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

LỜI NÓI ĐẦU Trong đời sống thường nhật, axit amin nói chung và axit glutamic nói riêng có một ý nghĩa to lớn. Axit glutamic là một axit amin công nghiệp quan trọng, rất cần cho sự sống, có công thức hóa học là: HOOC – CH – CH2 – CH2 – COOH NH2 Tuy là một loại amino axit không phải thuộc loại không thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại axit amin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng prôtêin, xây dựng các cấu tử của tế bào. Axit glutamic có thể đảm nhiệm chức năng tổng hợp nên các aminoaxit khác nhau như alanin, lơsin, cystein, …. nó tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách NH3 ra khỏi cơ thể . Nó chiếm phần lớn thành phần protein và phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương vì vậy trong y học còn sử dụng axit glutamic trong trường hợp suy nhược hệ thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc NH3 vào cơ thể, một số bệnh về tim, bệnh teo bắp thịt, … Axit glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa chất quan trọng. Muối natri của axit glutamic là natri glutamat mà ta quen gọi là mì chính là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hàng ngày [4, tr 7]. Hiện nay ở nước ta vẫn còn ít các nhà máy sản xuất axit glutamic, mà phần lớn là nhập từ nước ngoài, đây là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic cung cấp cho thị trường trong nước. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu, nên em chọn đề tài thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 480 tấn sản phẩm/năm. CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Khu vực miền Trung và các tỉnh Tây Nguyên chưa có nhà máy sản xuất axit glutamic, nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất của khu vực cũng phong phú. Đây là một điều kiện rất thuận lợi để chúng ta tiến hành sản xuất loại sản phẩm này nhằm cung cấp cho thị trường rộng lớn và tiến đến xuất khẩu. Với những ưu điểm như vậy nên việc xây dựng một nhà máy sản xuất axit glutamic ở Gia Lai là việc làm hợp lý và sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình hoạt động. 1.1. Đặc điểm tự nhiên của tỉnh Gia Lai Gia Lai nằm ở khu vực phía Bắc của Tây Nguyên, có diện tích tương đối lớn. Phía bắc giáp tỉnh Kon Tum, phía nam giáp tỉnh Đắk Lắk, phía tây giáp Campuchia với 90 km đường biên giới quốc gia, phía đông giáp các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định và Phú Yên. Đặc biệt có khu công nghiệp Trà Đa nằm trong thành phố Plêiku là điều kiện rất thuận lợi cho vấn đề cung cấp điện, nước, hơi và nhiên liệu. Khí hậu gió mùa cao nguyên, một năm có hai mùa: mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Lượng mưa trung bình từ 2.200 đến 2.500 mm ở vùng Tây Trường Sơn và từ 1.200 đến 1.750 mm ở vùng Đông Trường Sơn. Nhiệt độ trung bình năm là 22 – 25ºC [13]. 1.2. Vùng nguyên liệu Ở Gia Lai có nhà máy đường An Khê cách khu công nghiệp Trà Đa 80km về phía Đông, là một trong những nhà máy đường lớn của khu vực nên việc cung cấp nguyên liệu cho nhà máy rất thuận lợi. Nhà máy tinh bột sắn ở Kon Tum cũng cách khu công nghiệp 50km về phía Bắc sẽ là nguồn cung cấp tinh bột cho sản xuất. Ngoài ra, Gia Lai còn là vùng nguyên liệu sắn lớn của khu vực Nam Trung Bộ và phía Bắc Tây Nguyên nên sẽ là nguồn nguyên liệu dồi dào cho nhà máy hoạt động. 1.3. Hợp tác hóa Khu công nghiệp Trà Đa là khu công nghiệp lớn của tỉnh Gia Lai và khu vực Bắc Tây Nguyên nói chung nên quá trình hợp tác hóa với các nhà máy khác về sử dụng các công trình công cộng như điện, nước, hệ thống giao thông, hệ thống cấp thoát nước… sẽ thuận lợi, giảm chi phí đầu tư. 1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu Gia Lai có các nhà máy thủy điện lớn như Ialy, Sêsan, An Khê… nên việc cung cấp điện cho khu công nghiệp nói chung và nhà máy nói riêng sẽ luôn được đảm bảo. Bên cạnh đó, việc tạo điều kiện thuận lợi và sự quan tâm đầu tư của tỉnh nên nguồn cung cấp hơi và các nhiên liệu cũng thuận lợi [15]. 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Nước cung cấp cho nhà máy phải đảm bảo tiêu chuẩn về nước sạch cho các nhà máy thực phẩm nên nguồn nước cung cấp cho nhà máy được lấy từ nguồn nước của công ty cấp nước thành phố. Nước trước khi đưa vào sản xuất được lắng, lọc, làm mềm và xử lý iôn. Nước thải của nhà máy cũng được đưa về hệ thống xử lý nước thải chung của khu công nghiệp rồi xử lý trước khi được thải ra ngoài. 1.6. Giao thông vận tải Có Quốc lộ 14 nối Gia Lai với Kon Tum, Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng về phía Bắc và Đắk Lắk, Đắk Nông, các tỉnh vùng Đông Nam Bộ về phía Nam. Quốc lộ 19 nối với cảng Quy Nhơn dài 180km về phía Đông và các tỉnh Đông Bắc Campuchia về hướng Tây. Quốc lộ 25 nối với Phú Yên. Ngoài ra, đường Hồ Chí Minh cũng đi qua địa bàn tỉnh Gia Lai. Các quốc lộ 14, 25 nối Gia Lai với các tỉnh Tây Nguyên và duyên hải miền Trung rất thuận tiện cho vận chuyển hàng hóa đến cảng để xuất khẩu và các trung tâm kinh tế lớn của cả nước. Sân bay Plêiku có đường bay từ Pleiku đi thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Huế, Hà Nội và ngược lại [14]. Ngoài ra, cửa khẩu Lệ Thanh ở Gia Lai và cửa khẩu Bờ Y ở Kon Tum sẽ là con đường để vận chuyển sản phẩm sang Campuchia và Lào phục vụ cho xuất khẩu [16]. 1.7. Nhân công và thị trường tiêu thụ Nguồn nhân công sẽ được tuyển từ nguồn lao động của địa phương và các vùng lân cận, lượng lao động vãn lai cũng dồi dào từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ. Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường của cả nước và hướng đến xuất khẩu sang các nước trong khu vực, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á. 1.8. Nguồn tiêu thụ sản phẩm Nguồn tiêu thụ sản phẩm chủ yếu của công ty là hướng vào công ty Dược Bình Định Bidiphar, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm trong khu vực vì đây là các công ty cần một lượng lớn axit glutamic để phục vụ cho sản xuất hàng năm. Ngoài ra, các sản phẩm trong quá trình sản xuất cũng làm nguyên liệu cho nhà máy phân bón phục vụ cho trồng trọt. Bên cạnh đó xuất khẩu sản phẩm sang các nước Lào và Campuchia cũng là thị trường cần được hướng tới trong quá trình hoạt động của nhà máy. Kết luận: Với những điều kiện thuận lợi trên là hoàn toàn có thể xây dựng và đảm bảo cho sự hoạt động của một nhà máy sản xuất axit glutamic tại khu công nghiệp Trà Đa của tỉnh Gia Lai. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Vào năm 1860 nhà khoa học Ritthaussen ở Hamburg (Đức) xác định thành phần các protein động vật, đặc biệt là thành phần các axit amin, trong đó có một axit amin với tên gọi là axit glutamic: HOOC – CH – CH2 – CH2 – COOH NH2 và muối natri của nó gọi là glutamat natri. Tên axit glutamic xuất phát từ thuật ngữ gluten của bột mì. Tách gluten, thủy phân nó bằng axit và cuối cùng thu được một lượng lớn axit amin, trong đó axit glutamic chiếm 80% lượng các axit amin [4, tr 15]. Axit glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều trong các loại thực phẩm như trong protein thịt động vật, thực vật như đậu peas, cà rốt, rong biển… Là một trong 20 axit amin cấu tạo nên phân tử protein được sử dụng nhiều trong thực tế cuộc sống vì công dụng của nó [17]. * Nguyên liệu: Để lên men sản xuất axit glutamic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu là dịch có đường, hoặc rỉ đường, hoặc các nguồn nguyên liệu tinh bột đã qua giai đoạn đường hóa. Khoai mì là nguyên liệu tinh bột được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Ngoài ra còn có các nguồn dinh dưỡng bổ sung như muối amôn, photphat, sulfat, biotin, vitamin B... Trong thực tế sản xuất, người ta dùng rỉ đường làm môi trường lên men thay cho cao bắp. Rỉ đường thường pha loãng đến 13 – 14% và thanh trùng trước khi lên men. Nếu là nguyên liệu chứa tinh bột, thì tinh bột phải được thủy phân (quá trình dịch hóa và đuờng hóa) nhờ enzym , , amylaza rồi sau đó mới bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường lên men. * Chủng vi sinh: Quá trình lên men sản xuất axit glutamic bằng các chủng vi sinh thường sử dụng là: Corynebacterium Glutamicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococcus Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium Glutamicum có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra axit glutamic. Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất [17]. * Cơ chế tổng hợp thừa axit glutamic: Tính thấm của màng tế bào bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng của penicillin hay dẫn xuất của chất béo. Nếu tính thấm không bị thay đổi thì chỉ diễn ra sự tổng hợp axit gutamic trong tế bào và không có sự tiết axit này ra môi trường. Như vậy, axit glutamic nồng độ cao sẽ ức chế phản ứng của glutamate-dehydrogenaza tạo thành axit glutamic. Do biến đổi về tính thẩm thấu, tế bào chỉ cho axit glutamic ra ngoài và trong nội bào nồng độ axit amin này thấp nên không có sự ức chế ngược bởi sản phẩm cuối cùng. Sự hư hại tính thấm xuất hiện khi nồng độ biotin tối ưu là 2 – 5g/l. Còn nồng độ bioin tối thích cho sự sinh trưởng của chủng sản ở khoảng 14g/l. Cũng có thể tạo ra sự hư hại này bằng cách bổ sung các chất hoạt động bề mặt như Tween 60-polyoxyetylen- socbitanmonostearat, Tween-40poyoxyetylen-sobitan-monopalmitat như penicillin. Các tác nhân bề mặt này được bổ sung vào giữa hay cuối pha sinh trưởng. Việc penicillin gây hư hại cho tính thấm có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt vì nhờ đó có thể sử dụng các nguyên liệu phức tạp như rỉ đường [3, tr 19]. * Kỹ thuật sản xuất: Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng hai phương pháp là lên men liên tục và lên men gián đoạn: Phương pháp lên men liên tục Cơ chất và các thành phần môi trường được bổ sung liên tục vào thiết bị lên men và dịch lên men được lấy ra dần. Phương pháp lên men gián đoạn Có 2 phương pháp lên men gián đoạn: Phương pháp lên men gián đoạn không bổ sung cơ chất Cho toàn bộ cơ chất và hóa chất cần dùng một lần ngay từ ban đầu vào thiết bị lên men. Chỉ có dầu phá bọt và dịch đường… được bổ sung theo nhu cầu trong quá trình lên men. Lượng môi trường ban đầu thường 60 – 65% thể tích của thùng. Khoảng trống của thùng dành cho bọt hoạt động Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất L_glutamic ngay trong dịch nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất. Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc biệt có thể chuyển trực tiếp đường và NH3 thành axit glutamic trong môi trường. Ưu điểm của phương pháp này là: + Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao. + Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm. + Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình lên men [4, tr 124]. Phương pháp lên men gián đoạn có bổ sung cơ chất Không cho toàn bộ cơ chất vào thiết bị lên men ngay từ đầu mà chia làm hai khối nhỏ, 15 – 20% cơ chất cùng các hóa chất được đưa vào môi trường ban đầu, khối còn lại (80 – 85%) được bổ sung dần trong quá trình lên men. Quá trình lên men gián đoạn gồm các giai đoạn sau: a. Giai đoạn đầu: 8 ÷ 12h, giai đoạn này chủ yếu là tăng sinh khối. Các chất có trong môi trường thẩm thấu vào tế bào làm cho vi khuẩn lớn lên đạt kích thước cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Ở giai đoạn này axit glutamic tạo ra rất ít. pH có tăng từ 6,5 ÷ 6,7 lên 7,5 ÷ 8. b. Giai đoạn giữa: Từ giờ thứ 10, 12 đến giờ thứ 24, 26. Số lượng tế bào không tăng hoặc tăng rất ít. Quá trình chủ yếu của giai đoạn này là đường và đạm vô cơ thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các quá trình chuyển hoá bởi men và các phản ứng để tạo axit glutamic trong tế bào. Lượng axit sinh ra nhiều làm pH giảm nên phải bổ sung thêm urê để pH = 8, CO2 bay ra nhiều, bọt tăng ào ạt. Trong giai đoạn này nhiệt độ tăng nhanh. Axit tạo ra đạt 30 ÷ 40g/l. c. Giai đoạn cuối: Các quá trình xảy ra chậm dần cho đến khi hàm lượng đường chỉ còn dưới 1% thì lên men kết thúc [4, tr 174]. * Tinh sạch: Kết thúc quá trình lên men, axit glutamic được tạo thành cùng với một số tạp chất khác, do đó cần phải tinh chế các tạp chất này ra khỏi dung dịch chứa axit. Người ta có thể sử dụng than hoạt tính để khử màu. Axit glutamic được thu bằng cách điều chỉnh pH = 3,2 rồi cô đặc dung dịch và giảm nhiệt độ xuống từ 40 – 15oC sẽ thu được tinh thể axit glutamic với lượng 77 – 88% hoặc cao hơn. Sau đó đem ly tâm, lọc, và sấy ở nhiệt độ thấp sẽ thu được tinh thể axit glutamic màu trắng [17]. CHƯƠNG 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn phương pháp sản xuất Axit glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều trong các loại thực phẩm như trong protein thịt động vật, thực vật như đậu peas, cà rốt, rong biển… Có nhiều phương pháp sản xuất axit glutamic khác nhau, từ các nguồn nguyên liệu khác nhau. Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản: 3.1.1. Phương pháp tổng hợp hóa học Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên axit glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệpdầu hỏa hay các nghành khác. Phương pháp này có những ưu - nhược điểm cụ thể như sau: Ưu điểm: Phương pháp này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực phẩm để sản xuất ra và tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hỏa. Nhược điểm: Chỉ thực hiện được ở những nước có công nghiệp dầu hỏa phát triển và yêu cầu kỹ thuật cao. Mặt khác sản xuất bằng con đường này tạo ra một hỗn hợp không quay cực D, L-axit glutamic, việc tách L-axit glutamic ra lại khó khăn nên làm tăng giá thành sản phẩm. Do nhược điểm như vậy nên phương pháp này ít được ứng dụng ở các nước. 3.1.2. Phương pháp thủy phân prôtêin Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hóa chất hoặc fecmen để thủy phân một nguồn nguyên liệu prôtêin nào đó (khô đậu, khô lạc,…) ra một hỗn hợp các aminoaxit từ đấy tách các axit glutamic ra. Quá trình này có thể tóm tắt như sau: gluten của bột mì được thủy phân bằng axit HCl để giải phóng ra các axit amin ở 150oC. Sau đó các chất cặn bã sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc và giữ ở nhiệt độ thấp để làm giảm độ hòa tan của chất tan, từ đó các hạt tinh thể kết tinh của hydroclorat glutamic quá bão hòa sẽ dần dần được tạo thành. Những hạt tinh thể này sẽ được lọc để tách riêng và sau đó được hòa tan trong nước. Dung dịch này sẽ được trung hòa bằng Na2CO3 cho tới pH = 3,2 (pH đẳng điện), ở pH này tinh thể axit glutamic sẽ kết tinh ra khỏi dung dịch và được tách riêng bằng phương pháp ly tâm. Sau đó pha loãng và kết tinh lần hai với dung dịch Na2CO3 ở pH = 5,7 7,0. Than hoạt tính và Na2CO3 được thêm vào để khử màu và kết tủa các tạp chất. Tạp chất sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc bằng phương pháp bay hơi chân không thu được dịch cô đặc axit glutamic, dịch cô đặc được tách nước bằng phương pháp ly tâm, sản phẩm thu được được sấy khô tạo nên tinh thể cuối cùng là axit gutamic tinh khiết. Phương pháp này có những ưu - nhược điểm cụ thể như sau: Ưu điểm: Dễ khống chế quy trình sản xuất và áp dụng được vào các cơ sở thủ công bán cơ giới, cơ giới dễ dàng. Nhược điểm: Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và đắt. Cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn Hiệu suất thấp đưa đến giá thành cao. 3.1.3. Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tông hợp ra các axit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ. Phương pháp này đang có nhiều triển vọng phát triển ở khắp các nước, nó tạo ra được nhiều loại aminoaxit như: axit glutamic, lizin, vali, alanin, phenylalanin, tryptophan, methionin,… Phương pháp lên men có nguồn gốc từ Nhật Bản, năm 1956 khi mà Shukuo và Kinoshita sử dụng chủng Micrococcus glutamicus sản xuất từ môi trường có chứa glucoza và amoniac. Sau đó một số loài vi sinh vật khác cũng được sử dụng như Brevi bacterium và Microbacterium,… Nhiệt độ lên men giữ ở 28oC và duy trì pH = 8,0 bằng cách thường xuyên bổ sung urê [4, tr 21]. Điều kiện hiếu khí là rất quan trọng bởi vì nếu không được sục khí thì sản phẩm tạo thành không phải là axit glutamic mà là lactat. Khi sử dụng nguyên liệu là rỉ đường thì cần bổ sung các chất kháng biotin để kiểm soát sự sinh trưởng của vi sinh vật. Phương pháp này có nhiều ưu điểm nên đang được nghiên cứu và ứng dụng ở nước ta và các nước trên thế giới. Ưu điểm chính: + Không sử dụng nguyên liệu giàu protit. + Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn. + Hiệu suất cao, giá thành hạ. + Tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao. 3.1.4. Phương pháp kết hợp Đây là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và vi sinh vật học. Phương pháp vi sinh vật tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ và gluxit mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo gần giống axit amin, từ đấy lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit amin. Tổng hợp R – C – COOH O R – C – COOH R – CH – COOH O VSV + h/c N NH2 Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất. Với những trình bày ở trên thì phương pháp lên men có nhiều ưu thế hơn hết trong việc sản xuất axit glutamic. Nên đối với đề tài thiết kế này tôi chọn phương pháp lên men để sản xuất axit glutamic. 3.2. Chủng vi sinh vật Tham gia vào quá trình lên men để sản xuất axit glutamic ta chọn vi sinh vật thường dùng là: Corynebacterium glutamicum Brevibacterium lactofermentus Micrococus glutamicus Nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterrium glutamicum, loại vi khuẩn này có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo axit glutamic. 3.3. Qui trình sản xuất axit glutamic Sau khi tham khảo qui trình sản xuất của nhà máy Ajnomoto cùng với các tài liệu tham khảo tôi đã chọn được qui trình sản xuất cụ thể như sau: Rỉ đường H2SO4 pH =2,23,5 toC = 5060 trong 40÷60h Xử lý Li tâm Tinh bột Pha loãng, lọc Dịch hóa (pH=5,57; toC=90110) Đường hóa (pH=4,24,5; toC=6062) Pha chế dịch lên men pH = 6,7÷6,9 _amylaza _amylaza K2HPO4 0,15% MgSO4 0,075% MnSO4 0,0025% FeSO4 0,05 Thanh trùng (1150C, 20 phút) và Làm nguội 2830oC Lên men pH = 8,0 Dịch đường 38÷45% dầu lạc 0,1% Urê 1,8% Giống gốc Nhân cấp I CấpII Lọc tách sinh khối Cô đặc chân không Tẩy màu Than hoạt tính Axit hóa và kết tinh Ly tâm Lọc băng tải Sấy Làm nguội Bao gói Bảo quản (pH = 3,2; to = 5oC) 3.4. Thuyết minh qui trình 3.4.1. Xử lí nguyên liệu 3.4.1.1. Nguyên liệu rỉ đường Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kính kết tinh. Hàm lượng đường trong mật mía là: + Đường tổng số : 45 – 60% (theo mùa) + Ca2+ : 0,3 – 1,2% + K+ : 2,0 – 4,0% + Độ màu (đo ở bước sóng 400 nm, pha loãng 250 lần): 0,3 – 1,3 + Hàm lượng chất khô tổng số: 60 – 80% [8] a. Xử lý rỉ đường Mục đích chính của xử lý là loại bỏ các tạp chất không mong muốn và các vi sinh vật tạp nhiễm, thuỷ phân dịch đường thành các đường đơn. Quá trình xử lý này còn nhằm loại canxi (Decancium): Iôn canxi làm ảnh hưởng đến quá trình kết tinh glutamic. Trong rỉ mật có chứa nhiều canxi- đây là kim loại có ảnh hưởng đến quá trình lên men và kết tinh axit glutamic, mục đích của giai đoạn này là loại canxi khỏi rỉ mật. Ngoài ra H2SO4 được sử dụng để loại canxi còn có vai trò thủy phân đường sacaroza trong rỉ mật thành glucoza- nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật sử dụng. Sơ đồ phản ứng: C12H22O11 + H2O H2SO4 C6H12O6 + C6H12O6 Glucoza Fructoza Ca2+ + SO42- CaSO4 Điều kiện của thủy phân là: + Nhiệt độ: 50 – 60oC Hình 3.1. Thiết bị thủy phân [5, tr90] + Thời gian: 40 – 60h + pH = 2,2 – 3,5; điều chỉnh bằng H2SO4 [8]. Thiết bị: Dùng thiết bị thủy phân tác động tuần hoàn có lớp lót chịu axit. b. Ly tâm Sau thời gian lưu khoảng 60h để tinh thể CaSO4 có kích thước lớn, đem ly tâm hỗn hợp sau xử lý để phân tách hai thành phần: Phần lỏng được đưa vào tank để thực hiện tiếp quá trình xử lý trước khi tiến hành lên men, phần rắn gồm CaSO4, K2SO4, CaK2(SO4)2 tiếp tục ly tâm lần hai để thu dịch lỏng còn phần rắn được cung cấp cho nhà máy phân bón. Mục đích của ly tâm là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng. Thiết bị: Máy ly tâm nằm ngang. Hình 3.2. Máy ly tâm nằm ngang [5, tr228]. 3.4.1.2. Nguyên liệu tinh bột Hàm lượng tinh bột trong tinh bột khoai mì là 80 – 84% [8]. Hình 3.3. Thiết bị hòa tan tinh bột [18] Sử dụng các cyclon để chứa tinh bột. a. Pha loãng, lọc: Pha loãng nhằm làm trương nở các hạt tinh bột và sau đó tiến hành lọc nhằm loại bỏ những chất cặn bã trong dịch tinh bột trước khi thủy phân. Thiết bị: Dùng thiết bị hòa tan có cánh khoấy và thiết bị lọc là thùng chứa có gắn lưới lọc phía trên để lọc các chất cặn bã trước khi dịch tinh bột được bơm đi dịch hóa. b. Dịch hóa: Mục đích của dịch hóa là chuyển tinh bột thành dịch dextrose để sau đó thực hiện quá trình đường hóa. Dùng enzym _amylaza để thực hiện quá trình này Qui trình bao gồm: Tinh bột khô (hoặc ướt) Hòa tan Lọc cặn bã Dịch sữa bột Xử lý bằng enzym _amylaza Dịch dextrose Thông số kỹ thuật: pH = 5,5 – 7,0; nhiệt độ 90 – 110oC [8]. Thiết bị: Thực hiện quá trình dịch hóa trong các nồi phản ứng [5, tr 87]. c. Đường hóa: Dịch tinh bột sau khi dịch hóa được chuyển qua nồi phản ứng để hạ nhiệt độ xuống 60 – 62oC trước khi bổ sung enzym vào thiết bị. Hình 3.4. Thiết bị dịch hóa và đưònghóa dịch tinh bột [5, tr 87] Mục đích của đường hóa là nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucoza – nguồn dinh dưỡng mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng được. Qui trình đường hóa: Dịch dextrose xử lý bằng _amylaza dịch glucoze. Dùng emzym _amylaza để thực hiện quá trình này Các thông số kỹ thuật của quá trình đường hóa này là: pH = 4,2 – 4,5; nhiệt độ 60 – 62oC [8] Thiết bị: Quá trình đường hóa được tiến hành trong các nồi phản ứng có bổ sung enzym _amylaza. [5, tr 87] 3.4.2. Pha chế dịch lên men Mục đích: Tạo ra hỗn hợp môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men tạo sinh khối. Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và dịch rỉ đường đã pha loãng. Ngoài ra còn bổ sung thêm các chất sau: [4, tr 84] Nồng độ đường : 10% K2HPO4 : 0,15% MgSO47H2O : 0,075% MnSO4 : 0,0025% FeSO4 : 0,05% Điều chỉnh pH đến :6,7 ÷ 6,9 Dùng các cyclon chứa để tiến hành pha chế dịch lên men. 3.4.3. Thanh trùng và làm nguội Hình 3.5. Thiết bị thanh trùng bản mỏng [20] Mục đích: Thanh trùng nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây hại trong môi trường dinh dưỡng trước khi lên men và làm nguội để hạ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ thích hợp với vi sinh vật để lên men. Thanh trùng: Dịch được bơm ngược chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình trao đổi nhiệt. Thanh trùng ở 1150C trong thời gian 20 phút rồi được làm nguội nhiệt độ của dịch lên men xuống 30320C [8]. Chọn thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng 3.4.4. Nhân giống Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men. Hình 3.6. Thùng gây men [21] Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau: [4, tr 171] Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 2 lên men bình lắc (giống cấp 1) nuôi trong thùng tôn (giống cấp 2) lên men chính (giống cấp 3). Quá trình nhân giống được tiến hành trong các thùng gây men. 3.4.5. Lên men Mục đích của khâu này là thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp để chuyển hoá đường glucoze và đạm vô cơ thành axit glutamic. Nồng độ đường ban đầu trong dịch lên men là 10% [8]. Để đảm bảo cho quá trình lên men đạt hiệu quả cao phải chú ý khống chế các điều kiện kỹ thuật như: Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC. Hình 3.7. Thiết bị lên men [5, tr 197] Lượng không khí : 30 ÷ 40cm3/giờ cho 1m3 môi trường. Cánh khuấy hai tầng: 180 ÷ 200vòng/phút. pH giảm đến 7 thì phải bổ sung urê ngay cho pH lên 8, thường bổ sung một nồi len men gián đoạn 2 – 3 lần Thiết bị: Dùng thiết bị lên men với bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt. 3.4.6. Lọc tách sinh khối Lọc nhằm tách riêng dung dịch có chứa axit glutamic ra khỏi xác tế bào vi sinh vật lên men trước khi tiến hành công đoạn tiếp theo cô đặc chân không. Dùng thiết bị lọc màng dạng khung phẳng Hình 3.8. Sơ đồ thiết bị dùng màng lọc dạng khung phẳng [5, tr 251] 3.4.7. Cô đặc chân không Nhằm làm tăng nồng độ của dịch axit glutamic trước khi kết tinh. Thiết bị: Sử dụng thiết bị cô đặc chân không. Hình 3.9. Thiết bị cô đặc chân không [22] 3.4.8. Tẩy màu Mục đích: Dùng than hoạt tính để hấp thụ những chất màu, tạp chất được sinh ra trong quá trình lên men. Hình 3.10. Sơ đồ thiết bị tẩy màu [23] Dùng thiết bị tẩy màu có cột than hoạt tính cố định và cho dung dịch cần tẩy di qua cột. Hình 3.11. Thiết bị kết tinh 3.4.9. Axit hóa và kết tinh Quá trình này được thực hiện trong cùng một thiết bị nhằm đưa pH của dung dịch axit glutamic giảm đến điểm đẳng điện rồi hạ nhiệt độ để axit gulamic kết tinh lại sau đó tiến hành ly tâm Thiết bị: Dùng thiết bị kết tinh có lớp vỏ chịu được axit và có bộ phận làm lạnh bên ngoài. 3.4.10. Ly tâm Mục đích: Tách riêng axit glutamic từ hỗn hợp dung dịch sau khi đã kết tinh. Hình 3.12. Thiết bị ly tâm [24] Thiết bị: Dùng thiết bị ly tâm tách nước để tách nước ra khỏi tinh thể axit glutamic 3.4.11. Lọc băng tải Nhằm thu tinh thể axit glutamic sau khi đã ly tâm tách nước và cũng làm giảm độ ẩm của tinh thể axit trước khi tiến hành sấy. Hình 3.13. Sơ đồ thiết bị lọc băng tải [25] Sử dụng thiết bị lọc băng tải 3.4.12. Sấy Mục đích của công đoạn này là nhằm tách hoàn toàn nước ra khỏi axit glutamic trước khi đưa tinh thể axit glutamic vào gói rồi bảo quản. Hình 3.14. Sơ đồ thiết bị sấy băng tải [26] Dùng thiết bị máy sấy băng tải để thực hiện quá trình sấy này. Hình 3.15. Máy bao gói [12] 3.4.13. Làm nguội Tinh thể axit glutamic được làm nguội trên băng tải làm nguội trước khi bao gói. 3.4.14. Bao gói Tinh thể axit glutamic sau khi làm nguội được chuyển vào thiết bị bao gói để bao gói trước khi được bảo quản. Quá trình bao gói có ghi rõ khối lượng, ngày sản xuất của sản phẩm. Thiết bị: Dùng máy đóng bao bì để thực hiện quá trình này. CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm Nhà máy làm việc liên tục 3 ca/ngày. Mỗi ca 8 giờ. Tháng 1 âm lịch nhà máy nghỉ sản xuất 30 ngày để tu sửa và vệ sinh thiết bị. - Các ngày nghỉ trong năm: + Mỗi người công nhân được nghỉ phép 10 ngày/năm. + Tết dương lịch nghỉ 1 ngày + Tết âm lịch nghỉ 4 ngày + Chiến thắng 30/4 nghỉ 1 ngày + Quốc tế lao động nghỉ 1 ngày + Giỗ tổ Hùng Vương nghỉ 1 ngày + Quốc khánh 2-9 nghỉ 1 ngày + Chủ nhật nghỉ 1 ngày Ta có tổng kết thời gian sản xuất của nhà máy trong một năm như sau: Số ngày làm việc trong năm: 365 – 30 = 335 ngày. Số ca làm việc trong năm: 335 3 = 1005 ca. 4.2. Tính cân bằng vật chất Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau: Nguyên liệu rỉ đường Tinh bột Xử lý 2,5% Pha loãng, lọc 1% Ly tâm 3% Dịch hóa 2% Đường hóa 2% Pha chế dịch lên men 2,5% Thanh trùng và làm nguội 1,5% Lên men 1,5% Lọc tách sơ bộ 2% Cô đặc chân không 2,5% Tẩy màu 1% Axit hóa, kết tinh 3% Ly tâm 4% Lọc băng tải 1% Sấy 1% Làm nguội 1,5% Bao gói 0,5% Nhà máy sản xuất axit glutamic tinh thể với năng suất 480 tấn/năm. Như vậy năng suất mỗi ngày của nhà máy là: maxit glutamic = 480 : 335 = 1,433 tấn/ngày = 1433 kg/ngày 4.2.1. Bao gói Tỉ lệ hao hụt là 0,5% Lượng axit glutamic trước khi bao gói là: (kg/ngày) 4.2.2. Làm nguội Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 1,5% Lượng axit glutamic thu được trước khi làm nguội là: (kg/ngày) 4.2.3. Sấy Tỉ lệ hao hụt là 1% Giả sử tinh thể axit glutamic có độ ẩm trước và sau khi sấy lần lượt là: Độ ẩm trước khi sấy là 2,5% Độ ẩm sau khi sấy là 0,4% Lượng tinh thể axit glutamic ẩm đem sấy là: (kg/ngày) 4.2.4. Lọc băng tải Tỉ lệ hao hụt là 1% Giả sử độ ẩm của axit glutamic trước khi lọc là 8%. Độ ẩm sau khi lọc là 2,5% Lượng axit glutamic trước khi tiến hành lọc là: (kg/ngày) 4.2.4. Ly tâm Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này 4% Khối lượng axit glutamic trước khi ly tâm đã tính hao hụt là: (kg/ngày) Giả sử trước khi ly tâm nồng độ axit glutamic là 30% nên hàm lượng nước chiếm 70%. Vì vậy khối lượng dịch trước khi ly tâm là: (kg/ngày) 4.2.5. Axit hóa, kết tinh Giả sử hiệu suất kết tinh đạt 70% Tỉ lệ hao hụt của quá trình này là 3% Lượng axit glutamic trước khi hao hụt là (kg/ngày) Vì hiệu suất kết tinh chỉ 70% nên khối lượng dung dịch axit trước khi kết tinh là: (kg/ngày) 4.2.6. Tẩy màu Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 1% Khối lượng dịch axit glutamic trước khi tẩy màu là: (kg/ngày) 4.2.7. Cô đặc chân không Tỉ lệ hao hụt 2,5% Giả sử hiệu suất của quá trình cô đặc đạt 80% Sau khi cô đặc hàm lượng ẩm trong axit là 70% Trước khi lọc nồng độ axit glutamic là 17% [8] nên hàm lượng ẩm trong dịch axit là 83%. Toàn bộ khối lượng dịch axit trước khi cô đặc là: (kg/ngày) 4.2.8. Lọc tách sơ bộ Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 2% Giả sử hiệu suất của cả quá trình lọc đạt 90% Khối lượng dịch axit sau khi hao hụt là: (kg/ngày) Nồng độ axit glutamic trong dịch trước khi lọc là 17% nên khối lượng dung dịch axit sau khi lên men là (kg/ngày) 4.2.9. Lên men Tỉ lệ hao hụt là 2,5% Lượng dịch trước lên men: (kg/ngày) Giả sử tỉ trọng của dịch là kg/m3, suy ra thể tích dịch lên men là: (m3/ngày) Trong dịch lên men còn có bổ sung dầu lạc 0, 1% để phá bọt; urê 1,8% [4, tr 127, 146]; dịch đường 40% [8]: m dầu lạc 0,1% = (kg/ngày). m ure 1,8% = (kg/ngày). mđường 40% = (kg/ngày). Lượng giống cho vào lên men là 5% thể tích dịch môi trường [8]. Vậy lượng giống cho vào là Vgiống = (m3/ngày). Giả sử giống có khối lượng riêng là 1070 (kg/m3). Khi đó khối lượng giống cho vào là: mgiống = (kg/ngày) Lượng môi trường đem đi lên men là: (kg/ngày). 4.2.10. Thanh trùng và làm nguội Giả sử tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 1,5% Lượng môi trường trước khi tiến hành quá trình là: (kg/ngày). 4.2.11. Pha chế dịch lên men Lượng môi trường trước khi xảy ra hao hụt là: (kg/ngày). Các chất khoáng được bổ sung trong quá trình pha chế là: mK2HPO4 0,15% = (kg/ngày). mMgSO4 0,075% = (kg/ngày). mMnSO4 0,0025% = (kg/ngày). mFeSO4 0,05 = (kg/ngày). Lượng dịch đường ban đầu dùng lên men là: (kg/ngày). Tổng lượng dịch đường cần dùng cho lên men là: (kg/ngày). Tỷ lệ tinh bột và rỉ đường đã xử lý đưa vào pha chế dịch lên men là: 50:50 4.2.11.1. Rỉ đường a. Ly tâm dịch rỉ đường Tỉ lệ hao hụt là 3% Giả sử quá trình ly tâm có hiệu suất là 85% Lượng rỉ đường trước khi tiến hành ly tâm là: (kg/ngày). c. Xử lý Tỉ lệ hao hụt 2,5% Hàm lượng đường trong rỉ đường nguyên liệu chiếm 60%. [8]. Vậy khối lượng dịch rỉ đường ban đầu là: (kg/ngày). 4.2.11.2. Tinh bột a. Đường hóa Tỉ lệ hao hụt là 2% Giả sử hiệu suất đường hóa là 70% Lượng tinh bột trước khi đường hóa là: mtinh bột= (kg/ngày) b. Dịch hóa Tỉ lệ hao hụt là 2% Giả sử hiệu suất dịch hóa là 70% thì lượng tinh bột trước khi dịch hóa là: mtinh bột= (kg/ngày) c. Lọc dịch tinh bột Giả sử quá trình lọc đạt hiệu suất 95% và tỉ lệ hao hụt là 2%. Lượng tinh bột dùng cho quá trình sản xuất là: mtinh bột= (kg/ngày) 4.3. Nhân giống Ta phải tiến hành nhân giống nhiều cấp, ở đây ta chọn quá trình nhân giống ba cấp, mới đủ giống tiếp vào lên men. [4, tr 90] 4.3.1. Nhân giống cấp III Lượng giống cho vào lên men là 5% thể tích dịch môi trường. Vậy lượng giống cần là Vgiống lên men = (m3/ngày). Giả sử giống có khối lượng riêng là 1070 (kg/m3). Khi đó khối lượng giống cần là: mgiống lên men = (kg/ngày). Lượng giống cấp III bằng 2% lượng giống cấp lên men Vgiống cấp III = (m3/ngày). mgiống cấp III = (kg/ngày). Bảng 4.1. Thành phần và khối lượng môi trường nhân giống cấp III Cơ chất Tỉ lệ (%) Khối lượng (kg/ngày) Đường 2,0% 2,43 K2HPO4 0,3% 0,37 Cao ngô 0,5% 0,61 Dịch thủy phân đậu tương 1% 1,22 Dịch thải đạm 1% 1,22 Urê 0,5% 0,61 Điều kiện nuôi cấy: Thanh trùng môi trường ở 130oC trong 30 phút. Nhiệt độ nuôi cấy 3132oC trong thời gian 810 giờ. Khoấy trộn 165 vòng/phút [4, tr 90]. 4.3.2. Nhân giống cấp II Lượng giống cấp II bằng 2% lượng giống cấp III Vgiống cấp II = (m3/ngày). mgiống cấp II = (kg/ngày). Bảng 4.2. Thành phần và khối lượng môi trường nhân giống cấp II Cơ chất Tỉ lệ (%) Khối lượng (kg/ngày) Đường 2,0% 0,0488 K2HPO4 0,3% 7,3210-3 Cao ngô 0,5% 0,0122 Dịch thủy phân đậu tương 1% 0,0244 Dịch thải đạm 1% 0,0244 Ure 0,5% 0,0122 Điều kiện nhân giống: Môi trường được thanh trùng ở 120oC trong 20 phút. Nhiệt độ nuôi cấy 3132oC. Khoấy trộn đều 340 vòng/phút. Thời gian nhân giống 810 giờ. 4.3.3. Nhân giống cấp I Lượng giống cấp I bằng 2% lượng giống cấp II Vgiống cấp I = (m3/ngày). mgiống cấp I = (kg/ngày). Bảng 4.3. Thành phần và khối lượng môi trường nhân giống cấp I Cơ chất Tỉ lệ (%) Khối lượng (kg/ngày) Đường 2,0% 0,98 K2HPO4 0,3% 0,147 Cao ngô 0,5% 0,245 Dịch thủy phân đậu tương 1% 0,49 Dịch thải đạm 1% 0,49 Ure 0,5% 0,245 4.3.1. Giữ giống trong ống thạch nghiêng Lượng giống trong ống thạch nghiêng bằng 2% lượng giống cấp I Vống thạch nghiêng = (m3/ngày). mgiống cấp I = (kg/ngày). Bảng 4.4. Thành phần và khối lượng các chất trong môi trường thạch nghiêng Cơ chất Tỉ lệ Khối lượng (g) Peton 1% 9,7584 Cao thịt 1% 9,7584 NaCl 0,50% 4,8792 Thạch 2% 19,52 Điều kiện nuôi cấy: Ống được bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 5oC, hai tháng cấy lại một lần, sáu tháng phân lập và tuyển chọn nòi có hiệu lực cao. 4.4. Tổng kết Bảng 4.5. Bảng tổng kết khối lượng qua các công đoạn STT Công đoạn Khối lượng (kg/ngày) (kg/ca) (kg/h) 1 Lượng rỉ đường đem xử lý 116928,31 38976,10 4872,01 2 Ly tâm dịch rỉ đường 68434,65 22811,55 2851,44 3 Lượng tinh bột đem đi lọc 112687,78 37562,59 4695,32 4 Dịch hóa 104912,32 34970,77 4371,35 5 Đường hóa 82251,26 27417,09 3427,14 6 Pha chế dịch lên men 65519,64 21839,88 2729,98 7 Thanh trùng và làm nguội 63881,65 21293,88 2661,74 8 Lên men 118777,27 39529,42 4949,05 9 Lọc tách sơ bộ 115807,84 38602,61 4825,33 10 Cô đặc chân không 17364,23 5788,08 723,51 11 Tẩy màu 7674,99 2558,33 319,79 12 Axit hóa, kết tinh 7598,24 2532,75 316,59 13 Ly tâm 5159,21 1719,74 214,97 14 Lọc băng tải 1615,06 538,35 67,29 15 Sấy 1508,71 502,90 62,86 16 Làm nguội 1462,13 487,38 60,92 17 Bao gói 1440,20 480,07 60,01 CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 5.1. Thiết bị xử lý nguyên liệu Hình 5.1. Thùng chứa rỉ đường 5.1.1. Nguyên liệu rỉ đường 5.1.1.1. Thùng chứa và định lượng rỉ đường Thùng chứa là thiết bị hình trụ, có đáy dạng hình nón. Thiết bị được đặt trên cao để tự chảy xuống thùng pha loãng. Chọn thể tích của thiết bị có thể chứa được lượng rỉ đường của một ca Khối lượng rỉ đường cho một ca sản xuất là m = 38976,10 (kg/ca) Khối lượng riêng của rỉ đường 60% là d = (kg/m3) [10, tr 61]. Thể tích của rỉ đường lúc này là: Vrỉ đường ban đầu = (m3/ca) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là thì ta có thể tích của thiết bị chứa là: Vthiết bị = (m3) Chọn đường kính thiết bị D = 2,5 (m); = 60o; Chọn h3 = 0,1 (m); Đường kính ống tháo d = 0,2 (m) Chiều cao của phần đáy nón thiết bị là: h2 = (m) Thể tích của phần nón là: Vnón = Vnón = (m3) Thể tích của phần trụ là: Vtrụ = Vthiết bị - Vnón = (m3) Nên chiều cao của phần trụ là: h1 = = (m) Không chọn thiết bị thiết bị dự trữ. Vậy số thiết bị cần dùng cho sản xuất là: nthiếtbị = 1. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 37,8 (m3); Dthiết bị = 2,5 (m); dống tháo = 0,2 (m); = 60o; h1 = 4,8 (m); h2 = 2,0 (m); h3 = 0,1 (m). 5.1.1.2. Thùng pha loãng rỉ đường Thùng pha loãng rỉ đường được đặt bên dưới thùng định lượng để dịch rỉ đường có thể tự chảy vào thiết bị pha loãng Hình 5.2. Thiết bị thủy phân rỉ đường Chọn thiết bị pha loãng dạng hình trụ có đường kính của thiết bị là D = 2m, chiều cao của thiết bị là h = 2m. Thiết bị có gắn cánh khoấy để có thể pha loãng rỉ đường khi cần thiết. 5.1.1.3. Thiết bị xử lý rỉ đường Chọn thiết bị thủy phân làm việc gián đoạn, có thể xử lý được lượng rỉ đường trong một ca. Thiết bị được cấu tạo có lóp lót chịu axit, có sơ đồ cấu tạo như hình bên. [5, tr90]. Thể tích rỉ đường cần được xử lý là: Vrỉ đường ban đầu = 30,24 (m3/h) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là = 0,70. Như vậy thể tích của thiết bị xử lý là: Vthiết bị xử lý = (m3). Thể tích thiết bị được tính như sau: Vthiết bị = Vthân trụ + Vnắp + Vđáy Chọn chiều cao của ống tháo h1 = 0,4m; Đường kính của ống tháo d = 0,4m; Đường kính của thiết bị là D = 2,5m; = 60o; Tính tương tự như tính thùng chứa ta có chiều cao của phần đáy thiết bị là: h2 = (m). Và thể tích của phần đáy của thiết bị là: Vđáy = (m3) Tính thể tích nắp thiết bị, chọn h4 = 1,5m. Vnắp = = (m3) Vnắp = 4,56 (m3) Thể tích phần thân hình trụ: Vthân = V – Vđáy – Vnắp = 43,2 – 14,12 – 4,56 = 24,52 (m3). Chiều cao của phần trụ là: h3 = = = 5 (m). Chiều cao thiết bị là hthiết bị = h1 + h2 + h3 + h4 = 0,4 + 1,82 + 5 + 1,5 = 8,72 (m) Chọn thiết bị với các thông số sau: Vthiết bị = 43,2 (m3); Dthiết bị = 2,5 (m); hthiết bị = 8,72 (m); Thời gian thủy phân của một thiết bị là 60h nên số thiết bị cần dùng là n = = 7,5 ~ 8 và không có thiết bị dự trữ. Vậy số thiết bị cần dùng cho xử lý rỉ đường là nthiết bị = 8. 5.1.1.4. Ly tâm rỉ đường Chọn thiết bị ly tâm nằm ngang [5, tr 197], thiết bị làm việc liên tục. Khối lượng rỉ đường cần được ly tâm là: mrỉ đường = 2851,44 (kg/h) Khối lượng riêng của rỉ đường 10% là d = 1039,98 (kg/m3), [10, tr 58]. Thể tích của rỉ đường cần được xử lý là: Vtinh bột = (m3/h). Chọn thiết bị ly tâm 202K-3 Thông số kỹ thuật của thiết bị như sau: Năng suất của thiết bị, m3/h : 3 Đường kính trong lớn nhất của rôto, mm : 200 Số vòng quay lớn nhất của rôto, vòng/phút : 6000 Tỉ số giữa chiều dài hoạt động của rôto và đường kính : 3 Công suất động cơ, kW : 5,5 Kích thước cơ bản, mm : 1455 x 1080 x 740 Chọn số thiết bị cho nhà máy là n = 1 thiết bị. 5.1.1.5. Thùng chứa rỉ đường sau ly tâm Rỉ đường sau khi ly tâm được chảy vào thùng chứa rồi được bơm liên tục vào thiết bị pha chế dịch lên men. Chọn thùng chứa có thể tích chứa được 1/4 lượng rỉ đường trong một ca sản xuất thì ta có thể tích của thiết bị cần là: Vthiết bị = (m3) Chọn thiết bị có cấu tạo dạng hình trụ, có đường kính là D = 2m, như vậy chiều cao của thiết bị là h = = 1,75m Vậy thùng chứa dịch sau ly tâm có cấu tạo dạng hình trụ, có kích thước như sau: D = 2m, h = 1,7m 5.1.2. Nguyên liệu tinh bột 5.1.2.1. Hố chứa tinh bột ban đầu Hố chứa có thể tích đủ để chứa được lượng tinh bột trong một ca sản xuất. Hố được xây 1/2 chìm và 1/2 nổi, bên trong hố có đặt gàu tải để vận chuyển tinh bột lên thùng định lượng. Khối lượng tinh bột cần chứa trong một ca sản xuất là: mtinh bột = (kg/ca). Giả sử khối lượng riêng của tinh bột d = 1650 (kg/m3) [10, tr 48]. Thể tích của nguyên liệu tinh bột là Vtinh bột = (m3/ca) Chọn hố chứa có cấu tạo dạng hình chủ nhật với hệ số chứa đầy là = 0,9 thì ta có thể tích cần của hố là: Vhố = m3 Chọn hố chứa có kích thước lần lượt như sau: 3m 2m 4,2m 5.1.2.2. Thùng định lượng tinh bột Thùng định lượng lượng tinh bột cho một ca sản xuất là thiết bị dạng hình trụ, có đáy dạng hình nón, có nắp bằng. Số thiết bị cho một ca sản xuất là n = 1 Hình 5.3. Thùng chứa rỉ đường Chọn hệ số chứa đầy của thùng chứa là = 0,8 thì thể tích của thiết bị chứa là Vthiết bị = (m3). Chọn đường kính thiết bị D = 2,5 (m); = 60o; Chọn h3 = 0,1(m); Đường kính ống tháo d = 0,2 (m). Tính tương tự như thùng chứa rỉ đường, ta có: Tính tương tự như thùng chứa rỉ đường, ta có: Chiều cao của phần đáy nón thiết bị là: h2 = (m) Thể tích của phần nón là: Vnón = Vnón = (m3) Thể tích của phần trụ là: Vtrụ = Vthiết bị - Vnón = (m3) Nên chiều cao của phần trụ là: h1 = = (m) Chiều cao thiết bị là hthiết bị = h1 + h2 + h3 = 2,9 + 2,0 + 0,1 = 5,0 (m). Không chọn thiết bị dự trữ, vậy số thiết bị cần dùng cho sản xuất là: nthiết bị = 1. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 28,46 (m3); Dthiết bị = 2,5 (m); dống tháo = 0,2 (m); = 60o; hthiết bị = 5,0 (m). 5.1.2.3. Thiết bị hòa tan tinh bột Thiết bị được đặt bên dưới thùng chứa và định lượng tinh bột Thiết bị hòa tan tinh bột có cấu tạo dạng hình trụ tròn bên trong có gắng cánh khoấy để khoấy tinh bột khi tinh bột được tự chảy từ thùng định lượng xuống Chọn thùng hòa tan tinh bột có kích thước như sau: Đường kính D = 2m, chiều cao h = 1,5 5.1.2.4. Thiết bị lọc lưới Chọn thiết bị cho một ca sản xuất là nthiết bị = 1, không có thiết bị dự trữ. Thể tích tinh bột cần được lọc là: Vtinh bột = (m3/h). Chọn thiết bị lọc là một thùng chứa hình trụ tròn có gắn lưới lọc bên trong để lọc rác trong tinh bột. Thiết bị làm việc liên tục. Chọn thiết bị có đường kính là D = 2m và chiều cao là h = 2m 5.1.2.5. Thiết bị dịch hóa Thiết bị dịch hóa là thiết bị 2 vỏ có thể chịu được axit và nhiệt độ [5, tr 87]. Thể tích tinh bột cần được dịch hóa là: Vtinh bột = (m3/h). Thời gian dịch hóa là 40 phút nên thể tích của tinh bột dịch hóa được trong một mẻ là: V1 mẻ = (m3/mẻ). Hình 5.4. Thiết bị dịch hóa và đường hóa Hệ số chứa đầy của thiết bị dịch hóa là = 0,60. Như vậy thể tích của thiết bị thực hiện quá trình dịch hóa là: Vthiết bị = (m3). Chọn đường kính thiết bị D = 1,5m; Nên chiều cao của thiết bị là: h = = (m). Giả sử chiều cao của phần đỉnh của thiết bị là hđỉnh = 1,0m nên chiều cao của thiết bị là hthiết bị = 2,67 m Không chọn thiết bị dự trữ, vậy số thiết bị cần dùng cho dịch hóa là: nthiết bị = 1. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 2,95 (m3); Dthiết bị = 1,5 (m); hthiết bị = 2,67(m); 5.1.2.6. Thiết bị đường hóa Chọn thiết bị đường hóa có thể tích đủ để thực hiện đường hóa lượng dịch tinh bột trong một ca sản xuất. Thể tích tinh bột đường hóa là: Vtinh bột = (m3/ca). Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị đường hóa là = 0,8 và số thiết bị cho một ca sản xuất là n = 1 thiết bị. Nên thể tích của một thiết bị thực hiện đường hóa là: Vthiết bị = (m3). Chọn đường kính thiết bị là D = 2,5 m, tương tự như thiết bị dịch hóa thì ta có chiều cao của thiết bị đường hóa là: h = = (m). Giả sử chiều cao của phần đỉnh của thiết bị là hđỉnh = 1,5m, nên chiều cao của thiết bị là hthiết bị = 4,24 + 1,5 = 5,74m Thời gian tiến hành dịch hóa là 60 – 70h, nên số thiết bị cần dùng là: nthiết bị = 9 Không chọn thiết bị dự trữ. Vậy số thiết bị cần dùng cho sản xuất là: nthiết bị = 9. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 20,78 (m3); Dthiết bị = 2,5 (m); hthiết bị = 5,74(m); 5.2. Thiết bị pha chế dịch lên men Thiết bị có dạng hình trụ tròn, có cánh khuấy. Thể tích của thiết bị có thể pha chế được lượng dịch lên men cho một ca sản xuất. Chọn khối lượng riêng dịch lúc này là: d = 1061,04 (kg/m3) [10, tr61]. Thể tích của hỗn hợp dịch đường khi đưa vào thiết bị lên men là: h D V = (m3/ca) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị pha chế là = 0,8 thì thể tích của thiết bị pha chế là: Vthiết bị = (m3). Chọn đường kính thiết bị D = 3,0 m; Nên chiều cao của phần trụ là: Hình 5.5. Thiết bị pha chế dịch lên men hthiết bị = = (m). Vậy số thiết bị cần dùng cho pha chế dịch lên men là nthiết bị = 1. Có các kích thước như sau: Vthiết bị = 25,73 (m3); Dthiết bị = 3,0 (m); h = 3,64 (m) 5.3. Thiết bị thanh trùng và làm nguội Ta có thể tích dịch đem thanh trùng V = = 2,51 (m3/h) Chọn 1 thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng BO1-Y5 Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất, m3/h : 5 + Số lượng bản, cái : 85 + Bề mặt làm việc của các bản, m2 : 12,1 + Vận tốc của sản phẩm, m/s : 0,4 + Vận tốc chất tải nhiệt, m/s : 0,4 + Kích thước bản, mm : 800×255×1,2 + Kích thước thiết bị, mm : 1870×700×1400 + Khối lượng, kg : 430 5.4. Thiết bị lên men Quá trình lên men được thực hiện gián đoạn trong các thiết bị lên men theo từng ca sản xuất. Tổng thời gian lên men là 30h nên số thiết bị lên men cần dùng là n = 4 thiết bị. Thể tích của dịch đường đưa vào thiết bị lên men là Vdịch lên men = (m3/ca). Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị lên men là = 0,7; Thể tích của thiết bị lên men là: Vthiết bị = (m3). Chọn thiết bị lên men với bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt có sức chứa 63m3 [5, tr 197]. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị lên men: Tỉ lệ chiều cao và đường kính bằng . Gọi đường kính của thiết bị lên men là D (m), chiều cao của thiết bị là 2,6D. Thể tích của thiết bị lên men: → (m) Vậy thiết bị lên men có đường kính D = 2,98m và chiều cao h = 7,75m. Cơ cấu chuyển đảo gồm các tuabin có đuờng kính 600 1000mm với các cánh rộng 150 200mm, số vòng quay của cơ cấu đảo trộn 110 200vòng/phút. Thiết bị hoạt động dưới áp suất dư 0,25 MPa và để tiệt trùng ở nhiệt độ 130140oC, áp suất bên trong thiết bị 50 kPa. Chọn thiết bị dự trữ là n = 1, vậy tổng số thiết bị lên men cần dùng cho nhà máy là nthiết bị = 5 thiết bị. 5.5. Thiết bị nhân giống 5.5.1. Thiết bị nhân giống thạch nghiêng Vống thạch nghiêng = (m3/ngày). Chọn hệ số chứa đầy là = 0,4 Thể tích thực của ống là (m3) = 0,00228 (lít). Chọn ống thủy tinh có thể tích 10 ml Số ống nhân giống cần cho sản xuất một ngày là: Chọn n = 1 ống 5.5.2. Thiết bị nhân giống cấp 1 Lượng giống cấp 1 cần cung cấp trong một ngày là (m3/ngày). Chọn hệ số chứa đầy = 0,4 Thể tích của thiết bị nhân giống là: Vthiết bị = (m3) = 0,114 (lít) Chọn các bình tam giác thể tích 100 ml để nhân giống cấp 1. Chọn đường kính của thiết bị nhân giống cấp một là D = 20mm thì chiều cao của thiết bị là Số bình tam giác cần cho một ngày việc là: n = ~2 bình. 5.5.3. Thùng bị nhân giống cấp 2 Lượng giống cấp 2 cần cung cấp trong một ngày là 2,28 (lít/ngày). Chọn hệ số chứa đầy = 0,5 Thể tích của thiết bị nhân giống cấp hai là: Vthiết bị = = 4,56 (l) Nhân giống cấp hai trong các nồi lên men có thể tích 5 lít. Số thiết bị nhân giống cần cho một ngày việc là: n = 1 (thùng). Chọn đường kính thiết bị là D = 0,3m thì chiều cao của thiết bị là (m) Chọn n = 1 thiết bị để nhân giống cấp 2. 5.5.4. Thùng bị nhân giống cấp 3 Thể tích giống cung cấp cho lên men 113,76 lít/ngày Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là = 0,6 thì thể tích của thiết thiết bị nhân giống là: Vthiết bị = lít Quá trình nhân giống được tiến hành trong các thùng tôn có thể tích 200 lít. Như vậy số thùng trong một ngày là n = 1 Chọn n = 1 thùng tôn, mỗi thùng có thể tích 200 lít để nhân giống cấp 3 Chọn thùng nhân giống dạng hình trụ tròn, đáy bằng, có đuờng kính D = 0,5 m; Tính tương tự như thùng chứa thì ta có chiều cao của thùng nhân giống là: h = 1 (m). 5.6. Lọc tách tế bào vi sinh vật Giả sử khối lượng riêng của dịch axit sau lên men là d = 1500 kg/m3. Thể tích dung dịch sau lên men cần được tách xác tế bào vi sinh vật là: Vdịch axit = (m3/h). Giả sử thời gian lưu của dịch trong thiết bị lọc là 2 phút, nên thể tích của 1 mẻ lọc là: V1 mẻ = (m3) Giả sử vận tốc của dịch lọc trong thiết bị lọc là 1m/phút thì ta có chiều dài của thiết bị lọc là 2m, cho khoảng cách giữa các màng lọc là 10cm, chọn chiều cao của khung lọc là 1m thì chiều rộng của màng lọc là w = (m) Vậy kích thước của khung lọc lần lượt là: Chiều dài = 2m, chiều rộng 1,167m và chiều cao 1,0m. 5.7. Cô đặc chân không Khối lượng của dung dịch cần cô đặc là: mdung dịch = (kg/h) Chọn thiết bị cô đặc có ký hiệu là SJN2-1000 có các thông số chính như sau: Năng suất (kg/h) 1000 Tiêu hao hơi (kg/h) 100 Áp lực hơi < 0,1 Mpa Kích thước (m) L*W*H 5,5*1,1*3,8 5.8. Tẩy màu Giả sử khối lượng riêng của dung dịch axit lúc này là d = 1300 kg/m3. Thể tích của dịch axit cần được tẩy màu Vdịch axit = (m3/h). Giả sử thời gian lưu của dịch axit trong thiết bị tẩy màu là 30 phút, thể tích của dịch axit trong một mẻ là Vdịch axit = (m3). Chọn hệ số chiếm chổ của dịch axit trong thiết bị tẩy màu là = 0,4. Vậy thể tích của thiết bị tẩy màu cần là: Vthiết bị = (m3). Chọn đường kính của thiết bị là D = 0,6m thì chiều cao của thiết bị là h = m Vậy thiết bị tẩy màu có các kích thước như sau: D = 0,6m; h = 1,4m. 5.9. Axit hóa, kết tinh Chọn thiết bị kết tinh làm lạnh bằng ống xoắn có thể chịu được axit, thiết bị làm làm việc gián đoạn theo ca. Thể tích của dịch axit cần được kết tinh là Vdịch axit = (m3/h) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là = 0,6 thì thể tích của thiết bị kết tinh là: Vthiết bị = (m3) Hình 5.6. Thiết bị kết tinh Chọn đường kính thiết bị D = 1,2m, góc ở đáy của nón α = 45o, đường kính ống tháo d = 0,1m, chiều cao ống tháo h0 = 0,1m. Tính tương tự như thiết bị chứa, ta có: hđáy = ×tg45o = 0,55 (m). Vđáy = = 0,9 (m3) Vthân = (m3) hthân = = 2,0 (m)` hthiết bị = 2,0 + 0,55 + 0,1 = 2,65 (m) 5.10. Ly tâm Chọn thiết bị ly tâm làm việc gián đoạn, axit glutamic kêt tinh được thao ra ở đáy của thiết bị. Lượng dịch axit glutamic cần được ly tâm tách nước là: m = 214,97 (kg/ca) Chọn thiết bị ly tâm có năng suất 500 kg/h. Kích thước thiết bị: 1250mm x 1000mm x 1250mm 5.11. Lọc băng tải Chọn thiết bị lọc băng tải làm việc liên tục. Khối lượng axit glutamic cần được lọc là: maxit glutamic = 67,29 kg/h Chọn thiết bị lọc belt fillter press có năng suất là 100 kg/h và Diện tích bề mặt băng tải 3 m2 Kích thước ngoài của thiết bị là 5000mm x 700mm x 1500mm 5.12. Sấy băng tải Chọn thiết bị sấy băng tải để sấy tinh thể axit glutamic và thiết bị có khả năng làm việc liên tục. Khối lượng axit glutamic cần được sấy là: maxit glutamic = 62,86 kg/h Thông số kỹ thuật chính của thiết bị là: Năng suất của thiết bị (kg/h) 100 Diện tích chứa nguyên liệu (m2) 5 Tiêu hao hơi (kg/h) 100 Công suất điện (Kw) 5,5 Kích thước ngoài máy (mm) 5000mm x 900mm1500mm 5.13. Làm nguội Lượng tinh thể axit glutamic cần được làm nguội là: maxit = (kg/h) Chọn băng tải làm nguội có bề rộng là B = 0,9m và chiều dài là L = 10m 5.14. Bao gói Chọn thết bị bao gói làm việc gián đoạn theo giờ. Khối lượng axit cần bao gói là: mtinh thể = (kg/h) Chọn thiết bị tự động định lượng phân chia bao gói với các đặc tính kỹ thuật như sau: Năng suất 200 gói/giờ Khối lượng một lần định lượng, kg 0,5 → Khối lượng axit gói được là: maxit = (kg/giờ) Công suất động cơ 2kW Trọng lượng máy 250kg Kích thước cơ bản, mm 650mm x 850mm x 1700mm 5.15. Thùng chứa nguyên liệu và bán thành phẩm 5.15.1. Thùng chứa dịch lên men sau thanh trùng và làm nguội Dịch đường sau khi qua thiết bị thanh trùng được chảy vào thùng chứa này rồi được bơm liên tục vào thiết bị lên men. Thùng được đặt dưới thấp so với thiết bị thanh trùng để dịch sau khi thanh trùng có thể tự chảy vào thùng. Chọn thùng chứa có cấu tạo dạng hình chữ nhật có kích thước như sau 3m x 2m x 1,0m. 5.15.2. Thùng chứa dịch axit glutamic sau khi lên men Thể tích của dịch axit cần chứa là Vdịch axit = m3/ca Thùng chứa dịch có thể tích có thể chứa được lượng axit glutamic của một ca sản xuất. Chọn hệ số chứa đầy của thùng là = 0,8 thì thể tích của thiết bị là: Vthiết bị = (m3) Chọn thùng chứa có cấu tạo dạng hình trụ tròn có đường kính của thiết bị là D = 3m. Như vậy chiều cao của thùng là: Vthùng chứa = m. 5.15.3 Thùng chứa dịch axit glutamic bán thành phẩm và thùng chứa dịch axit hồi lưu sau ly tâm Thùng này được đặt thấp so với các thiết bị tinh chế để sau khi xử lý thì dịch axit được tự chảy vào thùng rồi được bơm đi xử lý tiếp. Chọn thùng chứa dạng hình trụ tròn có đường kính là D = 1,5m và chiều cao là h = 1m Thùng chứa được đặt trệt ngay trên mặt đất để thuận lợi cho tính tự chảy của dịch axit glutamic trong quá trình tinh chế. 5.15.4. Thùng chứa bã sau khi ly tâm nguyên liệu rỉ đường Bã trong rỉ đường sau khi ly tâm được đưa vào thùng chứa rồi được vận chuyển liên tục ra bên ngoài để cung cấp cho các nhà máy sản xuất phân bón nông nghiệp. Chọn thiết bị chứa dạng hình trụ vuông có kích thước là: 2m x 2m x 1,5m. 5.15.5. Thùng chứa xác vi khuẩn sau khi lọc Sau khi lọc tách xác vi khuẩn, dịch axit glutamic được chảy vào thùng chứa để được bơm đi xử lý tiếp còn xác vi khuẩn được đưa vào thùng chứa xác rồi được vận chuyển liên tục ra ngoài. Chọn thùng chứa xác vi khuẩn có dạng hình trụ hình chữ nhật có kích thước là 1,5m x 2m x 1,5m. Thùng được đặt ngay trên mặt đất. 5.15.6. Thùng chứa dịch đường hồi lưu sau khi ly tâm tách nước Chọn thùng chứa có cấu tạo dạng hình trụ có kích thước là: D = 1,0m và h = 1,0m. Thùng chứa được đặt ngay trên mặt đất. 5.15.7. Cyclon chứa sản phẩm Chọn cyclon chứa có kích thước đủ lớn để có thể chứa được lượng axit glutamic trong nhiều ca sản xuất. Chọn cyclon chứa có đường kính D = 3m, chiều cao của đáy là h = 1,5m, chiều cao của phần thân thiết bị là H = 2m 5.16. Thiết bị vận chuyển 5.16.1. Băng tải vận chuyển axit glutamic sau khi ly tâm Chọn băng tải có bề rộng là B = 0,5m và chiều dài là L = 3,725m 5.16.2. Băng tải vận chuyển axit glutamic sau khi lọc ép băng tải Hình 5.7. Gàu tải tinh bột Chọn băng tải có chiều rộng là B = 0,7m và chiều dài là L = 1,93m 5.16.3. Gàu tải vận chuyển tinh bột nguyên liệu Chọn gàu tải có chiều cao là 10,6m Ta chọn gàu tải với các thông số như sau: Dung tích của gàu: : V = 0,9 lít Bước gàu : L = 250 mm Chiều rộng của gàu : b = 110 mm Chiều cao của gàu : h = 132 mm 5.17. Chọn bơm Trong nhà máy sử dụng chủ yếu là bơm ly tâm Chọn bơm cho công đoạn xử lý nguyên liệu là: Thể tích của dịch nguyên liệu cần bơm: Thể tích của dịch rỉ đường cần bơm là: V = = 3,78 m3/h Chọn bơm có hiệu là BЦH-5 để bơm nguyên liệu rỉ đường và tinh bột trong nhà máy Thông số kỹ thuật như 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 Số lượng bơm là: 22 cái Chọn bơm cho công đoạn xử lý axit glutamic là: Thể tích của dịch lên men sau khi pha chế cần được bơm là: V = m3/h Chọn bơm có hiệu là BЦH-10 để bơm dịch lên men sau khi pha chế. Thông số kỹ thuật của thiết bị như sau: + Năng suất, m3/h: 10 + Áp suất, MPa: 0,2 + Tốc độ quay, vòng/phút: 2860 + Công suất động cơ, kW: 2,2 + Chiều cao bơm lên, m: 7 + Đường kính ống hút/đẩy, mm: 48/32 + Kích thước, mm: 1307×380×740 + Khối lượng, kg: 103 Số lượng bơm là: 9 cái Bảng 5.1 Bảng tổng kết tính và chọn thiết bị STT Tên thiết bị Kích thước (m) Số tbị Kí hiệu, mã số Ghi chú (kW) 1 Cyclon chứa rỉ đường D = 2,5; H = 6,9 1 2 Hoà tan rỉ đường D = 2; H = 2 1 3 Xử lý rỉ đường D = 2,5; H = 8,72 8 4 Ly tâm rỉ đường 1,455x1,080x0,74 1 202K-3 5 Thùng chứa rỉ đường sau ly tâm D = 2m; H = 1,75 1 6 Hố chứa tinh bột ban đầu 3 x 2 x 4,2 1 7 Thùng định lượng tinh bột D = 2,5; H = 5 1 8 Hòa tan tinh bột D = 2; H = 1,5 1 9 Lưới lọc D = 2; H = 2m 1 10 Thiết bị dịch hóa D = 1,5; H = 2,67 1 11 Thiết bị đường hóa D = 2,5; H = 5,74 8 12 Thiết bị pha chế dịch lên men D = 3,0; H = 3,64 1 13 Thiết bị thanh trùng và làm nguội 1,87x0,7x1,4 2 B01-Y5 14 Thiết bị lên men D = 2,98; H = 7,75 5 15 Chứa dịch sau lên men 1 16 Lọc tách tế bào vi khuẩn 2 x 1,167 x 1 1 17 Cô đặc chân không 5,5 x 1,1 x 3,8 1 SJN2-1000 18 Tẩy màu D = 0,6; h = 1,4 1 19 Axit hóa, kết tinh D = 0,6; h = 1,27 1 20 Ly tâm tách nước 1,25 x 1 x 1,25 1 21 Lọc băng tải 5 x 0,7 x 1,5 1 22 Sấy băng tải 5 x 0,9 x 1,5 1 23 Băng tải làm nguội B = 0,9; L = 10 1 24 Máy bao gói 0,65 x 0,85 x 1,7 1 25 Chứa dịch lên men 3 x 2 x 1 1 26 Chứa dịch sau lên men D = 3; h = 4,5 1 27 Thùng chứa dịch axit glutamic bán thành phẩm D = 2; h = 1 1 28 Thùng chứa bã sau ly tâm rỉ đường 2 x 2 x 1,5 1 29 Thùng chứa bã sau lọc 1,5 x 2 x 1,5 1 30 Thùng chứa dịch hồi lưu sau ly tâm D = 1; h = 1 1 31 Cyclon chứa sản phẩm D = 3; h = 3,5 1 32 Băng tải vận chuyển sau ly tâm B = 0,5; L 3,725 1 33 Băng tải vận chuyển sau khi lọc B = 0,7; L = 1,93 1 34 Gàu tải vận chuyển tinh bột h = 10,6 1 35 Bơm xử lý nguyên liệu 0,432 x 0,29 x 0,285 22 36 Bơm xử lý axit glutamic 1,307 x 0,38 x 0,74 9 37 Thùng nhân giống cấp 3 D = 0,5; H = 1 1 38 Thùng nhân giống cấp 2 D = 0,3; H = 0,7 1 39 Thùng nhân giống cấp 1 D = 0,02; H = 0,3 2 CHƯƠNG 6 TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG 6.1. Tính tổ chức 6.1.1. Sơ đồ tổ chức nhà máy Giám đốc Phòng tổ chức hành chính Phòng kinh doanh Phòng kế toán tài vụ Phòng maketing PGĐ Sản xuất Phòng KCS và vi sinh Px cơ điện Phòng kỹ thuật Đội bảo vệ Phòng y tế Nhà ăn Lái xe Px hổ trợ Kho PGĐ hành chính Px lò hơi Phòng nhân giống 6.1.2. Tổ chức lao động của nhà máy 6.1.2.1. Thời gian làm việc Nhà máy làm việc 3 ca/ngày. - Ca 1 từ 6h - 14h. - Ca 2 từ 14h - 22h. - Ca 3 từ 22h - 6h sáng hôm sau. Nhà máy mở cửa liên tục 365 ngày/năm, khoảng thời gian thay giữa 2 ca là 15 phút. Khối hành chính làm việc 8h/ngày. - Sáng từ 7h00-11h30. - Chiều từ 1h30-5h00. Thứ 7, ngày lễ - tết và chủ nhật nhân viên hành chính được nghỉ Thời gian nhà máy hoạt động là: Thđ = Tn – Tsc Trong đó: Thđ: Thời gian nhà máy hoạt động, ngày Tn: Số ngày trong năm, Tn = 365 ngày Tsc: Thời gian nhà máy ngừng sản xuất sửa chửa trong năm, Tsc = 30 ngày Thay số vào ta có: Thđ = 365 – 30 = 335 (ngày) Thời gian của một người công nhân làm việc ở nhà máy trong năm là: Tlv = Tn– (Tnghỉ lể + Tchủ nhật + Tnghỉ phép) Trong đó: Tlv: Thời gian làm việc của công nhân ở nhà máy Tn: Số ngày trong năm Tnghỉ lễ = 10 ngày: Tchủ nhật = 52 ngày Tnghỉ phép = 10 ngày Thay số vào ta có: Tlv = 365 – (10 + 52 + 10) = 293 (ngày) Hệ số dự trữ công nhân (K) của nhà máy được tính như sau: 6.1.2.2. Nhân lực nhà máy a. Nhân viên hành chính Bảng 5.1 STT Chức vụ Số lượng 1 Giám đốc 1 2 Phó giám đốc 2 3 Phòng vi sinh 2 4 Phòng nhân giống 2 5 Phòng kỹ thuật 3 6 Phòng tổ chức hành chính 2 7 Phòng kinh doanh 2 8 Phòng kế toán tài vụ 3 9 Phòng maketing 2 10 Lái xe lãnh đạo 1 11 Nhân viên vệ sinh 3 12 Phân xưởng cơ điện 1 13 Phân xưởng lò hơi 1 14 Phân xưởng hổ trợ 1 15 Nhà kho 3 16 Quản đốc phân xưởng 1 17 Nhân viên y tế 1 Tổng số người làm việc hành chính là 31 người b. Công nhân sản xuất Bảng 5.2 STT Nhiệm vụ Số người/ca Số ca Số người 1 Trưởng ca 1 3 3 2 Nhập nguyên liệu 2 3 6 3 Thủy phân rỉ đường 1 3 3 4 Ly tâm rỉ đường 1 3 3 5 Pha loãng và lọc tinh bột 1 3 3 6 Dịch hóa và đường hóa tinh bột 1 3 3 7 Phòng nhân giống 1 3 3 8 Pha chế dịch lên men 2 3 6 9 Thanh trùng và làm nguội 1 3 3 10 Lên men 3 3 9 11 Lọc tách tế bào vi sinh vật 1 3 3 12 Cô đặc chân không 1 3 3 13 Tẩy màu 1 3 3 14 Axít hóa và kết tinh 1 3 3 15 Ly tâm 1 3 3 16 Lọc băng tải 1 3 3 17 Sấy băng tải 1 3 3 18 Làm nguội 1 3 3 19 Bao gói 1 3 3 20 Phòng KCS 1 3 3 21 Đội bảo vệ 3 3 9 22 Nhà kho 2 3 6 23 Nhân viên y tê 2 3 6 24 Lái xe vận chuyển nguyên liệu và thành phẩm 2 3 6 Tổng cộng 33 3 99 Hệ số dự trữ của công nhân sản xuất trong nhà máy là 1,14 nên số công nhân cần có của nhà máy là . Chọn 113 người Tổng cộng nhân lực trong nhà máy là 113 + 31 = 144 (người). Số người lao động trong ca đông nhất bằng tổng số người lao động hành chính và số công nhân lao động trong một ca: 38 + 31 = 69 (người). 6.2. Tính xây dựng 6.2.1. Diện tích các công trình 6.2.1.1. Phân xưởng sản xuất chính Phân xưởng sản xuất chính là nhà một tầng. Diện tích phân xưởng: (543612,6)m. 6.2.1.2. Kho chứa nguyên vật liệu Đây là nơi dự trữ tinh bột. Lượng tinh bột chứa trong kho đủ sản xuất trong thời gian 5 ngày. Rỉ đường được chứa trong thùng chứa lớn và được đặt ngoài trời, thể tích của thùng đủ chứa được lượng rỉ đường sản xuất trong 5 ngày. Khối lượng cần sản xuất trong 1 ngày: + Rỉ đường: 116928,31 (kg). + Tinh bột: 112687,78 (kg). Nguyên liệu cần chứa trong kho: mtinh bột = 112687,78 × 5 = 563438,9 (kg). mrỉ đường = 116928,31 × 5 = 584641,55 (kg). 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 10 bao. Vậy chiều cao mỗi chồng là 10 × 0,3 = 3m. Số bao tinh bột là = 11268,778 ~ 11269 (bao). 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 = 10,4 = 0,4m2. nb: Số bao trong 1 chồng, nb = 10 bao : Hệ số khoảng cách giữa các chồng, = 1,1. Vậy F1 = = 495,836 (m2). Diện tích phần đi lại chiếm 10% diện tích tổng = 49,58 (m2). Rỉ đường chứa trong các thùng trụ tròn Thể tích rỉ đường cần chứa là = 453,66 (m3). Chọn 2 thùng để chứa lượng rỉ đường này, vậy thể tích của một thùng chứa là Vthùng chúa = m3 Chọn thùng chứa có đường kính D = 5m Như vậy chiều cao của thùng chứa là H = (m). Hai thùng được đặt cạnh nhau và bên cạnh kho nguyên liệu chứa tinh bột để thuận lợi cho cung cấp nguyên liệu cho sản xuất. Vậy chọn kích thước của nhà kho là: (27×184,8) m. 6.2.1.3. Kho thành phẩm Mỗi bao sản phẩm 0,5 kg chiếm diện tích là 0,330,30,1=9,9.10-3, một thùng carton 40 gói được xếp theo hình chữ nhật (2×5)gói và xếp thành 4 chồng. Như vậy mỗi thùng carton có diện tích là =0,99 m2. Một ngày sản xuất được ~ 3327 gói. Sản phẩm dự trữ trong 7 ngày. Như vậy tổng số gói cần chứa là gói. Số thùng carton là = 582,23 ~ 583 thùng. Các thùng carton được xếp trên kệ tầng cách mặt đất 0,5 mét. Mỗi kệ gồm 5 tầng, mỗi tầng xếp 2 hàng, mỗi hàng 20 thùng. Số thùng xếp được trên 1 kệ tầng là = 200 thùng. Số kệ tầng cần là = 2,9 ~ 3 kệ. Mỗi kệ đặt cách nhau 1 mét. Diện tích mỗi kệ m2 Diện tích đặt kệ m2 Diện tích phần không gian đi lại bằng 20% diện tích đặt kệ m2 Tổng diện tích kho thành phẩm Chiều cao của kho m. Chọn chiều cao của nhà kho là 4,8m Kích thước kho (12×12×4,8) m. 6.2.1.4. Kho bao bì Là nơi chứa bao bì để chuẩn bị cho đóng gói. Kích thước của kho là (6×6×4,8) m 6.2.1.5. Phân xưởng cơ điện Là nơi đặt các thiết bị máy móc và các bộ phận gia công máy móc phục vụ sản xuất cho nhà máy. Kích thước: (12×6×4,2) m. 6.2.1.6. Phân xưởng lò hơi Đây là phân xưởng dễ xảy ra cháy nổ nên được đặt cuối hướng gió. Phân xưởng có phòng để đồ bảo hộ lao động. Kích thước: (18×6×4,2) m. 6.2.1.7. Nhà hành chính Gồm các phòng sau: + Phòng giám đốc : 6 × 4 = 24 (m2). + Phòng phó giám đốc : 2(3 × 4) = 24 (m2). + Phòng kỹ thuật : 6 × 4 = 24 (m2). + Phòng kinh doanh : 3 × 4 = 12 (m2). + Phòng kế toán tài vụ : 3 × 4 = 12 (m2). + Phòng maketing : 3 × 4 = 12 (m2). + Phòng tổ chức hành chính : 3 × 4 = 12 (m2). + Phòng y tế : 4 × 4 = 16 (m2). + Hội trường: Số công nhân của toàn nhà máy là 144 người, mỗi người chiếm 1m2. Sân khấu rộng 4×6 = 24m2. Lối đi chiếm 2(20×1) = 40m2. Như vậy diện tích của hội trường là Shội trường = (m2) hội trường sẽ được xây dựng với kích thước (2684,8) m Như vậy tổng diện tích của khu hành chính là 344 m2 chưa kể cầu thang, hành lang, nhà vệ sinh…vv. Khu nhà hành chính được xây dựng 1 tầng, gồm hai dãy nhà dựa lưng vào nhau với kích thước là: (4384,8)m 6.2.1.8. Trạm biến áp Đặt ở góc nhà máy nơi ít người qua lại. Kích thước: (4×4×4,2)m. 6.2.1.9. Khu xử lý nước Xử lý nước để pha chế dịch lên men và lên men, cho quà trình hòa tan nguyên liệu, cho lò hơi… Kích thước: (12×6×6)m. 6.2.1.10. Bể xử lý nước thải Xây dựng bể lắng với kích thước: (18×6×4)m. 6.2.1.11. Đài nước Là nơi cung cấp nước đã qua xử lý cho nhà máy. Lượng nước cần cung cấp cho nhà máy là 105m3/ngày Chọn hệ số chứa đầy của đài nước là = 0,9, thể tích của đài chứa là: Vthiết bị = (m3) + Chiều cao đặt đài nước: 14m. + Chọn đường kính đài nước: D = 5m, chiều cao là h = (m) 6.2.1.12. 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. 6.2.1.13. Kho hoá chất Chứa các hoá chất cần thiết cho quá trình sản xuất và nhân giống. Kích thước: (6×4×4,2)m. 6.2.1.14. Phòng bảo vệ Xây dựng gần cổng chính nhà máy. Nhà máy có hai phòng bảo vệ được đặt ở hai cổng. Kích thước: (3×3×4,2)m 6.2.1.15. Nhà ăn Tính cho 70% nhân viên của ca đông nhất là người. Diện tích cho mỗi người là 2,25m2. Diện tích nhà ăn cần là m2 Kích thước: (12×9×4,2)m. 6.2.1.16. Nhà vệ sinh Tính cho 70% nhân viên ở ca đông nhất là 49 người - Số phòng tắm: Trung bình 8 người/phòng. Vậy cần xây 6 phòng. Kích thước mỗi phòng: (2×1,5×4,2)m. Như vậy diện tích nhà tắm là 6×(2×1,5) = 18 m2. - Số phòng vệ sinh: Số lượng nhà vệ sinh tính bằng 1/4 số nhà tắm. Vậy số nhà vệ sinh là 2. Kích thước mỗi phòng: (1,5×1,5×4,2) m. Diện tích nhà vệ sinh là 2×(1,5×1,5) = 11,25 m2. - Phòng thay áo quần: 0,5m2/1 công nhân ca đông nhất. Vậy diện tích cần cho phòng thay áo quần là m2. Kích thước phòng là m. Tổng diện tích của nhà tắm và nhà vệ sinh là 18 + 11,25 + 34,5 = 63,75 (m2). Xây dựng hai khu nhà dựa lưng vào nhau có kích thước là (21×3×3,8) 6.2.1.17. Nhà để xe Tính cho 80% nhân viên ca đông nhất là 55 xe. Mỗi xe chiếm 1 m2. Kích thước: (12×6×4,2)m. .6.2.1.18. Gara ôtô Nhà máy có 2 ôtô để chở hàng và 2 ôtô để chở lãnh đạo. Như vậy tổng nhà máy có tổng cộng là 3 ôtô Chọn kích thước của gara ôtô là: (15×6×4,2)m. 6.2.19. Khu đất mở rộng Diện tích khu đất mở rộng là: Bảng 5.3 Tổng kết các công trình STT Tên công trình Kích thước(m) Diện tích(m2) 1 Phân xưởng sản xuất chính 543612,6 1944 2 Kho nguyên liệu 27×184,8 486 3 Kho sản phẩm 12×12×4,8 144 4 Kho bao bì 6×6×4,8 36 5 Phân xưởng cơ điện 12×6×4,2 72 6 Phân xưởng lò hơi, khí nén 18×6×4,2 108 7 Nhà hành chính 4384,8 344 8 Trạm biến áp 4×4×4,2 16 9 Khu xử lý nước 12×6×6 72 10 Đài nước D=5; H=6,68 19 11 Bể xử lý nước thải 18×6×4 108 12 Máy phát điện dự phòng 6×6×4,2 36 13 Kho hoá chất 6×4×4,2 24 14 Nhà bảo vệ 3×3×4,2 9 15 Nhà ăn 12×9×4,2 108 16 Nhà tắm, nhà vệ sinh 21×3×3,8 63 17 Nhà để xe 12×6×4,2 72 18 Gara ôtô 15×6×4,2 90 19 Khu đất mở rộng 39×16 624 Tổng FXD 4363 6.2.2. Tính khu đất xây dựng nhà máy 6.2.2.1. Diện tích khu đất F = , m2. [9, tr 44] Trong đó: F: Diện tích khu đất xây dựng FXD: Tổng diện tích xây dựng các công trình. KXD: Hệ số xây dựng. Đối với nhà máy sinh học, thực phẩm KXD = 35 ÷ 50%. Chọn KXD = 35%. Như vậy F = = 12466 (m2). 6.2.2.2. Tính hệ số sử dụng Ngoài ra để đánh giá chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của tổng mặt bằng nhà máy còn có hệ số sử dụng KSD: KSD = ×100 (%). [9, tr 44] Trong đó: F: Diện tích bên trong hàng rào nhà máy, m2. FSD: Diện tích sử dụng khu đất: FSD = FXD + FGT + FCX FGT: Diện tích đường giao thông, cống rãnh tính bằng 50% tổng diện tích công trình xây dựng. FGT = = 2181,5 (m2) FCX: Diện tích trồng cây xanh tính bằng 25% tổng diện tích công trình. FCX = = 1090,75 (m2). FSD = 4363 + 2181,5 + 1090,75 = 7635,25 (m2). KSD = = 61,25 % Vậy hệ số sử dụng đất của nhà máy là: 61,25%. CHƯƠNG 7 TÍNH HƠI - NƯỚC 7.1. Tính hơi 7.1.1. Sấy axit glutamic Calorife Máy sấy Độ ẩm ban đầu của axit glutamic W1 = 8% Độ ẩm cuối cùng của axit glutamic W2 = 0,4% Nhiệt độ của không khí trước khi vào calorife t0 = 240C Nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi calorife t1 = 800C Nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi máy sấy t2 = 400C Nhiệt độ ban đầu của axit glutamic ban đầu chọn bằng nhiệt độ môi trường tvl = 240 C Nhiệt độ ra của axit glutamic sau khi sấy tR2 = 400 C 7.1.2. Tính toán các trạng thái của không khí và vật liệu sấy 7.1.2.1. Các thông số trạng thái của không khí Trạng thái ban đầu của không khí trước khi vào calorife là trạng thái của không khí trong điều kiện tự nhiên, lấy theo độ ẩm và nhiệt độ trung bình của cả năm là: to = 21,60 C o = 82% [11, tr 99] 7.1.2.2. Hàm ẩm của không khí (kg ẩm/kg kk) Ở nhiệt độ to =24oC áp suất hơi nước bảo hoà Pbh = 0,0320 (at), [10, tr 312 ] Áp suất chung của khí quyển, P = 1(at). = 0,0168 (kg ẩm/kg kkk). 7.1.2.3. Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm (kJ/kg kk) (kJ/kg kkk) 7.1.2.4. Hàm ẩm của không khí sau khi qua calorife Nhiệt độ của không khí sau khi qua calorife là 800C Hàm ẩm của không khí X1 = X0 = 0,0168 ( kg ẩm/kg kkk) Áp suất hơi nước bão hoà ở t1 = 800C là Pbl = 0,483 (at) (%) (%) 7.1.2.5. Nhiệt lượng của không khí nóng sau khi qua calorife (kJ/kg kkk) 7.1.2.6. Nhiệt lượng không khí sau khi ra khỏi máy sấy Do chỉ tính trong quá trình sấy lý thuyết nên 7.1.2.7. Hàm ẩm của không khí sau khi ra khỏi máy sấy Chọn trạng thái không khí ra khỏi máy sấy là t2 = 400C (kg ẩm/kg kkk) Ở nhiệt độ t2 = 400C, áp suất hơi bảo hoà Pb2 = 0,0752 (at) 7.1.2.8. Lượng không khí khô vào máy sấy Khối lượng axit glutamic ẩm trước khi sấy là 1508,71 (kg/ngày) Hay (kg/h) Lượng nước bốc hơi (kg/h) Khối lượng axit glutamic khô sau khi sấy đến độ ẩm 0,4% là G2 = G1 – W = 62,86 – 4,79 = 58,07 (kg/h) Lượng không khí khô vào máy sấy , (kg/h) [10, tr 165] (kg/h) 7.1.2.9. Nhiệt dung riêng của axit glutamic , (J/kgđộ) [10,tr 153] tvl = 240C , (J/kgđộ) C1 = 0,772 (kJ/kgđộ) tR2= 300C , (J/kgđộ) C2 = 0,779 (kJ/kg độ) 7.1.2.10. Cân bằng nhiệt trong quá trình sấy Nhiệt vào: - Không khí mang vào: , (KJ/h) - Axit glutamic ẩm vào: , (KJ/h) - Nhiệt calorife cung cấp: Qc ,(KJ/h) Nhiệt ra: - Không khí ẩm mang lại: , (kJ/h) - Axit glutamic khô mang ra: , (kJ/h) Do tổn thất: , (kJ/h) Phương trình cân bằng nhiệt lượng: (kJ/h) Chọn hiệu suất trao đổi nhiệt: Lượng nhiệt thực tế cần thiết cung cấp cho calorife trong một giờ: (kJ/h) Lượng hơi nước bảo hoà: Gọi d: lượng hơi nước cần dùng trong một giờ, kg r: Ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nước bảo hoà ở 1200C r = 2207 [10, tr313] , (kJ/h) (kg/h) Khối lượng hơi nước cần dùng cho cả quá trình sấy là: (kg) Thể tích hơi nước cần dùng: (m3/h) v : thể tích riêng của hơi nước ở 1150C. v = 1,038 (m3/kg) [10,tr 313] (m3) 7.1.2.11. Xác định cấu tạo của calorife ,m2 [6, tr291] [6, tr 292] và : Sai khác nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất K: hệ số truyền nhiệt [6, tr 29] b và n: các hệ số thực nghiệm ,b = 8,7 , n = 0,564 : tốc độ của không khí, kg/m2s Chọn [4, tr 219] (m2) Chọn đường kính ống truyền nhiệt :0,04 (m) Chiều dài :1,5 (m) Bề mặt truyền nhiệt: (m2) Số ống truyền nhiệt: Chọn : n = 4 (ống) Chọn calorife có 2 hàng , mỗi hàng có : ( ống) Kích thước của calorife: Chiều rộng calorife x : Khoảng cách từ mép gân đến mép calorife , chọn x = 0,01 (m) y : Chiều rộng thành calorife, chọn: y = 0,003 (m) t0 : Bước ống, t0 = 0,056 (m) Dg : Đường kính ngoài của gân, Dg = 0,053 (m) n: Số hàng = 9 (m) Chiều cao của calorife: a: Bề dày của tấm chắn, a = 0,1 (m) (m) Chiều dài calorife (m) 7.1.3. Công đoạn thanh trùng Quá trình thanh trùng gồm hai giai đoạn: Nâng nhiệt và giữ nhiệt 7.1.3.1. Giai đoạn nâng nhiệt Nhiệt lượng tiêu tốn trong quá trình nâng nhiệt: : Nhiệt lượng đun nóng thiết bị : Nhiệt lượng đun nóng môi trường nuôi cấy : Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh : Nhiệt lượng do nước bay hơi a. Nhiệt lượng do đun nóng thiết bị Trong đó: G1: Khối lượng thiết bị,G1 = 430(kg) tc: Nhiệt độ cuối cùng của nâng nhiệt lấy bằng nhiệt độ thanh trùng:115oC t1: Nhiệt độ ban đầu của thiết bị lấy bằng nhiệt độ môi trường: 24oC C1: Nhiệt dung riêng của thép : 0,5(kJ/kgđộ) n: Số lượng thiết bị thanh trùng (kJ) b. Nhiệt lượng do đun nóng môi trường nuôi cấy G2: Khối lượng môi trường nuôi cấy, G2 = 4949,05 (kg) t = 240C thì C2 = 0,779 (kJ/kgđộ) Vậy (kJ) c. Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh , (kJ) F : Diện tích toàn phần thiết bị, F = 12,1m2. T1 : Thời gian nâng nhiệt,T1 = 20 phút. t1 : Nhiệt độ môi trường, t1 = 240C Nhiệt độ thanh trùng 1150C ttb : Nhiệt độ trung bình của vỏ ngoài của thiết bị : Hệ số toả nhiệt ra môi trường xung quanh , W/m2 độ, [8 ,tr 41] , ( W/m2 độ) (kJ) d. Tổng chi phí cho quá trình nâng nhiệt (kJ) ihn : Hàm nhiệt của hơi nước ở nhiệt độ hơi đốt inn : Hàm nhiệt của nước ngưng Tra bảng (I.250) [10, tr 312] Ở 1150C ihn = 645,2 (kcal/kgđộ) inn = 115,2 (kcal/kgđộ) (kg) e. Cường độ tiêu tốn hơi nước ở giai đoạn nâng nhiệt T1 : Thời gian nâng nhiệt, T1= 0,33 (h) (kg/h) 7.1.3.2. Giai đoạn giữ nhiệt Trong quá trình giữ nhiệt, nhiệt độ không thay đổi, chi phí nhiệt là lượng cần thiết để bù đắp tổn thất ra môi trường xung quanh. a. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh (kJ) F : Diện tích nồi thanh trùng, F = 12,1 (m2) T2 : Thời gian giữ nhiệt, T2 = 20 (phút) = 0,33 (giờ) t1 : Nhiệt độ môi trường, t1 = 240C Nhiệt độ thanh trùng 1150C ttb : Nhiệt độ trung bình của vỏ ngoài của thiết bị : Hệ số toả nhiệt ra môi trường xung quanh , W/m2 độ, [8 ,tr 41] (W/m2 độ) (kJ) b. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Dnn : Lượng hơi nước ngưng Cnn : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở 115oC và áp suất 2 at. Tra bảng (I.149) [10,tr 168] Cnn = 0,631 (kcal/kg độ) Hay Cnn = 2,642 (kJ/kg độ) tnn: Nhiệt độ nước ngưng , ở đây coi nhiệt độ của nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt, tnn=1150C (kJ) c. Tổng chi phí cho quá trình giữ nhiệt (kJ) ihn : Hàm nhiệt của hơi nước ở nhiệt độ hơi đốt inn : Hàm nhiệt của nước ngưng Tra bảng (I.250) [8 ,tr 312]. Ở 115oC ihn = 645,2 (kcal/kg) inn = 115,2 (kcal/kg) (kg) e. Cường độ tiêu tốn hơi nước ở giai đoạn giữ nhiệt T2: Thời gian nâng nhiệt,T2 = 0,33 (h) (kg/h) Vậy tổng lượng hơi cần dùng trong nhà máy là: Q = Q + Q1 = 379396,2 + 227622 = 607018,2 (kJ). 7.2. Tính nước Nước yêu cầu phải qua xử lý để đảm bảo chỉ tiêu chất lượng trong sản suất và sinh hoạt. Lượng nước sử dụng trong sản xuất của nhà máy được tính cụ thể như sau: * Nước dùng hòa tan tinh bột: Giả sử thể tích nước cần dùng bằng thể tích tinh bột cần hòa tan. Như vậy thể tích nước cần dùng cho công đoạn này là: V1 = 20 m3/ca * Nước dùng hòa tan rỉ đường: Giả sử thể tích nước cần cho hòa tan rỉ đường bằng 1/5 thể tích rỉ đường, như vậy thể tích nước cần dùng cho công đoạn này là: V2 = m3/ca * Nước dùng để pha chế: Giả sử nước dùng cho pha chế V3 = 3 m3/ca. Bảng 7.3 Thống kê lượng nước sử dụng. STT Tên hạng mục Lượng nước sử dụng (m3/ngày) 1 Hoà tan tinh bột 60 2 Pha loãng rỉ đường 18 3 Pha chế dịch lên men 10 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 105 CHƯƠNG 8 KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM Kiểm tra sản xuất và sản phẩm nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm của nhà máy, đảm bảo cho công nhân thao tác đúng kỹ thuật tránh được những mối nguy hại đến sản phẩm trong thời gian nhanh nhất và tránh ảnh hưởng hư hại đến máy móc. 8.1. Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu 8.1.1. Rỉ đường Đối với rỉ đường phải đảm bảo về cảm quang dịch rỉ có màu nâu sáng không có mặt của khuẩn lạc nấm mốc. Có thể pha loãng và soi kính hiển vi để đảm bảo mật độ vi sinh vật trong đó là không quá 1 triệu vi sinh vật trên 1 gam rỉ. 8.1.2. Tinh bột sắn Đánh giá cảm quan về tinh bột sắn là có màu trắng sáng không có màu nâu hay đục và không có nấm mốc phát triển. Phải đảm bảo tỉ lệ tinh bột cao từ 83÷88% là tốt. 8.2. Kiểm tra các công đoạn sản xuất 8.2.1. Xử lý nguyên liệu Trong quá trình thuỷ phân tinh bột và xử lý rỉ đường cần thường xuyên kiểm tra nhiệt độ, PH đảm bảo tỉ lệ thích hợp giữa axít và môi trường để đảm bảo hiệu suất cho quá trình. + Đối với thuỷ phân tinh bột đo dịch ra có nồng độ Be = 100 là đạt và pH= 1,5. 8.2.2. Phối chế dịch lên men Cần kiểm tra tỉ lệ chất dinh dưỡng cho vào dịch trước khi đi thanh trùng. Kiểm tra pH dung dịch trung tính để bảo đảm cho quá trình sau khi thanh trùng đem lên men ngay. 8.2.3. Lên men Đây là giai đoạn qua trọng nhất trong quá trình sản xuất của nhà máy vì vậy cần kiểm tra thường xuyên và nghiêm ngặt. Để đảm bảo quá trình lên men đạt hiệu quả cao phải chú ý khống chế các điều kiện kỹ thuật sau: + Nhiệt độ: luôn giữ ở 320C. + Áp suất: 1kG/cm2. + Lượng không khí: 30÷40m3/giờ cho 1m3 môi trường. + Cánh khuấy: đạt 180÷200 vg/ph. + Khi pH giảm đến 7 phải bổ sung urê ngay cho pH lên đến 8, bổ sung 1 nồi lên men gián đoạn 2÷3 lần. + Khi bọt nhiều phải tiếp dầu phá bọt để CO2 thoát ra dễ dàng. * Các chế độ kiểm tra cần thiết trong giai đoạn này: + Nhiệt độ, lượng không khí, áp suất phải kiểm tra thường xuyên có chiều hướng thay đổi phải chỉnh ngay. + pH mỗi giờ kiểm tra một lần. + OD đo độ đục trên máy so màu thường đo vào các giờ thứ 0; 6; 12; 18. + Độ đường: phân tích xác định hàm lượng đường vào các giờ thứ 0; 6; 12; 18; 20; 24 và đến khi kết thúc. Xác định hàm lượng đường theo phương pháp Béctrăng Nguyên lý: Dùng Kaliferoxianua và Kẽm axetat để tách đường ra khỏi mẫu.Sau đó dùng dung dịch Feling để nhận biết sự có mặt của đường, rồi dùng sắt(III)sunfat để loại lượng đồng oxyt tạo thành, sau đó dùng dung dịch thuốc tím để xác định hàm lượng đường có trong 100ml dịch mẫu. +Urê bổ sung vào các giờ thứ 0; 6; 12. + Axít glutamic đo vào các giờ thứ 6; 12; 16; 20; 24; 28; 30 và kết thúc quá trình. Qua số liệu theo dõi và phân tích, biểu diễn thông thường là hàm lượng đường giảm dần, axít glutamic tăng dần. Nhưng cá biệt có trường hợp lên men nửa chừng thì đường vẫn hao đều nhưng axít glutamic tạo ra không tăng, thậm chí còn giảm. Trong trường hợp đó cần xác định rõ nguyên nhân cho chính xác và quyết định biện pháp xử lý ngay, nếu chậm đường sẽ hao hết và axít tạo ra trong các giờ trước cũng hao hết. Nguyên nhân thông thường gây ra hiện tượng này là do dịch đã bị nhiễm trùng do không khí, urê hoặc dầu mang vào, loại tạp khuẩn này sống bằng axít glutamic và cùng tồn tại với vi khuẩn lên men, hai loại này không tiêu diệt lẫn nhau. Tuỳ tình hình cụ thể mà có hướng giải quyết, nếu axít glutamic tạo ra với hàm lượng đã cao rồi thì ngừng ngay quá trình lên men, nếu lượng axít glutamic chưa đáng kể mà đường còn cao thì gia nhiệt thanh trùng và lên men lại từ đầu. 8.2.4. Công đoạn axit hóa, kết tinh Cần kiểm tra pH của dịch axit lúc này là 3,2 và nhiệt độ được hạ xuống to = 5oC để axit glutamic bắt đầu kết tinh. 8.3. Kiểm tra chất lượng sản phẩm Axit glutamic phải đảm bảo các chỉ tiêu hoá lý sau: - Với sản phẩm là axít giá trị cảm quan là tinh thể màu trắng sáng các hạt đều nhau. - pH = 3,3. - Độ ẩm đạt 0,4 là tốt. CHƯƠNG 9 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 9.1. An toàn lao động Cần phải chú trọng vấn đề an toàn lao động để giảm đến mức thấp nhất những thiệt hại về người và tài sản. Gồm: An toàn về người. An toàn về máy móc, thiết bị. An toàn về nguyên vật liệu Tất cả các yếu tố nguy hiểm trong sản xuất đều 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 tai nạn xảy ra và kỹ thuật an toàn Nồng độ các chất dể 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 dể 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 năng ngừa tia lửa điện tạo thành, các nguồn nung nóng trong các khu dể 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 xưỡng cần phải sáng sủa và rộng rải. 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 sỗ ,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. 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 dể bốc cháy hay các chất dể 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. Máy sấy. Được đặt trong các phòng riêng biệt, xung quang có khoảng trống với chiều rộng lớn hơn 1,5m. Cho phép nạp và cơ khí hoá, còn phải tránh bụi bay ra ngoài cần phải có cấu tạo ở dạng kín. Tất cả các máy sấy cần phải trang bị thêm thiết bị hút gió. 9.1.6. Các biện pháp an toàn khi sử dụng các cơ cấu vận chuyển Để an toàn cho hoạt động cửa vít tài, tất cả các cơ cấu dẫn động cần phải có lưới chắn không cho vít tải chuyển động khi lắp tháo rời, không cho phép tiến hành sửa chữa trong thời gian hoạt động cửa vít tải. Hiện nay ai cũng thấy rõ là cần nghiêm chỉnh chấp hành các qui định về bảo hộ lao động và kỹ thuật an toàn, và kinh nghiệm cho thấy rằng: việc thường xuyên giải thích các qui định về bảo hộ lao động cho công nhân sẽ đem lại kết quả tốt cho mọi công việc. 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 nhiểm các tế bào vi sinh vật, bị nhiểm 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 d&c Sau hơn 3 tháng nghiên cứu tài liệu, học hỏi, cố gắng cùng với sự hướng dẫn của cô Trương Thị Minh Hạnh đến nay tôi đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: "Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại năng suất 480 tấn sản phẩm/năm" Đây là một đề tài có ý nghĩa thực tiễn lớn, với công nghệ sản xuất axit glutamic bằng phương pháp này chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng một nhà máy sản xuất ở khu vực gia lai để phục vụ cho thị trường trong nước và hướng đến thị trường các nước trong khu vực. Thông qua quá trình thiết kế này, tôi đã nắm được những vấn đề về công nghệ sản xuất của nhà máy cũng như hiểu rõ hơn những kiến thức đã được học ở trường trong suốt thời gian qua. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến Thầy Cô trong khoa Hóa đã tạo điều kiện cho tôi được thực hiện đề tài này. Đặc biệt, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến cô Trương Thị Minh Hạnh_ người đã giúp đỡ hướng dẫn tôi tận tình trong suốt thời gian qua. Tôi cũng xin được cảm ơn những người thân cùng bạn bè đã động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Tuy nhiên, do vẫn còn nhiều hạn chế về kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tiễn nên thiết kế này của tôi không tránh khỏi những sai sót. Kính mong quí thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để thiết kế này được hoàn chỉnh hơn. Đà nẵng, tháng 5 năm 2009 Sinh viên thực hiện Trần Đình Tổng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thao, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa, Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, tập 1, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 2. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thao, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa, Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, tập 2, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp 3. TS. Trương Thị Minh Hạnh (2006), Công nghệ sản xuất các axit amin, ĐHBK Đà Nẵng 4. PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền (2004), Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội 5. Lê Văn Hoàng (2004), Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 6. ThS. Trần Xuân Ngạch, ThS. Phan Bích Ngọc, Bài giảng môn học công nghệ lên men, ĐHBK Đà Nẵng. 7. PGS.TS. Lương Đức Phẩm (2004), Công nghệ vi sinh vật, NXB Nông Nghiệp. 8. Tài liệu từ Công ty Ajnomoto. 9. Trần Thế Truyền (1999), Cơ sở thiết kế nhà máy hóa chất, Khoa Hóa ĐHBK Đà Nẵng. 10. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm (1992), Tập 1, NXB Đại học và kỹ thuật Hà Nội. 11. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm (1992), Tập 2, NXB Đại học và kỹ thuật Hà Nội. Webside 12. cập nhật 2/5/2009 13. cập nhật 10/3/2009 14. cập nhật 10/3/2009 15. cập nhật 17/3/2009 16. ửa_khẩu_Việt_Nam, cập nhật ngày 17/3/2009 17. cập nhật 21/3/2009 18. cập nhật 21/3/2009 19. ập nhật 30/3/2009 20. cập nhật 19/3/2009 21. cập nhật 19/3/2009 22. cập nhật 12/4/2009 23. cập nhật 19/4/2009 24. cập nhật 30/4/2009 25. cập nhật 5/5/2009 26. cập nhật 2/5/2009