Đồ án tốt nghiệp

-1-

SVTH:Trương Thanh Nhi

LỜI MỞ ĐẦU
Acid amin là là 1 thành phần rất cần thiết cho cơ thể.Thiếu một số acid amin
là nguyên nhân gây nên bệnh tật hay suy giảm sức khoẻ.Acid glutamic là một loại
quan trọng như thế đối với cơ thể, là một loại acid amin tham gia vào việc cấu tạo
nên protein của cơ thể. Trong 20 loại acid amin trong cơ thể thì acid glutamic thuộc
loại acid amin thay thế nghĩa là cơ thể có thể tổng hợp được và có công thức
C5H9NO4. Ở điều kiện bình thường cơ thể không cần acid glutamic cung cấp từ bên
ngoài, ngày nay chúng được dùng chủ yếu trong việc sản xuất chất điều vị. Acid
glutamic được tìm thấy đầu tiên nhờ Kikunae Ikeda, ông này đã phân lập được acid
glutamic từ rong biển [5,tr15]. Tuy nhiên ngày nay acid glutamic được sản xuất từ
nguyên liệu như tinh bột, rỉ đường….Acid glutamic có vai trò quan trọng trong y
học, sinh học và thực phẩm. Đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bột ngọt và
một số chất điều vị khác, mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêm ngon
hơn. Việc sản xuất acid glutamic là một việc cần thiết, là ngành công nghiệp quan
trọng cho công nghiệp chế biến thực phẩm, dược phẩm nói riêng và ngành công
nghiệp nói chung. Có rất nhiều phương pháp sản xuất acid glutamic như tổng hợp
hoá học, thuỷ phân và lên men vi sinh vật. Trong đó phương pháp tổng hợp từ vi
sinh vật có nhiều ưu điểm nhất. Nó là một trong những ứng dụng của công nghệ
sinh học vào trong sản xuất. Nó không những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ý
nghĩa lớn lao về xử lý môi trường vì tận dụng được các phế thải của các ngành công
nghiệp khác. Hiện nay ở nước ta vẫn còn ít các nhà máy sản xuất acid glutamic, mà
phần lớn là nhập từ nước ngoài, đây là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất acid
glutamic cung cấp cho thị trường trong nước. Ở đề tài này tôi chọn thiết kế nhà máy
sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày từ nguyên liệu là rỉ
đường và tinh bột sắn.

acid glutamic.
1.3. Hợp tác hoá
Nhà máy sẽ đặt tại khu công nghiệp Hoà Khánh nên các điều kiện về hợp tác
hoá giữa các nhà máy và các nhà máy khác rất thuận lợi và sử dụng chung các công
trình công cộng như điện, nước, hệ thống thoát nước, giao thông….vv
Nhờ đó sẽ giảm thiểu vốn đầu tư ban đầu.
1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu
Đà Nẵng là một thành phố lớn lại có khu công nghiệp nên các vấn đề về điện,
hơi, nhiên liệu được thành phố đầu tư đáng kể. Nhà máy sẽ sử dụng nguồn điện, hơi
có sẵn tại khu công nghiệp.

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

-3-

SVTH:Trương Thanh Nhi

1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước
Nguồn cung cấp nước cho nhà máy như nước của công ty cung cấp nước thành
phố, hoặc cũng có thể sử dụng nguồn nước ngầm như khoan giếng…Ở đây ta chọn
nước máy từ nhà máy cung cấp nước thành phố.
Nước từ nhà máy đưa về đều được lắng, lọc, làm mềm và xử lý ion trước khi sản
xuất.
1.6. Giao thông vận tải
Đà Nẵng nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thông quan trọng của hai miền
Nam Bắc. Có cảng lớn có thể thông ra quốc tế. Ngoài ra còn có tuyến quốc lộ 14B

CHƯƠNG II: CHỌN VÀ THIẾT MINH DÂY
CHUYỀN SẢN XUẤT
2.1. Chọn phương pháp sản xuất
Acid 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 để sản xuất acid glutamic, bao gồm các phương pháp
sau:
2.1.1. Phương pháp hoá học
Phương pháp này trước đây được sử dụng dài ở các nước châu Âu. Về nguyên
tắc thì phương pháp này sử dụng các chất hoá học thông qua các phản ứng mà tổng
hợp nên. Tuy nhiên, phương pháp này tạo ra cả acid amin dạng D và L đây là nhược
điểm của nó. Và việc tách hai loại này ra gây tốn kém, không kinh tế.
2.1.2. Phương pháp thuỷ phân
Vào thế kỉ XIX người ta dùng phương pháp này để thu nhận acid glutamic.
-

Nguyên tắc: Sử dụng acid hoặc enzyme để thuỷ phân các nguyên liệu có
hàm lượng protein cao, thu được các acid amin trong đó có acid glutamic.
Sau đó bằng phương pháp hoá lý tách riêng acid glutamic.

