Đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

Đồ án tốt nghiệp 0 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic” GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Đồ án tốt nghiệp 1 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 0 CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT ................................................... 4 1.1.Đặc điểm tự nhiên của tỉnh Quảng Nam ........................................................ 5 1.2. Vùng nguyên liệu .......................................................................................... 5 1.3. Hợp tác hóa ................................................................................................... 5 1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu ........................................................ 5 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước .................................................. 6 1.6.Giao thông vận tải: ......................................................................................... 6 1.7. Nhân công và thị trường tiêu thụ ................................................................... 6 1.8. Nguồn tiêu thụ sản phẩm ............................................................................... 6 CHƯƠNG II TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 8 2.1.Tinh bột sắn ................................................................................................... 8 2.2.Mì chính và axit glutamic ............................................................................... 8 2.3. Phương pháp sản xuất axit glutamic: ........................................................... 10 2.4.Chủng vi sinh ............................................................................................... 11 2.5.Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men .......................................... 13 CHƯƠNG III CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ ....... 15 3.1.Chọn phương pháp sản xuất ........................................................................ 15 3.2.Quy trình sản xuất axit glutamic từ tinh bột sắn .......................................... 16 3.3 Thuyết minh quy trình sản xuất .................................................................... 17 CHƯƠNG IV CÂN BẰNG VẬT CHẤT .............................................................. 29 4.1 Chọn các số liệu ban đầu .............................................................................. 29 4.2. Biểu đồ sản xuất .......................................................................................... 29 4.3 Cân bằng vật liệu ......................................................................................... 30 4.4. Tổng kết ...................................................................................................... 35 CHƯƠNG V TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ........................................................... 36 5.1. Xylo chứa tinh bột: ..................................................................................... 36 5.2. Thiết bị hòa tan ............................................................................................ 37 5.3. Thiết bị dịch hóa ........................................................................................... 38 5.4. Thiết bị đường hóa ....................................................................................... 39 5.5. Thùng pha chế dịch lên men: ....................................................................... 39 5.6. Thiết bị thanh trùng và làm nguội: ................................................................. 41 5.7.Thiết bị nhân giống cấp I:............................................................................. 41 5.8. Thiết bị nhân giống cấp II: .......................................................................... 42 5.9.Thiết bị nhân giống cấp III ........................................................................... 43 5.10. Thiết bị lên men ........................................................................................ 43 5.11. Thiết bị lọc rửa .......................................................................................... 44 5.12.Thiết bị cô đặc ............................................................................................ 45 5.13. Thiết bị tẩy màu: ....................................................................................... 45 5.14. Thiết bị kết tinh: ........................................................................................ 46 Đồ án tốt nghiệp 2 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic 5.15.Thiết bị ly tâm ............................................................................................ 47 5.16. Thiết bị lọc ................................................................................................ 48 5.17. Sấy rung tầng sôi ....................................................................................... 48 5.18.Thiết bị phân loại ......................................................................................... 49 5.19. Thiết bị đóng gói ....................................................................................... 50 5.20. Chọn gàu tải .............................................................................................. 50 5.21. Chọn bơm ................................................................................................. 51 5.22.Thùng chứa ................................................................................................ 53 CHƯƠNG VI TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG ............................................... 55 6.1.Tính tổ chức: ................................................................................................ 55 6.2. Tính xây dựng nhà máy: .............................................................................. 