cứng, pH và độ oxy hóa của nước. Độ cứng cho phép dao động trong khoảng từ 5-6 mg đương lượng/l, pH của nước 6,8-7,2, độ oxy hóa 8.4. Kiểm tra các công đoạn sản xuất 8.4.1. Công đoạn pha chế dịch lên men Kiểm tra quá trình đúng nồng độ cần thiết để quá trình lên men không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng vi sinh vật, làm ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi. 8.4.2. Công đoạn thanh trùng và làm nguội Quá trình lên men axit glutamic rất dể bị nhiễm tạp bởi trực khuẩn, nên hết sức chú ý đến công đoạn này, nếu bị nhiễm tạp sẽ sinh ra một số chất lạ làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 8.4.3. Công đoạn giữ giống và nhân giống Công đoạn giữ giống và nhân giống cần đảm bảo một số yêu cầu sau: - Giống không bị thoái hoá trong suốt quá trình lên men. - Không tạp nhiễm bởi một số vi sinh vật lạ. - Cấn đảm bảo đủ số lượng giống cho quá trình lên men. - Có thể cất giữ được trong một thời gian nhất định. 8.5. Kiểm tra chất lượng của sản phẩm Acid glutamic phải đảm bảo các chỉ tiêu hoá lý sau: - Tinh thể màu trắng sáng, các hạt đều nhau. - Phân tử lượng 147,13 - pH = 3,3. - Độ ẩm đạt 0,4 - 0,5 . - Nhiệt độ nóng chảy là 247 – 2490 C - Tan hoàn toàn trong nước, không tan trong cồn, ete và một số dung môi CHƯƠNG IX. AN TOÀN LAO ĐỘNG 9.1. An toàn lao động Tất cả các yếu tố nguy hiểm trong sản xuất theo bản chất tác động đến con người có thể chia ra thành những yếu tố sau: lý học, sinh học và tâm sinh lý. Thuộc nhóm thứ nhất bao gồm các máy móc và cơ cấu truyền động, các bộ phận di động của các thiết bị không được bảo vệ tốt, các vật liệu di chuyển, thành phẩm, tăng nhiệt độ bề mặt của thiết bị, điện áp trong mạch điện. Thuộc nhóm thứ hai có quan hệ tới chất độc có thể gây thương tích khi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, lớp da và đường tiêu hoá. Nhóm thứ ba bao gồm các chất sinh học, vi sinh vật và một số các sản phẩm hoạt hoá sinh học. Kết hợp các yếu tố quá tải về lý học và tâm trạng thần kinh. Quá tải về lý học có thể bao gồm quá tải lao động, quá tải tỉnh và quá tải kém động. Những tải trọng về tâm trạng thần kinh xuất hiện do trí óc quá mệt mỏi, do hoạt động đơn điệu và do xúc cảm cao. 9.1.1. Các biện pháp dự phòng an toàn Nồng độ các chất dễ cháy nỗ có thể tạo thành bên trong khu vực sản xuất, bên trong các thiết bị, bể chứa. Theo quy luật thì những chất lỏng dể cháy được bảo quản trong các bể cách nhiệt, tốt nhất là bảo quản dưới đất. Trong khi đỗ đầy và tháo cặn chúng cần phải theo dõi cẩn thận các quy luật và định mức hoạt động. Không cho phép sử dụng không khí nén để tạo áp cho chất lỏng dễ cháy từ thiết bị này qua các thiết bị khác, vì tỉ lệ hơi và không khí cũng như bụi bên trong thiết bị có thể dẫn tới tạo thành nồng độ dễ nổ. Để tạo quá áp trong trường hợp này tốt nhất nên dùng khí trơ. Dùng các bơm có dạng màng hay không có vòng khít để bơm các loại chất lỏng dể cháy nhằm loại trừ rò rỉ. Để ngăn ngừa tia lửa điện tạo thành, các nguồn nung nóng trong các khu dễ nổ và cháy, tất cả những dụng cụ lấy điện, mở điện và các phương tiện tự động cần phải hoàn thành các kiểu phòng nổ và kín nước. Nước sản xuất trước khi xả vào hệ thống rãnh cần phải trung hoà, làm sạch dầu mỡ, nhựa và các hợp chất độc khác trong thiết bị làm sạch. Khi lắp ráp các nguồn ánh sáng và các thiết bị điện cần phải tuân thủ các quy định của các thiết bị điện đối với mỗi khu vực. 9.1.2. An toàn vận hành trong sản xuất các chất sinh học Điều kiện cơ bản để đảm bảo an toàn vận hành là phải quan sát thận trọng quy trình tiến hành các thao tác công nghệ của tất cả các công đoạn. Quy trình thao tác bao gồm các phương pháp tiến hành nhằm bảo đảm an toàn vận hành tối đa trên một thiết bị cụ thể, khi khảo sát những điều kiện tiến hành các quy trình loại trừ được khả năng cháy nổ, chấn thương nhiễm độc. Để cho thiết bị hoạt động tốt các phân xưởng cần phải sáng sủa và rộng rãi. Để an toàn cần sơn các đường ống dẫn thành những màu để đoán nhận theo nhóm các chất được vận chuyển. 