-

Ưu điểm:

+ Khống chế được quy trình và các điều kiện sản xuất
+ Có thể áp dụng ở các cơ sở thủ công bán cơ giới hoá
+ Ổn định được chất lượng sản phẩm của từng mẻ

-

+ Có thể sử dung các loại nguyên liệu khác nhau nhờ vào
chủng vi sinh vật..
-

Nhược điểm: + Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiêm ngặt.
+ Đảm bảo vô trùng mới tạo sản phẩm.
+ Không chống chế được quá trình.

2.1.4. Phương pháp kết hợp
Đây là phương pháp kết hợp giữa phương pháp hoá học và lên men. Với
phương pháp này tuy mang lại hiệu suất cao nhưng nó đòi hỏi về kĩ thuật và trang
thiết bị hiện đại và chính xác. Vì vậy không thích hợp trong sản xuất công nghiệp,
chỉ dùng cho nghiên cứu.
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 xuât acid glutamic.
2.2. Phương pháp lên men
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.
2.2.1. 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 enzyme aminotransferase và glutamatdehydrogenase.
Giai đoạn chuyển từ α_Ketoglutaric thành acid glutamic có thể sử dụng nhiều
chung 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 trìng chuyển hoá acid glutamic được thực hiện qua hai kiểu phản ứng sau:
-


+Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền,dễ kiếm.
+Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho

quá trìng lên men.
Với những ưu điểm như vậy, ở đây tôi chọn phương pháp lên men một giai
đoạn để sản xuất acid glutamic.
2.3. Chủng vi sinh vật
Tham gia vào quá trình lên men để sản xuất acid glutamic ta chọn vi sinh vật
thường dùng là:

Corynebacterium glutamicum
Brevibacterium lactofermentus
Micrococus glutamicus

Nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterrium glutamicum (loại vi
khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản là Kinosita phát hiện từ năm 1965 có
khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo acid glutamic)

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

-7-

SVTH:Trương Thanh Nhi

Hình 2.1


Pha chế dịch lên men
pH = 6,7÷6,9
Thanh trùng
110 C,10 phút

K2HPO4 0,15%
MgSO4 0,075%
MnSO4 2%
Urê 2,2%

0

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

-8-

Làm nguội 28÷300C

Giống gốc
Nhân cấp I

SVTH:Trương Thanh Nhi

CấpII

Lên men pH = 8,0



Đồ án tốt nghiệp

-9-

SVTH:Trương Thanh Nhi

Tiến hành: Dùng H2SO4 1%, pH = 4, đun nóng
ở 130oC trong vòng 6 giờ để thuỷ phân hoàn toàn các
dextrin, loại bỏ các chất có hại như CO32-, chất keo,
chất màu, acid hữu cơ và vi sinh vật tạp nhiễm.
Thiết bị: Thiết bị nghịch đảo đường

Hình 2.1 Thiết bị nghịch đảo đường
[6, tr92]
b. Lọc
Mục đích của lọc là loại bỏ kết tủa và các chất
cặn lắng.
Thiết bị: Dùng thiết bị lọc khung bản màng mỏng.

Hình 2.2 Thiết bị lọc khung bản
[22]

c. Pha loãng
Nhằm pha loãng rỉ đường đến nồng độ cho phép mà
vi sinh vật có thể sử dụng được. Pha loãng đến nồng độ
13÷14%.
Thiết bị: Thùng pha loãng.


b. Thuỷ phân
Mục đích: Là chuyển toàn bộ tinh bột thành đường làm
môi trường dinh dưỡng cho vi sinh vật. Đường ở đây chủ yếu là
glucoza.
Tiến hành: Cho HCl vào thuỷ phân
(C6H10O5)n + n H2O

HCl

n C6H12O11

Tỷ lệ bột rắn ÷ nước ÷ acid = 100÷350÷165

[5, tr170]

Hỗn hợp được khuấy đều. Nâng nhiệt lên 138oC trong thời
gian 20 phút. Thiết bị: Sử dụng thiết bị thuỷ phân.

Hình 2.5 Thiết bị thuỷ phân
tinh bột.
[6, tr87]
Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

SVTH:Trương Thanh Nhi

-11-

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

-12-

SVTH:Trương Thanh Nhi

Thiết bị: thiết bị pha chế dịch lên men.
2.5.3. Thanh trùng và làm nguội
Mục đích : Nhằm vô trùng môi trường dinh dưỡng trước khi lên men tránh
xâm nhiễm của vi sinh vật gây hại và sau đó hạ nhiệt độ của môi trường dinh dưỡng
xuống nhiệt độ lên men thích hợp với vi sinh vật.
Tiến hành : Thanh trùng ở 1400C trong 30 phút.
Sau đó hạ nhiệt độ xuống còn 28÷300C và pH = 8.
Thiết bị: Dùng thiết bị thanh trùng.
2.5.4. Nhân giống
[5, tr171-173]
Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men.
Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau:
Giống gốc

cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1

ống thạch nghiêng đời 2
thùng tôn (giống cấp 2)

lên men bình lắc (giống cấp 1)

600C, để ống nghiệm nghiêng thạch đông lại, sấy ở 45 giờ ở t0 = 320C, đem bảo
quản lạnh.
- Tiến hành : Dùng que cấy cấy giống gốc từ các ống thạch nghiêng để vào tủ
ấm trong 24 giờ cho khuẩn lạc phát triển, ta được giống đời 1, cấy truyền sang ống
thạch nghiêng một lần nữa ta được giống đời 2.

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

SVTH:Trương Thanh Nhi

-13-

2.5.4.2. Giống cấp 1
-Môi trường giống cấp 1:
Đường glucoza tinh khiết

2,5%

Rỉ đường

0,25%

Nước chấm

0,32%



24g

H3PO4

60g

Nước chấm

300ml

Rỉ đường

600g

Urê

480g

Dầu lạc

60ml

B1

20mg

Hình 2.10 Thùng tôn

KOH để pH = 9

đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Ở giai đoạn này acid glutamic tạo ra rất ít. pH có
tăng từ 6,5÷6,7 lên 7,5÷8 (do bổ sung urê).
-Giai đoạn giữa : từ giờ thứ 10,12 đến giờ thứ 24,26.
Không tăng số lượng tế bào hoặc tăng rất ít. Đường và
đạm vô cơ thể thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các
quá trình chuyển hoá bởi men và các phản ứng để tạo acid
glutamic trong tế bào. Lượng acid sinh ra nhiều làm pH
giảm nên phải bổ sung thêm urê để pH = 8. Acid tạo ra đạt
30÷40g/l.
-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.
Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC.
Hình 2.11 Nồi lên men
[6, tr203]
Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

SVTH:Trương Thanh Nhi

-15-

Lượng không khí : 30÷40cm3/giờ cho 1m3 môi trường.
Cánh khuấy hai tầng : 180÷200vòng/phút.
Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO2 thoát ra.
Thiết bị : Dùng nồi lên men
2.5.6. Trao đổi ion

Đồ án tốt nghiệp

-16-

SVTH:Trương Thanh Nhi

acid glutamic kết tinh, pha lỏng là nước là một số acid glutamic tan
vào đó gọi là nước các. Phần nước các đem trao đổi nhựa tiếp,
phần ảm đem ly tâm thu acid glutamic ẩm.
Thiết bị: Thiết bị kết tinh có cánh khuấy.

Hình 2.13 Thiết bị kết tinh
[6,tr150]
2.5.8. Ly tâm
Mục đích : Thu acid glutamic từ hỗn hợp có nước nhằm dễ dàng cho quá trình
sấy.
Thiết bị: Thiết bị ly tâm lọc tháo chất rắn tự
động ở đáy.

Hình 2.14 Thiết bị ly tâm
[21]
2.5.9. Sấy
Mục đích : Acid glutamic hút ẩm rất nhanh nên sau ly tâm phải sấy ngay.
Tiến hành : Acid glutamic ẩm đưa vào thiết bị sấy nhờ cơ cấu rung và chạy
trên băng chuyền liên tục, không khí nóng được thổi liên tục vào làm bay hơi ẩm và
làm khô acid.
Thiết bị: Thiết bị sấy
acid glutamic

Hình 2.15 Thiết bị sấy

Đồ án tốt nghiệp

SVTH:Trương Thanh Nhi

-18-

CHƯƠNG III TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1. Giả thuyết
Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau:
- Xử lý nguyên liệu

1%

- Ép lọc dịch tinh bột

2%

- Lọc dịch rỉ đường

2%

- Pha dịch lên men

1%

- Lên men

1%

- Trao đổi ion


+ Quốc tế lao động nghỉ

1 ngày

+ Giỗ tổ hung vương nghỉ

1 ngày

+ Quốc khánh 2-9 nghỉ

1 ngày

+ Chủ nhật nghỉ

1 ngày

Tháng 11 mưa nhiều nghỉ 10 ngày để tu sửa và vệ sinh thiết bị.
Ngày làm việc 3 ca.

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

SVTH:Trương Thanh Nhi

-19-



12

20

27

24

27

26

27

27

25

27

16

27

Cả
năm
300

60

Lượng ẩm trong acid glutamic thành phẩm
0.5×

800
 4,00 (kg/ngày)
100

Lượng acid glutamic khô thành phẩm
800 - 4 = 796,00 (kg/ngày)
Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao
796,00×

100
= 812,24(kg/ngày)
(100  2)

Lượng acid glutamic ẩm đi qua máy sấy
(812,24+4,00)×

100  0.5
= 864,00(kg/ngày)
100  6

Lượng ẩm tách ra
864,00 - (812,24 + 4,00) = 47,76(kg/ngày)

3.3.2. Ly tâm
Tỉ lệ hao hụt là 1%
Trước khi ly tâm độ ẩm là 30%
Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản

Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao
820,45×

100
= 828,74(kg/ngày)
(100  1)

Lượng acid glutamic khô khi chưa kết tinh
828,74
 100 = 1104,98(kg/ngày)
75

Lượng acid hoà tan trong dung dịch
1104,98 - 824,74 = 276,25(kg/ngày)
Thể tích của dung dịch hoà tan
276,25
= 784,79 (lít/ngày)
352  10 3

Ta có Dacid glutamic = 1,54 g/cm3
(theo http//:physchem.ox.ac.uk/MSDS/GL/l-glutamic_acid.htm)
Khối lượng dung dịch hoà tan
784,79 × 1,54 = 1208,57 (kg/ngày)
Tổng khối lượng dịch trong quá trình kết tinh
1208,57 + 1106,23= 2368,81(kg/ngày)

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.



20  10 3

Thể tích dịch sau lên men là
75168,87
= 37584,43 (lít/ngày)
2

3.3.5. Lên men
Tỉ lệ hao hụt là 1%
Khối lượng dịch sau lên men
37584,43 × 1,54 = 57880,03 (kg/ngày).
Lượng dịch trước lên men
57880,03 ×

100
= 58464,67(kg/ngày).
99

Giả sử tỷ trọng của dịch là d = 1050,1 (kg/m3), suy ra thể tích dịch lên men là:
V=

58464 ,67
= 55,68 (m3/ngày).
1050 ,1

Trong quá trình lên men có bổ sung dầu lạc 0, 1% để phá bọt, ure 1,8%.
Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.



K2HPO4

0,15%

85,14

MgSO4

0,075%

42,57

MnSO4

2%

1135,16

Urê

2,2%

1248,68

Lượng môi trường khi chưa cho các chất bổ sung là
54375,21 - (85,14 + 42,57 + 1135,16 + 1248,68) = 54246,57 (kg/ngày)
3.3.8. Khối lượng các chất dùng trong nhân giống
3.3.8.1. Môi trường thạch nghiêng
Khối lượng tính tổng cho công đoạn nuôi trên ống thạch
Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản

0.50%

0,3

Thạch

2%

1,19

3.3.8.2. Môi trường giống cấp I
Khối lượng tính cho tổng công đoạn nuôi giống cấp 1 trong bình tam giác
1000ml.
Bảng 3.4
Cơ chất

Tỉ lệ

Khối lượng (g)

Đường

2,5%

148,93

Rỉ đường

0,25%


0,01

3.3.8.3. Môi trường giống cấp II
Khối lượng tính cho thùng tôn có thể tích 120 lít
Bảng 3.5
Đường

4000g

MgSO4

48g

H3PO4

120g

Nước chấm

600ml

Rỉ đường

1200g

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản
phẩm/ngày.


Đồ án tốt nghiệp

= 21698,63 (kg/ngày)
100

3.3.9.1. Ép lọc dịch thuỷ phân tinh bột
Giả sử quá trình ép lọc có hiệu suất là 85(%):
m dịch thủy phân trước ép lọc = 32547,94×

100 100
×
= 39073,16 (kg/ngày).
85 98

3.3.9.2. Trung hoà
Sử dụng Na2CO3. Quá trình trung hòa tổn hao là 1% nên ta có:
m Dịch trước khi trung hòa = 39073,16×

100
= 39467,84 (kg/ngày).
99

3.3.9.3. Thuỷ phân
Quá trình thủy phân tổn hao là 1% nên ta có:
m dịch thủy phân = 39467,84×

100
= 39866,51 (kg/ngày)
99

Từ tỷ lệ phối trộn tinh bột:nước:acid để thủy phân 100:350:0,77(theo axít
100%). Gọi x là lượng tinh bột ta có:

m rỉ đường trước khi pha loãng = 20787,64×

13 100
×
= 4595,67 (kg/ngày).
62 99

3.3.9.5. Lọc dịch rỉ đường
Giả sử quá trình ép lọc có hiệu suất là 85(%):
m rỉ đường trước khi ép lọc = 4402,73×

100 100
×
= 5517,01 (Kg/ngày).
85 98

3.3.9.6. Xử lý rỉ đường
Lượng H2SO4 dùng để xử lý rỉ đường là 0,5%
mH2SO4 = 5517,01×

0,5
= 27,59 (Kg/ngày).
100

Lượng rỉ đường đem đi xử lý là:
mrỉ đường xử lý = (5285,39 - 27,59)×

100
= 5544,87 (kg/ngày).
99