59 6.3. Qui cách xây dựng nhà máy: ....................................................................... 65 CHƯƠNG VII TÍNH HƠI – NƯỚC ..................................................................... 69 7.1. Tính hơi. ..................................................................................................... 69 7.2. Tính nước .................................................................................................... 79 CHƯƠNG VIII KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ................................................................................................................... 80 8.1. Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu ............................................................... 80 8.2. Kiểm tra các công đoạn sản xuất ................................................................. 80 8.3. Kiểm tra chất lượng sản phẩm ..................................................................... 81 CHƯƠNG IX AN TOÀN LAO ĐỘNG ................................................................ 82 9.1. Các nguyên nhân gây tai nạn lao động: ...................................................... 82 9.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động: ................................................. 82 9.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động: ................................................. 83 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 86 Đồ án tốt nghiệp 3 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic MỞ ĐẦU Nước ta có nguồn sắn dồi dào nhất, chúng được trồng ở khắp cả ba miền đất nước. Với đặc tính dễ trồng, sản lượng cao, đầu tư ít nên tinh bột sắn tương đối rẻ so với các loại tinh bột khác. Vì vậy tinh bột sắn thích hợp làm nguyên liệu để sản xuất ra các sản phẩm phục vụ cho công nghiệp thực phẩm. Trong công nghệ sản xuất và chế biến thực phẩm, bột ngọt (mì chính) là chất phụ gia thực phẩm được sử dụng khá rộng rãi. Mì chính là muối mononatri của axit glutamic. 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. Axit glutamic thuộc loại axit amin thay thế nhưng có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất ở cơ thể người và động vật. Axit glutamic tham gia cấu tạo nên chất xám và chất trắng của não, kích thích các phản ứng oxi hoá của não. Khi vào cơ thể, axit glutamic chuyển hóa dưới dạng glutamat. Mỗi ngày, cơ thể cần khoảng 10 gam glutamat, riêng não cần khoảng 2,3 gam glutamat. Axit glutamic tham gia vào việc tạo thành protein và hàng loạt các axit amin khác như: alanin, propin, xystin.Vì vậy, trong y học, axit glutamic được xem là chất bổ não, chữa các bệnh thần kinh phân lập, bệnh chậm phát triển về trí não, về tim mạch, các bệnh về cơ bắp thịt. Ngoài ra, axit glutamic là nguồn nguyên liệu chủ yếu để 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. Axit glutamic còn là nguồn nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hoá chất quan trọng. Việc sản xuất axit 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. Đồ án tốt nghiệp 4 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Có nhiều phương pháp sản xuất song có 4 phương pháp cơ bản: tổng hợp hoá học, thuỷ phân protit, lên men và kết hợp. Song phương pháp lên men có nhiều ưu điểm hơn: không sử dụng nguyên liệu protit, không cần sử dụng nhiều hoá 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. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu, nên em được giao đề tài thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 4570 tấn sản phẩm/năm. CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT Khu vực miền Trung chưa có nhà máy sản xuất axit glutamic trong khi đó nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất của khu vực cũng rất phong phú. Đây là một điều kiện rất thuận lợi để chúng ta tiến hành sản xuất loại sản phẩm này nhằm cung Đồ án tốt nghiệp 5 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic 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 Quảng Nam 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 Quảng Nam [16] Quảng Nam nằm ở trung độ của Việt Nam, phía Bắc giáp Huế và Đà Nẵng, phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi, phía Tây giáp CHDCND Lào và tỉnh KonTum, phía Đông giáp biển Đông. Khí hậu nhiệt đới gió mùa; độ ẩm không khí trung bình 84%; gió Đông Bắc từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau ( vận tốc gió trung bình 6-10m/s); gió Nam, Đông Nam, Tây Nam từ tháng 5 đến tháng 8 (vận tốc gió trung bình-6 m/s). Nhiệt độ trung bình:25,4oC. Mùa đông dao động từ 29-24oC. Lượng mưa trung bình hằng năm: 2580mm, tập trung trong các tháng 9,10,11( chiếm 85% lượng mưa cả năm). 1.2. Vùng nguyên liệu Ở Quảng Nam có nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV, đồng thời tỉnh Quảng Nam còn giáp với tỉnh Quảng Ngãi, Bình định sẽ là nguồn cung cấp nguyên liệu cho nhà máy rất thuận lợi. 1.3. Hợp tác hóa Để thuận lợi cho việc thu mua nguyên liệu cũng như tiêu thụ sản phẩm, phế phẩm trong quá trình sản xuất, nhà máy cần hợp tác hóa với các nhà máy khác trong và ngoài tỉnh như nhà máy đường, nhà máy tinh bột sắn, nhà máy thức ăn gia súc…cũng như được sử dụng những công trình chung như: điện, nước, giao thông, nước thải,..để giảm bớt vốn đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian hoàn vốn, hạ giá thành sản phẩm. 1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu [34] Sử dụng từ hệ thống lưới điện quốc gia 500KV truyền tải về KCN bằng đường dây 110KV. Tại chân KCN có Trạm biến áp 40 MVA (110/22), mạng 22 KV trong KCN. Đồ án tốt nghiệp 6 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO được cung cấp từ các trạm xăng dầu trong tỉnh. 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước [34] Trong KCN có Nhà máy nước công suất 5.000 m3/ngày đêm cung cấp cho các Nhà máy. Hệ thống thoát nước và xử lý nước thải hoàn chỉnh 1.6.Giao thông vận tải: Nằm gần Đà Nẵng, là đầu mối giao thông quan trọng của hai miền Nam Bắc. Cách cảng Tiên Sa 29km về phía Bắc Ngoài ra còn có tuyến quốc lộ 14B nối Đà Nẵng với Tây Nguyên và Lào, Thái Lan. Do đó thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm. Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường bộ, đường thuỷ, đường hàng không là những điều kiện thuận lợi về giao thông. 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 phế 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 tỉnh Quảng Nam. Đồ án tốt nghiệp 7 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đồ án tốt nghiệp 8 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 2.1.Tinh bột sắn [1],[5] Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn. Có hai loại sắn: sắn đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xianua. Sắn đắng có nhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời cũng có nhiều axit xyanhydric, khoảng 200 ÷ 300 mg/kg. Sắn ngọt có ít axit xianhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm. Sắn trồng ở các tỉnh phía Bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN. Thành phần hoá học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kĩ thuật chế biến sắn. Trong tinh bột sắn thường có các thành phần sau: Tinh bột : 83 ÷ 88% [5] Nước : 10,6 ÷ 14,4% Xenluloza : 0,1 ÷ 0,3% Đạm : 0,1 ÷ 0,4% Chất khoáng : 0,1 ÷ 0,6% Chất hoà tan : 0,1 ÷ 1,3% Tinh bột sắn có kích thước xê dịch trong khoảng khá rộng 5 ÷ 40 µm. Dưới kính hiển vi ta thấy tinh bột sắn có nhiều hình dạng khác nhau từ hình tròn đến hình bầu dục tương tự tinh bột khoai tây nhưng khác tinh bột ngô và tinh bột gạo ở chỗ không có hình đa giác. Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin và amiloza, tỷ lệ amilopectin và amiloza là 4:1. Nhiệt độ hồ hoá của tinh bột sắn nằm trong khoảng 60 ÷ 800C. 2.2. Mì chính và axit glutamic 2.2.1 Tính chất vật lý [6] Hình 2.1 Tinh bột sắn [17] Đồ án tốt nghiệp 9 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Bột ngọt (còn gọi là mì chính) là muối mononatri của axit glutamic hay nari glutamat. dễ tan trong nước, thường gọi là mì chính (bột ngọt) được dùng làm gia vị. Axit glutamic thuộc loại axit amin có chứa một nhóm amin và hai nhóm cacboxyl. Điều chế bằng cách tổng hợp hoặc lên men gluxit. Axit L (+) - glutamic (thường gọi axit glutamic) là những tinh thể không màu, tonc = 247 - 249oC (phân huỷ), thăng hoa ở 200oC, độ quay cực riêng với tia D ở 22oC: 31o. Ít tan trong nước, etanol; không tan trong ete, axeton. Đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi đạm. Dùng trong y học, trong nghiên cứu sinh hoá, bổ sung vào khẩu phần thức ăn. Axit L (+) - glutamic có vị ngọt của thịt, còn axit D (–) - glutamic không có vị đó. 2.2.2.Vai trò của axit glutamic [7] Axit glutamic (còn gọi là axit – aminoglutaric) là hợp chất phổ biến nhất trong các protein của các loại hạt ngũ cốc, như trong prolamin của các hạt đậu chứa 43-46% axit này. Axit glutamic đóng vai rò rất quan trọng trong việc trao đổi chất của cơ thể động vật, nhất là các cơ quan não bộ, gan và cơ nâng cho khả năng hoạt động của cơ thể. Axit glutamic tham gia phản ứng thải loại amoniac, một chất độc với hệ thần kinh. Amoniac là chất thải trong quá trình trao đổi chất. Axit glutamic Hình 2.2 Cấu trúc phân tử axit glutamic[18] Đồ án tốt nghiệp 10 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic phản ứng với amoniac cho aminoaxit mới là glutamin. Trong y học, axit glutamic được dùng như thuốc chữa bệnh yếu cơ và choáng. 2.3. Phương pháp sản xuất axit glutamic: Có nhiều phương pháp để sản xuất axit glutamic, từ các nguồn nguyên liệu khác nhau. Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản + Phương pháp hoá học. [5, trang13] Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên axit glutamic và các amino axit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu mỏ hay các ngành khác. Tuy nhiên phương pháp này yêu cầu kĩ thuật cao, việc tách L-axit glutamic rất khó khăn nên giá thành sản phẩm cao. + Phương pháp thuỷ phân. [5, trang 13] Phương pháp này sử dụng các tác nhân là hóa chất hoặc enzyme để thủy phân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao, tạo ra hỗn hợp các amino axit trong đó có axit glutamic. Sau đó tách axit glutamic ra khỏi hỗn hợp bằng phương pháp hóa lý. -Ưu điểm: + Khống chế được qui trình và các điều kiện sản xuất. + Có thể áp dụng ở các cơ sở thủ công, bán cơ giới hóa. + Ổn định được chất lượng sản phẩm của từng mẻ. -Nhược điểm: + Nguyên liệu sử dụng phải có hàm lượng protein cao + Sử dụng nhiều thiết bị, hóa chất, thiết bị chống ăn mòn + Hiệu suất thấp dẫn đến giá thành cao. + Phương pháp kết hợp [5, trang 15] Đồ án tốt nghiệp 11 GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đây là phương pháp kết hợp giữa hóa học và lên men.Với phương pháp này hiệu suất cao nhưng nó đòi hỏi kĩ thuật trang thiết bị hiện đại và chính xác. Vì vậy phương pháp này chỉ dùng trong nghiên cứu. + Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) [5, trang 14] Lên men là phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất axit glutamic. Phương pháp này dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra axit glutamic để sản xuất. - Ưu điểm: + Nguyên liệu rẻ hơn so với hai phương pháp trên. + Ít sử dụng hoá chất, thiết bị chống ăn mòn. + Hiệu suất quá trình rất cao, giá thành hạ. + Có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau . + Tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao. - Nhược điểm: + Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiêm ngặt. + Đảm bảo vô trùng mới tạo sản phẩm. + Khó điều khiển được quá trình. Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2 phương pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men trực tiếp. 2.4.Chủng vi sinh [20] Tham gia vào quá trình lên men sản xuất axit glutamic, chủng vi sinh thường sử dụng là: Corynebacterium Glutamicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococus Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium Glutamicum (loại vi khuẩn này đã được