9.1.3. Các trạm khí nén Các máy nén khí thường đặt riêng biệt trong các toà nhà một tầng, được thiết kế theo yêu cầu “tiêu chuẩn phòng cháy khi thiết kế xây dựng các xí nghiệp công nghiệp và các vùng dân cư” và “tiêu chuẩn vệ sinh khi thiết kế các xí nghiệp công nghiệp” cần ngăn các phòng của trạm khí nén không có tầng mái, dễ tháo, tỉ lệ diện tích cửa sổ, cửa vào ra, cửa trời chiếm 0,05m2 cho 1m2 phòng . Mỗi máy nén đều trang bị hệ thống an toàn, bảo đảm hệ thống tín hiệu ánh sáng và âm thanh khi ngừng nạp nước lạnh, khi tăng nhiệt độ khí nén cao hơn nhiệt độ cho phép và để đảm bảo ngừng máy một cách tự động khi giảm áp suất dầu. 9.1.4. Các máy lọc để làm sạch và thu hồi khí, bụi Sự nhiễm bẩn không khí xảy ra trong các phòng tập trung các loại thiết bị để cấy, lên men, sấy, nghiền . Để làm sạch không khí khỏi các chất nhiễm bẩn công nghiệp thường sử dụng các thiết bị thu gom các khí-bụi. Thiết bị để làm sạch các khí dễ bốc cháy hay các chất dễ nỗ được trang bị phù hợp với các bộ luật an toàn có tính đến sự đảm bảo làm sạch liên tục . 9.1.5. Thanh trùng Được đặt trong các phòng riêng biệt, xung quanh có khoảng trống với chiều rộng lớn hơn 1,5m. 9.1.6. Các biện pháp an toàn khi sử dụng các cơ cấu vận chuyển Để an toàn cho hoạt động của gàu tải, băng tải tất cả các cơ cấu dẫn động cần phải có lưới chắn không cho gàu tải, băng tải chuyển động khi lắp tháo rời, không cho phép tiến hành sữa chữa trong thời gian hoạt động của chúng. 9.2. Bảo vệ môi trường Bảo vệ thiên nhiên và sử dụng hợp lý các nguồn dự trữ trong điều kiện khai thác triệt để là một trong những nhiệm vụ mang tính xã hội, kinh tế quan trọng của mỗi quốc gia. Việc thu nhận các chế phẩm hoạt hoá sinh học có liên quan với sử dụng vi sinh vật khác nhau trong sản xuất. Phân tích các phế thải của xí nghiệp vi sinh vật đã khẳng định rằng: không khí và nước thải vào môi trường xung quanh cần phải tiến hành vô trùng. Hệ thống bảo vệ môi trường xung quanh bao gồm các thiết bị làm sạch không khí thải, nước rửa thải. 9.2.1. Làm sạch không khí Không khí thải vào khí quyển bị nhiễm các tế bào vi sinh vật, bị nhiễm cát bụi của các protein và các sản phẩm khác của tổng hợp vi sinh, được tạo ra trong giai đoạn lên men. Để giảm bụi của khí thải, thường sử dụng các máy lọc khí. 9.2.2. Làm sạch nước thải Quá trình công nghệ thu nhận các sản phẩm vi sinh tổng hợp đòi hỏi phải sử dụng một lượng lớn nước, chính một lượng nước này bị nhiễm bẩn bởi các vi sinh vật độc hại, bởi các muối khoáng và các cấu tử hữu cơ. Độ nhiễm bẩn của dòng nước được đánh giá theo hai chỉ số: COD và BOD (COD - lượng Oxy (mg) để oxy hoá hoàn toàn tất cả các chất nhiễm bẩn hoá học có trong một lít nước thải và BOD - lượng Oxy (mg) mà các vi sinh vật sử dụng để oxy hoá các chất hữu cơ có trong một lít nước thải). KẾT LUẬN Qua hơn 4 tháng nhận đề tài dưới sự giúp tận tình của PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh cùng với sự nỗ lực của bản thân, cho đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ tinh bột sắn với năng suất 3820 tấn sản phẩm/năm.”. Hiện nay nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, đời sống người dân không ngừng được nâng cao và ngày càng có nhiều nhu cầu mới được đặt ra trong xã hội. Vì vậy, việc thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic hiện đại đã đáp ứng một phần nào cho các nhà máy sản thực phẩm, dược phẩm và một số nghành khác, góp phần thúc đẩy nền kinh tế của đất nước nói chung và khu vực miền bắc nói riêng phát triển. Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp em cũng đã tích lũy nhiều kiến thức bổ ích cho bản thân và rút ra được một số bài học kinh nghiệm cơ bản: Nắm được các bước cơ bản trong việc lựa chọn và vận hành một dây chuyền sản xuất thực phẩm. Cách thức tổ chức và xây dựng một một nhà máy sản xuất thực phẩm. Hiểu biết hơn về khoa học công nghệ lên men. Củng cố và áp dụng những kiến thức đã được học vào đồ án. Mặc dù em đã có nhiều cố gắng trong công việc, nhưng với thời gian có hạn cùng với những hạn chế về kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn của bản thân nên sai sót là điều không thể tránh khỏi. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp chân thành của thầy cô và bạn bè để nâng cao kiến thức, kinh nghiệm nhằm phục vụ công tác sau này. Xin gởi lời cảm ơn chân thành của em đến quý thầy cô, đặt biệt là cô Trương Thị Minh Hạnh đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, tháng 5/2011 Sinh viên thực hiện Phạm Thị Thoa TÀI LIỆU THAM KHẢO I: Tiếng Việt 1. GS, TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài, TS.Nguyễn Trọng Khuông, TS.Trần Xoa (1992), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm,Tập 1, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 2. GS, TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài, TS.Nguyễn Trọng Khuông, TS.Trần Xoa (1992), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 2, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 3. Đoàn Dụ, Hai Văn Lê, Nguyễn Như Thông, Bùi Đức Lợi (2006), Công nghệ và máy chế biến lương thực, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 4. Nguyễn Văn May (2002), Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật. 5. Đặng Quang Hải (2006), Bài giảng thiết bị thực phẩm,Trường Cao đẳng lương thực-thực phẩm. 6. PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh (2007), Công nghệ sản xuất protein, axit amin và axit hữu cơ, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. 7. Lê Văn Hoàng(2004), các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, NXB Khoa học và kỹ thuật. 8. GS.TS. Nguyễn Thị Hiền, PGS.TS. Nguyễn Đức Lượng, PGS.TS. Giang Thế Bính (2006), Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội. 9. Trần Thanh Kỳ (2002), Thiết kế lò hơi. Trung tâm nghiên cứu thiết bị nhiệt và năng lượng mới- Trường ĐHBK TP Hồ Chí Minh. 10. Th.S. Trần Thế Truyền (2006)_ Cơ sở thiết kế nhà máy _Khoa hoá_ Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng (2006). 11. Tài liệu công ty Ajinomoto. II. Trang web 12. (10/02/2011) 13. (18/02/2011). 14. 15. (18/02/2011). 16. (20/02/2011). 17. 18. 19.surfaceheatexchangersshe/pages/documentation.aspx?2fsolution(24/03/2011). 20. (07/04/2011). 21. (10/04/2011). 22. (20/02/2011). 23h.ttp://changshuyaoji.en.alibaba.com/product/200908537200055190/Fermentor_Fermenter_.html ( 05/04/2011). 24. (10/05/2011). 25. (15/03/2011). 26. (15/03/2011). 27. (7/4/2011). 28. (24/03/2011). 29. (21/04/2011) 30. (09/05/2011). 31. 32. 17/05/2011). 33. (07/04/2011). 34. (15/05/2011). 35. (15/05/2011). MỤC LỤC Trang ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ˜«««™ ˜«««™ KHOA HÓA BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : PHẠM THỊ THOA Lớp : 09H2LT Khóa : 2009 - 2011 Ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1. Tên đề tài. Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic từ tinh bột sắn với năng suất 3820 tấn sản phẩm/năm. 2. Các số liệu ban đầu: Sinh viên tự chọn 3. NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN: - Mở đầu. - Lập luận kinh tế kỹ thuật - Tổng quan tài liệu - Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ - Tính cân bằng vật chất - Tính và chọn thiết bị - Tính xây dựng - Tính hơi - nước - Kiểm tra sản xuất - An toàn lao động, vệ sinh xí nghiệp, phòng cháy chữa cháy - Kết luận - Tài liệu tham khảo 4. CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ: - Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ. (A0) - Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (A0) - Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất chính. (A0) - Bản vẽ sơ đồ hơi - nước. (A0) - Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy. (A0) 5. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS. Ts.Trương Thị Minh Hạnh. 6. NGÀY GIAO ĐỀ TÀI: 21-01-2011 7. NGÀY HOÀN THÀNH: 26-05-2011 Thông qua bộ môn Ngày……tháng……năm 2010 TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh Kết quả điểm đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ bản báo cáo cho bộ môn Ngày……tháng…. năm 2011 Ngày……tháng…… năm 2011 (Ký và ghi rõ họ tên) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên)