Thiết Kế Nhà Máy Sản Xuất Axit Glutamic: Đồ Án Tốt Nghiệp

Khám phá luận văn tốt nghiệp về thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic, quy trình công nghệ và ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

• Người hướng dẫn: PGS. Trương Thị Minh Hạnh
• Đề tài: Thiết Kế Nhà Máy Sản Xuất Axit Glutamic
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Địa điểm: Quảng Nam

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
• 1.1. Đặc điểm tự nhiên của tỉnh Quảng Nam
• 1.2. Vùng nguyên liệu
• 1.3. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu
• 1.4. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước
• 1.5. Giao thông vận tải
• 1.6. Nhân công và thị trường tiêu thụ
• 1.7. Nguồn tiêu thụ sản phẩm
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tinh bột sắn
• 2.2. Mì chính và axit glutamic
• 2.3. Phương pháp sản xuất axit glutamic
• 2.4. Chủng vi sinh
• 2.5. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
• 3. CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
• 3.1. Chọn phương pháp sản xuất
• 3.2. Quy trình sản xuất axit glutamic từ tinh bột sắn
• 3.3. Thuyết minh quy trình sản xuất
• 4. CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
• 4.1. Chọn các số liệu ban đầu
• 4.2. Biểu đồ sản xuất
• 4.3. Cân bằng vật liệu
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
• 5.1. Xylo chứa tinh bột
• 5.2. Thiết bị hòa tan
• 5.3. Thiết bị dịch hóa
• 5.4. Thiết bị đường hóa
• 5.5. Thùng pha chế dịch lên men
• 5.6. Thiết bị thanh trùng và làm nguội
• 5.7. Thiết bị nhân giống cấp I
• 5.8. Thiết bị nhân giống cấp II
• 5.9. Thiết bị nhân giống cấp III
• 5.10. Thiết bị lên men
• 5.11. Thiết bị lọc rửa
• 5.12. Thiết bị cô đặc
• 5.13. Thiết bị tẩy màu
• 5.14. Thiết bị kết tinh
• 5.15. Thiết bị ly tâm
• 5.16. Thiết bị lọc
• 5.17. Sấy rung tầng sôi
• 5.18. Thiết bị phân loại
• 5.19. Thiết bị đóng gói
• 5.20. Chọn gàu tải
• 6. CHƯƠNG 6: TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG
• 6.1. Tính tổ chức
• 6.2. Tính xây dựng nhà máy
• 6.3. Qui cách xây dựng nhà máy
• 7. CHƯƠNG 7: TÍNH HƠI – NƯỚC
• 8. CHƯƠNG 8: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM
• 8.1. Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu
• 8.2. Kiểm tra các công đoạn sản xuất
• 8.3. Kiểm tra chất lượng sản phẩm
• 9. CHƯƠNG 9: AN TOÀN LAO ĐỘNG
• 9.1. Các nguyên nhân gây tai nạn lao động
• 9.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động
• 9.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Dự Án Thiết Kế Nhà Máy Axit Glutamic Quảng Nam

Axit glutamic đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm, đặc biệt là trong sản xuất bột ngọt (mì chính). Nhu cầu tiêu thụ axit glutamic tại Việt Nam ngày càng tăng, trong khi số lượng nhà máy sản xuất còn hạn chế, dẫn đến việc nhập khẩu phần lớn. Do đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic tại Quảng Nam là một hướng đi tiềm năng, góp phần đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và tiến tới xuất khẩu. Quảng Nam có nguồn nguyên liệu sắn dồi dào, thuận lợi cho việc sản xuất axit glutamic từ tinh bột sắn. Đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic” với năng suất 4570 tấn sản phẩm/năm được nghiên cứu để đánh giá tính khả thi và hiệu quả kinh tế của dự án. Việc sản xuất axit glutamic là một việc làm 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.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Axit Glutamic Trong Đời Sống Sản Xuất

Axit glutamic là một axit amin thiết yếu, tham gia vào nhiều quá trình trao đổi chất quan trọng trong cơ thể người và động vật. Nó là thành phần cấu tạo của chất xám và chất trắng của não, kích thích các phản ứng oxy hóa của não. Theo PGS. Trương Thị Minh Hạnh, mỗi ngày cơ thể cần khoảng 10 gam glutamat, riêng não cần khoảng 2,3 gam. Axit glutamic còn tham gia vào việc tạo thành protein và các axit amin khác. Trong y học, nó được sử dụng như một chất bổ não, chữa các bệnh thần kinh và tim mạch. Quan trọng hơn, axit glutamic là nguyên liệu chính để sản xuất bột ngọt và các chất điều vị khác, tạo hương vị cho thực phẩm.

1.2. Lợi Thế Của Quảng Nam Trong Sản Xuất Axit Glutamic

Khu vực miền Trung Việt Nam, đặc biệt là tỉnh Quảng Nam, có nhiều lợi thế để phát triển ngành sản xuất axit glutamic. Nguồn cung sắn – nguyên liệu đầu vào chính – dồi dào và có giá thành cạnh tranh. Bên cạnh đó, vị trí địa lý thuận lợi của Quảng Nam, gần các trung tâm kinh tế lớn như Đà Nẵng và các tỉnh lân cận, giúp giảm chi phí vận chuyển và mở rộng thị trường tiêu thụ. Chính quyền địa phương cũng có các chính sách ưu đãi, hỗ trợ đầu tư vào các ngành công nghiệp chế biến nông sản, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng và vận hành nhà máy axit glutamic.

II. Phân Tích Kinh Tế Kỹ Thuật Thiết Kế Nhà Máy Axit Glutamic

Việc xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic tại Quảng Nam không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Với nguồn nguyên liệu dồi dào, giá thành cạnh tranh và thị trường tiêu thụ rộng lớn, nhà máy có tiềm năng phát triển bền vững và tạo ra nhiều việc làm cho người dân địa phương. Tuy nhiên, để đảm bảo thành công của dự án, cần phải phân tích kỹ lưỡng các yếu tố kinh tế kỹ thuật, từ lựa chọn công nghệ sản xuất, thiết kế quy trình, đến quản lý chất lượng và an toàn lao động. Điều này giúp nhà máy hoạt động hiệu quả, giảm thiểu chi phí và tối đa hóa lợi nhuận.

2.1. Đánh Giá Đặc Điểm Tự Nhiên Tỉnh Quảng Nam Ảnh Hưởng Sản Xuất

Quảng Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa, với độ ẩm trung bình cao và lượng mưa lớn tập trung vào các tháng cuối năm. Điều này ảnh hưởng đến việc bảo quản nguyên liệu sắn và sản xuất liên tục của nhà máy. Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy cần cân nhắc các yếu tố như địa hình, nguồn nước và hệ thống thoát nước để đảm bảo hoạt động ổn định. Ngoài ra, cần có các biện pháp phòng chống thiên tai, đặc biệt là lũ lụt, để bảo vệ nhà máy và các thiết bị sản xuất.

2.2. Khả Năng Cung Cấp Nguyên Liệu Điện Nước Cho Nhà Máy Axit Glutamic

Quảng Nam có nhà máy tinh bột sắn FOCOCEV và giáp ranh với các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, đảm bảo nguồn cung nguyên liệu sắn ổn định cho nhà máy. Theo tài liệu, nhà máy có thể sử dụng hệ thống lưới điện quốc gia 500KV và trạm biến áp 40 MVA để đáp ứng nhu cầu điện năng. Nguồn nước được cung cấp từ nhà máy nước công suất 5.000 m3/ngày đêm trong khu công nghiệp. Việc kết nối với các công trình chung như điện, nước, giao thông giúp giảm vốn đầu tư và rút ngắn thời gian hoàn vốn. Tuy nhiên, cần có kế hoạch dự phòng để đảm bảo nguồn cung điện và nước ổn định trong trường hợp xảy ra sự cố.

III. Chọn Phương Pháp Sản Xuất Ưu Điểm Lên Men Axit Glutamic

Có nhiều phương pháp sản xuất axit glutamic, bao gồm tổng hợp hóa học, thủy phân protein, lên men và kết hợp. Tuy nhiên, phương pháp lên men được ưa chuộng hơn cả nhờ những ưu điểm vượt trội. Phương pháp này sử dụng các chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp axit glutamic từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền như tinh bột sắn. Quá trình lên men ít sử dụng hóa chất độc hại, thiết bị chống ăn mòn, hiệu suất cao và tạo ra axit glutamic dạng L có hoạt tính sinh học cao. Với những ưu điểm này, phương pháp lên men được lựa chọn làm phương pháp sản xuất chính cho nhà máy tại Quảng Nam.

3.1. So Sánh Các Phương Pháp Sản Xuất Axit Glutamic Hiện Nay

Phương pháp tổng hợp hóa học đòi hỏi kỹ thuật cao, khó tách L-axit glutamic và có giá thành sản phẩm cao. Phương pháp thủy phân protein sử dụng nguyên liệu có hàm lượng protein cao và nhiều thiết bị, hóa chất, dẫn đến hiệu suất thấp và giá thành cao. Phương pháp kết hợp giữa hóa học và lên men có hiệu suất cao nhưng đòi hỏi trang thiết bị hiện đại và chính xác. Phương pháp lên men có nhiều ưu điểm hơn, bao gồm nguyên liệu rẻ tiền, ít sử dụng hóa chất, hiệu suất cao và tạo ra axit glutamic dạng L có hoạt tính sinh học cao. Vì vậy, phương pháp lên men là lựa chọn tối ưu cho sản xuất công nghiệp.

3.2. Chi Tiết Quy Trình Lên Men Trực Tiếp Sản Xuất Axit Glutamic

Quy trình lên men trực tiếp sản xuất axit glutamic sử dụng một loại vi sinh vật duy nhất để chuyển đổi đường và NH3 thành axit glutamic trong môi trường nuôi cấy. Các chủng vi sinh vật thường được sử dụng là Corynebacterium Glutamicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococus Glutamicus. Quá trình lên men đòi hỏi điều kiện vô trùng nghiêm ngặt và kiểm soát chặt chẽ các thông số như pH, nhiệt độ, oxy và chất dinh dưỡng. Sản phẩm axit glutamic sau khi lên men được tách chiết, tinh chế và đóng gói để đưa ra thị trường.

IV. Chọn Chủng Vi Sinh Vật Yếu Tố Quyết Định Hiệu Quả Lên Men

Chủng vi sinh vật đóng vai trò then chốt trong quá trình lên men sản xuất axit glutamic. Việc lựa chọn chủng vi sinh vật phù hợp là yếu tố quyết định đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Chủng vi sinh vật lý tưởng phải có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, tính ổn định cao, chịu được nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản và dễ áp dụng trong thực tế sản xuất. Corynebacterium Glutamicum là chủng vi sinh vật được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất axit glutamic nhờ những đặc tính ưu việt.

4.1. Đặc Điểm Của Chủng Vi Khuẩn Corynebacterium Glutamicum

Chủng vi khuẩn Corynebacterium Glutamicum có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai mì để tạo ra axit glutamic. Chủng vi khuẩn này cần được nuôi cấy và nhân sinh khối trong môi trường lỏng vô trùng. Theo PGS. Trương Thị Minh Hạnh, giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường lỏng. Khối lượng sinh khối được nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất đại trà. Chủng vi khuẩn 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.

4.2. Cơ Chế Tổng Hợp Thừa Axit Glutamic Của Vi Sinh Vật

Tính thấm của màng tế bào vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc tiết axit glutamic ra môi trường. Khi tính thấm bị thay đổi do thiếu biotin hoặc tác dụng của penicillin, axit glutamic sẽ được tiết ra ngoài tế bào. Sự hư hại tính thấm xuất hiện khi nồng độ biotin tối ưu là 2 – 5 µ g/l. Còn nồng độ biotin tối thích cho sự sinh trưởng của chủng ở khoảng 14 µ g/l. Cũng có thể tạo ra sự hư hại này bằng cách bổ sung các chất hoạt động bề mặt như Tween 60. 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.

V. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Quá Trình Lên Men Axit Glutamic

Quá trình lên men sản xuất axit glutamic chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm pH, nhiệt độ, oxy và chất kích thích sinh trưởng. Việc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Độ pH thích hợp cho quá trình lên men là 6,7 – 8. Sự cung cấp oxy phải đầy đủ để tránh tạo ra các sản phẩm phụ. Nhiệt độ thích hợp là 26-37oC. Chất kích thích sinh trưởng như biotin cần được cung cấp với nồng độ thích hợp để thúc đẩy quá trình lên men.

5.1. Kiểm Soát Độ pH Nhiệt Độ Trong Quá Trình Lên Men

Độ pH của môi trường ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật và enzyme. Trong quá trình lên men, độ pH có xu hướng giảm do tạo ra axit glutamic và các axit hữu cơ khác. Do đó, cần phải điều chỉnh độ pH thường xuyên bằng NH+4. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men là 26-37oC. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp có thể ức chế sự phát triển của vi sinh vật và làm giảm hiệu suất sản xuất.

5.2. Vai Trò Của Oxy Và Chất Kích Thích Sinh Trưởng Biotin

Lên men tổng hợp axit glutamic là quá trình hiếu khí bắt buộc. Do đó sự cung cấp oxi trong khi lên men là hết sức quan trọng. Nếu thiếu O2 thì sản phẩm chủ yếu là axit lactic, nếu thừa oxi thì sản phẩm chủ yếu là axit -α-xetoglutaric. Chất kích thích sinh trưởng như biotin đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp axit glutamic. Nồng độ biotin thích hợp nhất cho sinh tổng hợp axit glutamic 2-5g\l. Nguồn cung cấp biotin là cao ngô, rỉ đường mía. Trong quá trình lên men nếu dùng rỉ đường mía làm nguồn cung cấp đường và biotin thì thường xảy ra hiện tượng thừa biotin sẽ không có lợi, sinh tổng hợp axit glutamic ít, nếu sục khí kém sẽ tạo ra alanin và axit lactic. Vì vậy, người ta phải bổ sung thêm penicilin để kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn trong môi trường giàu biotin đồng thời tăng trưởng quá trình tổng hợp axit glutamic.

VI. Kết Luận Tương Lai Phát Triển Nhà Máy Axit Glutamic

Dự án xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic tại Quảng Nam có tính khả thi cao và tiềm năng phát triển lớn. Với nguồn nguyên liệu dồi dào, công nghệ sản xuất tiên tiến và thị trường tiêu thụ rộng lớn, nhà máy có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao và góp phần vào sự phát triển kinh tế xã hội của địa phương. Tuy nhiên, để đảm bảo thành công của dự án, cần phải có sự đầu tư bài bản, quản lý chặt chẽ và không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm.

6.1. Đề Xuất Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Quả Sản Xuất Axit Glutamic

Để nâng cao hiệu quả sản xuất axit glutamic, cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình lên men, kiểm soát chặt chẽ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men, sử dụng các chủng vi sinh vật có năng suất cao và áp dụng các công nghệ tiên tiến trong tách chiết và tinh chế sản phẩm. Ngoài ra, cần chú trọng đến việc quản lý chất thải và bảo vệ môi trường.

6.2. Hướng Phát Triển Bền Vững Cho Ngành Sản Xuất Axit Glutamic

Để phát triển bền vững ngành sản xuất axit glutamic, cần chú trọng đến việc sử dụng các nguồn nguyên liệu tái tạo, giảm thiểu lượng chất thải và khí thải, tiết kiệm năng lượng và nước, và đảm bảo an toàn lao động. Ngoài ra, cần tăng cường nghiên cứu và phát triển các sản phẩm mới có giá trị gia tăng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và dược phẩm, axit glutamic (axit $\alpha$-aminoglutaric) cùng muối mononatri của nó (bột ngọt/mì chính) đóng vai trò là chất điều vị và chất bổ sung dinh dưỡng quan trọng. Về mặt sinh lý, axit glutamic là một axit amin tham gia cấu tạo chất xám và chất trắng của não bộ, thúc đẩy các phản ứng oxy hóa ở tế bào thần kinh, hỗ trợ điều trị các bệnh suy nhược thần kinh, chậm phát triển trí não và bệnh tim mạch. Nhu cầu glutamat trung bình của cơ thể con người vào khoảng 10 gam/ngày (trong đó não bộ tiêu thụ khoảng 2,3 gam).

Tại Việt Nam, sắn là cây công nghiệp phổ biến ở cả ba miền, cho sản lượng tinh bột lớn với giá thành thấp. Nguồn nguyên liệu tinh bột sắn dồi dào là điều kiện thuận lợi để phát triển công nghiệp sản xuất axit amin. Tuy nhiên, phần lớn lượng axit glutamic phục vụ sản xuất thực phẩm và dược phẩm trong nước vẫn phải nhập khẩu do số lượng nhà máy sản xuất còn hạn chế, đặc biệt khu vực miền Trung chưa có cơ sở sản xuất quy mô công nghiệp.

• Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế kỹ thuật nhà máy sản xuất axit L-glutamic từ nguyên liệu tinh bột sắn đạt năng suất 4.570 tấn sản phẩm/năm, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ nội địa và định hướng xuất khẩu.
• Nhiệm vụ nghiên cứu:
  1. Lập luận kinh tế - kỹ thuật lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy tại tỉnh Quảng Nam.
  2. Tổng quan cơ sở lý thuyết về nguyên liệu tinh bột sắn, đặc tính sản phẩm và các phương pháp sản xuất axit glutamic.
  3. Lựa chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ lên men vi sinh trực tiếp.
  4. Tính toán cân bằng vật chất cho toàn bộ quy trình sản xuất.
  5. Tính toán kích thước hình học, lựa chọn chủng loại và số lượng thiết bị công nghệ.
  6. Thiết kế tổ chức nhân sự, mặt bằng xây dựng, tính toán phụ tải hơi - nước, kiểm tra chất lượng sản phẩm và các biện pháp an toàn lao động.
• Đối tượng nghiên cứu: Dây chuyền công nghệ lên men vi sinh và hệ thống thiết bị sản xuất axit glutamic tinh thể từ tinh bột sắn.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Không gian: Nhà máy đặt tại Khu công nghiệp thuộc tỉnh Quảng Nam, liên kết vùng nguyên liệu tinh bột sắn FOCOCEV và các tỉnh lân cận (Quảng Ngãi, Bình Định), tiêu thụ tại thị trường nội địa (như Công ty Dược Bình Định Bidiphar) và xuất khẩu (Lào, Campuchia, Đông Nam Á).
  • Thời gian vận hành: Nhà máy làm việc 341 ngày/năm, 3 ca/ngày, 8 giờ/ca (tổng cộng 1.023 ca/năm; thời gian dừng máy gồm 10 ngày bảo dưỡng định kỳ vào tháng 11, 10 ngày xử lý sự cố kỹ thuật và 4 ngày nghỉ Tết Nguyên đán).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ sở hóa sinh

Nghiên cứu dựa trên các cơ sở khoa học về hóa sinh, công nghệ sinh học và kỹ thuật lên men công nghiệp:

• Nguyên liệu tinh bột sắn: Cấu tạo từ hai polymer là amilopectin và amiloza theo tỷ lệ 4:1, nhiệt độ hồ hóa trong khoảng 60 ÷ 80°C. Thành phần hóa học trung bình gồm: tinh bột (83 ÷ 88%), nước (10,6 ÷ 14,4%), xenluloza (0,1 ÷ 0,3%), protit (0,1 ÷ 0,4%), chất khoáng (0,1 ÷ 0,6%) và chất hòa tan (0,1 ÷ 1,3%).
• Sản phẩm Axit L(+)-glutamic: Tinh thể không màu, nhiệt độ nóng chảy 247 ÷ 249°C (kèm phân hủy), nhiệt độ thăng hoa 200°C, độ quay cực riêng $[\alpha]_D^{22} = +31^\circ$, ít tan trong nước và cồn, không tan trong ete và axeton.
• Chủng vi sinh vật: Sử dụng vi khuẩn Corynebacterium glutamicum. Chủng có khả năng tổng hợp thừa axit L-glutamic ra ngoài tế bào khi tính thẩm thấu của màng tế bào bị thay đổi do thiếu hụt biotin (nồng độ tối ưu 2 ÷ 5 $\mu$g/l, trong khi nồng độ cho sinh trưởng là 14 $\mu$g/l) hoặc tác động của penicillin và chất hoạt động bề mặt (Tween 60, Tween 40).
• Phản ứng lên men tổng quát: $$C_6H_{12}O_6 + \frac{3}{2}O_2 + NH_3 \xrightarrow{C. glutamicum} C_5H_9NO_4 + CO_2 + 3H_2O$$

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập và so sánh 4 phương pháp sản xuất axit glutamic (tổng hợp hóa học, thủy phân protit, kết hợp, và lên men sinh tổng hợp).
• Phương pháp tính toán kỹ thuật quá trình và thiết bị:
  • Tính toán cân bằng vật chất tuần tự qua 17 công đoạn theo nguyên tắc dòng vào - dòng ra có tính hệ số hao hụt.
  • Tính toán thể tích công nghệ, kích thước hình học (đường kính, chiều cao phần trụ, chiều cao chỏm/đáy), diện tích truyền nhiệt và công suất dẫn động của từng thiết bị.
  • Lựa chọn thiết bị chuẩn hóa dựa trên catalog máy công nghiệp thực phẩm.
• Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn, hạ tầng giao thông và khu công nghiệp tỉnh Quảng Nam; các giáo trình công nghệ lên men, sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và thực phẩm.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Lập luận kinh tế - kỹ thuật

Chương này phân tích các điều kiện thực tế tại địa điểm xây dựng nhà máy ở tỉnh Quảng Nam:

• Điều kiện tự nhiên: Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình 25,4°C, độ ẩm trung bình 84%, lượng mưa hàng năm 2.580 mm tập trung vào các tháng 9, 10, 11.
• Nguyên liệu và hạ tầng kỹ thuật: Nhà máy tiếp nhận tinh bột sắn từ Nhà máy FOCOCEV (Quảng Nam) và nguồn phụ trợ từ Bình Định, Quảng Ngãi. Hệ thống điện nhận từ lưới quốc gia qua trạm biến áp 40 MVA (110/22 kV) tại khu công nghiệp; nguồn nước do nhà máy nước khu công nghiệp cấp với công suất 5.000 $\text{m}^3/\text{ngày đêm}$; lò hơi riêng sử dụng nhiên liệu dầu DO; vị trí nằm gần trục Quốc lộ 14B và cách cảng Tiên Sa 29 km.
• Thị trường và liên kết sản xuất: Cung ứng cho các đơn vị sản xuất dược phẩm (Bidiphar), nhà máy thức ăn chăn nuôi, tận dụng bã thải làm phân bón, hướng tới xuất khẩu sang thị trường Đông Nam Á.

Chương II: Tổng quan tài liệu

Chương II hệ thống hóa các đặc tính lý - hóa và sinh học của quy trình sản xuất:

• Trình bày cấu trúc hạt và thành phần tinh bột sắn, phân biệt giữa sắn đắng (chứa 200 ÷ 300 mg/kg HCN) và sắn ngọt.
• So sánh 4 phương pháp sản xuất: Phương pháp lên men trực tiếp được lựa chọn do ưu điểm sử dụng nguyên liệu rẻ, không đòi hỏi thiết bị chống ăn mòn cao cấp, hiệu suất cao và tạo ra đồng phân L-axit glutamic có hoạt tính sinh học.
• Đánh giá các thông số môi trường ảnh hưởng đến lên men Corynebacterium glutamicum: pH thích hợp từ 6,7 ÷ 8,0 (điều chỉnh bằng nguồn $\text{NH}_4^+$ như ure, $\text{NH}_3$); quá trình hiếu khí bắt buộc (sục khí kết hợp khuấy 150 vòng/phút); nhiệt độ lên men 26 ÷ 37°C (giai đoạn đầu 30 ÷ 32°C, giai đoạn cuối 36 ÷ 37°C); kiểm soát nồng độ biotin từ 2 ÷ 5 $\mu$g/l.

Chương III: Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ

Tác giả thiết lập quy trình sản xuất gồm các bước công nghệ chính:

1. Chuẩn bị dịch đường: Tinh bột sắn được pha loãng đến nồng độ 33 ÷ 40%, lọc sạch cặn bã; dịch hóa bằng enzyme Termamyl ($\alpha$-amylaza) ở 90 ÷ 95°C, pH 5,5 ÷ 7,0 trong 40 ÷ 45 phút; làm nguội về 60 ÷ 65°C; đường hóa bằng $\gamma$-amylaza ở pH 4,2 ÷ 4,5 trong 70 giờ để chuyển hóa hoàn toàn thành glucose.
2. Phối chế và thanh trùng: Bổ sung dinh dưỡng gồm dịch đường (13%), $\text{K}_2\text{HPO}_4$ (0,15%), $\text{MgSO}_4\cdot 7\text{H}_2\text{O}$ (0,075%), cao ngô (0,7%), điều chỉnh pH 6,7 ÷ 6,9; thanh trùng liên tục qua thiết bị bản mỏng ở 125°C trong 15 phút, làm nguội về 30 ÷ 32°C.
3. Nhân giống và lên men chính: Nhân giống 3 cấp (cấp 1 trong bình tam giác 1.000 ml lắc 24 giờ; cấp 2 trong nồi lên men 60 lít thời gian 9 giờ; cấp 3 tạo lượng giống chiếm 5% thể tích dịch lên men). Lên men chính tiến hành ở 32 ÷ 38°C trong 32 ÷ 38 giờ, sục khí liên tục, bổ sung ure giữ pH và bổ sung đường nồng độ 38 ÷ 45% theo nhu cầu tế bào.
4. Thu hồi và hoàn thiện sản phẩm: Tách sinh khối tế bào bằng máy lọc khung bản; cô đặc chân không dịch lên men từ nồng độ 17% lên 30%; tẩy màu bằng cột than hoạt tính; axit hóa bằng $\text{H}_2\text{SO}_4$ 98% về điểm đẳng điện pH = 3,22; làm lạnh ở 5°C để kết tinh trong 48 giờ; ly tâm tách tinh thể; ép lọc rửa; sấy rung tầng sôi đưa độ ẩm từ 3% xuống 0,4%; làm nguội, sàng phân loại hạt và đóng gói túi 0,5 kg và bao 10 kg.

Chương IV: Cân bằng vật chất

Dựa trên năng suất 4.570 tấn/năm (tương đương 13.400 kg sản phẩm/ngày), tác giả tính toán lượng vật liệu qua 17 công đoạn sản xuất theo tỷ lệ hao hụt giả định:

STT	Công đoạn sản xuất	Tổn thất (%)	Khối lượng (kg/ngày)	Khối lượng (kg/ca)	Khối lượng (kg/h)
1	Tinh bột nguyên liệu ban đầu	-	17.118,08	5.706,03	713,25
2	Pha loãng, lọc	0,5	86.875,43	28.958,48	3.619,81
3	Dịch hóa	2,0	88.648,39	29.549,46	3.693,68
4	Đường hóa	2,0	90.457,54	30.152,51	3.769,06
5	Pha chế dịch lên men	1,0	86.648,12	28.882,71	3.610,34
6	Thanh trùng và làm nguội	1,0	87.523,35	29.174,45	3.646,81
7	Lên men chính	2,0	43.668,57	14.556,19	1.819,52
8	Lọc tách sơ bộ sinh khối	2,0	44.559,76	14.853,25	1.856,66
9	Cô đặc chân không	1,0	44.783,67	14.927,89	1.865,99
10	Tẩy màu than hoạt tính	1,0	48.707,12	16.235,71	2.029,46
11	Lọc ép sau tẩy màu	0,5	48.220,05	16.073,35	2.009,16
12	Axit hóa và kết tinh	1,5	47.978,95	15.992,98	1.999,12
13	Ly tâm tách tinh thể	2,0	15.930,00	5.310,00	663,75
14	Lọc rửa tinh thể	1,5	15.102,42	5.034,14	629,26
15	Sấy rung tầng sôi	1,0	14.109,00	4.703,00	587,88
16	Phân loại sàng rung	0,5	13.603,37	4.534,45	566,80
17	Làm nguội và bao gói	1,0	13.535,35	4.511,78	563,97

Chương V: Tính và chọn thiết bị

Chương V trình bày chi tiết các công thức xác định thể tích, kích thước hình học và số lượng thiết bị công nghệ chính:

• Xylo chứa tinh bột: 1 xylo hình trụ đáy nón ($\alpha = 60^\circ$), đường kính $D = 3,3\text{ m}$, chiều cao tổng $H = 7,17\text{ m}$, thể tích $V = 45,45\text{ m}^3$.
• Thiết bị hòa tan: 1 thiết bị vỏ thép không gỉ, cánh khuấy, nắp đáy chỏm cầu, $D = 0,84\text{ m}$, $H = 1,512\text{ m}$, thể tích $V = 0,79\text{ m}^3$.
• Thiết bị dịch hóa: 1 nồi phản ứng hai vỏ PZG-2000, dung tích 2.000 lít, diện tích truyền nhiệt $5\text{ m}^2$, kích thước $\varnothing 1,2 \times 1,5\text{ m}$.
• Thiết bị đường hóa: 9 nồi phản ứng PZG-12000, dung tích 12.000 lít, diện tích truyền nhiệt $18\text{ m}^2$, kích thước $\varnothing 1,8 \times 3,5\text{ m}$.
• Thùng pha chế dịch lên men: 1 thùng hình trụ đứng nắp đáy chỏm cầu, $D = 1,45\text{ m}$, $H = 2,61\text{ m}$, thể tích $V = 4,38\text{ m}^3$.
• Thiết bị thanh trùng - làm nguội: 1 thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm BR4, diện tích trao đổi nhiệt $60\text{ m}^2$, gồm 143 tấm dày 0,3 mm.
• Hệ thống nhân giống: Cấp I dùng 2 bình tam giác thủy tinh 1.000 ml; Cấp II dùng 1 nồi lên men dung tích $0,72\text{ m}^3$ ($D = 0,79\text{ m}$, $H = 1,422\text{ m}$); Cấp III dùng 1 nồi lên men dung tích $7,28\text{ m}^3$.
• Thiết bị lên men chính: 4 thiết bị model FXG 60.0, dung tích danh định $50\text{ m}^3$, đường kính $3.100\text{ mm}$, chiều cao $8.550\text{ mm}$, 2 cánh khuấy, công suất động cơ $55\text{ kW}$.
• Thiết bị phân tách và hoàn thiện: 1 thiết bị lọc khung bản ($60\text{ bản}$, năng suất $9\text{ m}^3/\text{h}$); 1 nồi cô đặc chân không WZ-2000 (diện tích truyền nhiệt $15\text{ m}^2$, công suất $9,3\text{ kW}$); 1 cột tẩy màu than hoạt tính dung tích $1,6\text{ m}^3$; 6 thùng kết tinh 2 vỏ làm việc gián đoạn dung tích $30.000\text{ lít}$ ($D = 2.900\text{ mm}$, chiều cao tổng $7.250\text{ mm}$); 1 máy ly tâm DSD 250SL ($5.000\text{ vòng/phút}$, công suất $15\text{ kW}$); 1 thiết bị lọc băng tải belt filter DY1000-Q; 1 máy sấy rung tầng sôi (nhiệt độ khí vào $80^\circ\text{C}$, khí ra $40^\circ\text{C}$); 1 máy sàng rung ZS800; 1 máy đóng gói đứng TTM-1300KB.

Chương VI: Tính tổ chức và xây dựng

Thiết lập cơ cấu quản lý điều hành nhà máy, bố trí các phân xưởng sản xuất chính, kho nguyên liệu, kho thành phẩm, phân xưởng phụ trợ (lò hơi, trạm biến áp, khu xử lý nước thải) và phân bổ lao động theo 3 ca sản xuất.

Chương VII: Tính hơi – nước

Xác định nhu cầu phụ tải nhiệt cho các công đoạn gia nhiệt dịch hóa, đường hóa, thanh trùng dịch lên men, bốc hơi cô đặc chân không và lượng nước cấp làm mát, nước vệ sinh công nghiệp.

Chương VIII: Kiểm tra sản xuất và đánh giá chất lượng sản phẩm

Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng (KCS) tại 3 giai đoạn:

1. Nguyên liệu đầu vào: Kiểm tra độ ẩm, hàm lượng tinh bột, tạp chất và hàm lượng HCN trong tinh bột sắn.
2. Công đoạn sản xuất: Đo nồng độ đường khử sau dịch hóa/đường hóa, kiểm tra độ vô trùng của dịch sau thanh trùng, theo dõi pH, mật độ quang OD, mật độ tế bào vi khuẩn và hàm lượng đường sót trong quá trình lên men.
3. Thành phẩm: Kiểm định hàm lượng axit L-glutamic tinh thể, độ ẩm ($\le 0,4%$), độ trắng, hàm lượng tro và kim loại nặng.

Chương IX: An toàn lao động

Phân tích các yếu tố nguy cơ trong sản xuất (nhiệt độ cao, áp lực hơi nước, hóa chất $\text{H}_2\text{SO}_4$, bụi tinh bột) và đưa ra các giải pháp kỹ thuật an toàn, bảo hộ lao động, thông gió nhà xưởng và phòng cháy chữa cháy.

---

Thiết kế kỹ thuật và tính toán công nghệ

Dây chuyển công nghệ và danh mục thiết bị của nhà máy được thiết kế đồng bộ theo các thông số kỹ thuật đã tính toán:

STT	Tên thiết bị	Model / Quy cách	Số lượng	Thông số kỹ thuật cơ bản
1	Xylo chứa tinh bột	Thép CT3, đáy nón $60^\circ$	1	$D = 3,3\text{ m}$; $H = 7,17\text{ m}$; $V = 45,45\text{ m}^3$
2	Nồi hòa tan tinh bột	Thép không gỉ, có cánh khuấy	1	$D = 0,84\text{ m}$; $H = 1,512\text{ m}$; $V = 0,79\text{ m}^3$
3	Nồi dịch hóa	PZG-2000	1	$V = 2.000\text{ l}$; $F = 5\text{ m}^2$; $\varnothing 1,2 \times 1,5\text{ m}$
4	Nồi đường hóa	PZG-12000	9	$V = 12.000\text{ l}$; $F = 18\text{ m}^2$; $\varnothing 1,8 \times 3,5\text{ m}$
5	Thùng phối chế dịch lên men	Thép không gỉ, có cánh khuấy	1	$D = 1,45\text{ m}$; $H = 2,61\text{ m}$; $V = 4,38\text{ m}^3$
6	Thiết bị thanh trùng bản mỏng	BR4	1	$F = 60\text{ m}^2$; 143 tấm; lưu lượng cực đại $5\text{ m}^3/\text{h}$
7	Bình nhân giống cấp I	Bình tam giác thủy tinh	2	Dung tích $1.000\text{ ml}$
8	Thiết bị nhân giống cấp II	Thân trụ, nắp đáy chỏm cầu	1	$D = 0,79\text{ m}$; $H = 1,422\text{ m}$; $V = 0,72\text{ m}^3$
9	Thiết bị nhân giống cấp III	Thân trụ, nắp đáy chỏm cầu	1	$V = 7,28\text{ m}^3$
10	Thiết bị lên men chính	FXG 60.0	4	$V = 50\text{ m}^3$; $\varnothing 3.100 \times 8.550\text{ mm}$; $N = 55\text{ kW}$
11	Thiết bị lọc sơ bộ	Khung bản B9-B$\Phi$C	1	$F = 19,5\text{ m}^2$; 60 bản; năng suất $9\text{ m}^3/\text{h}$
12	Thiết bị cô đặc chân không	WZ-2000	1	$F = 15\text{ m}^2$; độ chân không $-0,06 \div -0,08\text{ MPa}$
13	Thiết bị tẩy màu	Cột than hoạt tính cố định	1	$V = 1,6\text{ m}^3$
14	Thùng kết tinh	Thiết bị nhiệt hai vỏ	6	$V = 30.000\text{ l}$; $D = 2.900\text{ mm}$; $H = 7.250\text{ mm}$
15	Máy ly tâm	DSD 250SL	1	$5.000\text{ vòng/phút}$; $N = 15\text{ kW}$; $Q = 2\text{ m}^3/\text{h}$
16	Thiết bị lọc băng tải	Belt filter DY1000-Q	1	Chiều rộng lưới $1.000\text{ mm}$; năng lực $4\text{ m}^3/\text{h}$
17	Máy sấy	Sấy rung tầng sôi	1	$F = 1,35\text{ m}^2$; nhiệt độ vào/ra: $80^\circ\text{C} / 40^\circ\text{C}$
18	Máy phân loại hạt	Máy sàng rung ZS800	1	Năng suất $1.000\text{ kg/h}$; 1.500 lần/phút
19	Máy đóng gói	Đứng TTM-1300KB	1	Định lượng túi $0,5\text{ kg}$ và bao $10\text{ kg}$

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Xác lập hoàn chỉnh luận chứng kinh tế - kỹ thuật cho việc xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic quy mô $4.570\text{ tấn/năm}$ tại tỉnh Quảng Nam.
• Thiết kế quy trình công nghệ 17 công đoạn khép kín từ khâu tiếp nhận tinh bột sắn, thủy phân hai bước bằng enzyme ($\alpha$-amylaza Termamyl và $\gamma$-amylaza), lên men hiếu khí bằng Corynebacterium glutamicum, đến quy trình kết tinh đẳng điện tại $\text{pH} = 3,22$ và hoàn thiện sản phẩm.
• Thiết lập bảng cân bằng vật chất chi tiết: Để thu được $13.400\text{ kg}$ axit glutamic thành phẩm/ngày cần xử lý $17.118,08\text{ kg}$ tinh bột sắn ban đầu.
• Tính toán đầy đủ thông số hình học, động lực học và chọn lựa 19 nhóm thiết bị công nghệ chính đáp ứng chu kỳ sản xuất liên tục 3 ca/ngày.

Đóng góp kỹ thuật

• Cung cấp mô hình tính toán thiết kế nhà máy sinh tổng hợp axit amin sử dụng nguyên liệu nông sản nội địa (tinh bột sắn), thay thế phương pháp thủy phân protit truyền thống hoặc nhập khẩu thành phẩm.
• Hoàn thiện tài liệu thuyết minh quy trình công nghệ và bảng tra cứu thông số thiết bị công nghiệp phục vụ chuyên ngành công nghệ thực phẩm và công nghệ sinh học.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Các thông số tổn thất công đoạn trong tính toán cân bằng vật chất được xây dựng trên cơ sở giả định lý thuyết kỹ thuật; chưa có dữ liệu thực nghiệm kiểm chứng sự biến động của hiệu suất lên men theo từng lô nguyên liệu tinh bột sắn thực tế.
• Hướng mở:
  • Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy và tỷ lệ bổ sung biotin/penicillin trên quy mô pilot để nâng cao hiệu suất chuyển hóa đường thành axit glutamic.
  • Thiết kế hệ thống tận dụng phụ phẩm: thu hồi dịch nước cái sau ly tâm để tái kết tinh, xử lý bã sinh khối vi khuẩn làm nguồn protein cho thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón hữu cơ sinh học.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng sử dụng: Đồ án là tài liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học, Kỹ thuật Hóa học khi thực hiện đồ án tốt nghiệp thiết kế nhà máy hoặc nghiên cứu công nghệ lên men axit amin.
• Nội dung giá trị: Phương pháp luận tính toán cân bằng vật chất nhiều công đoạn; công thức tính toán thể tích và kích thước thiết bị lên men thể tích lớn ($50\text{ m}^3$), thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng và tank kết tinh hai vỏ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao tác giả lựa chọn phương pháp lên men trực tiếp 1 giai đoạn thay vì các phương pháp khác?
Phương pháp lên men trực tiếp sử dụng một chủng vi sinh vật (Corynebacterium glutamicum) để chuyển hóa trực tiếp nguồn đường từ tinh bột sắn thành axit L-glutamic trong môi trường nuôi cấy. Phương pháp này có giá thành nguyên liệu rẻ, không đòi hỏi thiết bị chịu ăn mòn axit cao như phương pháp thủy phân protit, không phức tạp như phương pháp kết hợp và cho sản phẩm dạng đồng phân L có hoạt tính sinh học cao.

2. Vai trò của biotin và penicillin trong quá trình lên men Corynebacterium glutamicum là gì?
Biotin quyết định tính thấm của màng tế bào vi khuẩn. Để vi khuẩn tiết nhiều axit glutamic ra môi trường mà không bị ức chế ngược, nồng độ biotin được kiểm soát ở mức thấp ($2 \div 5\ \mu\text{g/l}$). Khi môi trường giàu biotin (như sử dụng rỉ đường), penicillin được bổ sung vào giữa hoặc cuối pha sinh trưởng nhằm gây biến đổi cấu trúc màng tế bào, tạo điều kiện cho axit glutamic khuếch tán ra ngoài.

3. Quá trình dịch hóa và đường hóa tinh bột sắn được thực hiện ở những điều kiện nào?
Quá trình dịch hóa sử dụng enzyme Termamyl ($\alpha$-amylaza) ở nhiệt độ $90 \div 95^\circ\text{C}$, $\text{pH} = 5,5 \div 7,0$ trong thời gian $40 \div 45\text{ phút}$. Quá trình đường hóa tiếp theo sử dụng enzyme $\gamma$-amylaza ở nhiệt độ $60 \div 65^\circ\text{C}$, $\text{pH} = 4,2 \div 4,5$ với thời gian phản ứng $70\text{ giờ}$.

4. Điểm đẳng điện để kết tinh axit glutamic được thiết lập ở thông số pH và nhiệt độ bao nhiêu?
Dịch axit glutamic sau cô đặc (nồng độ 30%) được đưa vào thùng kết tinh có cánh khuấy hoạt động liên tục, bổ sung $\text{H}_2\text{SO}_4$ 98% để hạ pH về điểm đẳng điện $\text{pH} = 3,22$, sau đó cấp nước lạnh $5^\circ\text{C}$ vào vỏ áo để làm lạnh và duy trì kết tinh trong thời gian ít nhất $48\text{ giờ}$.

5. Lượng tinh bột sắn cần sử dụng mỗi ngày để nhà máy đạt công suất thiết kế là bao nhiêu?
Để đạt năng suất $4.570\text{ tấn sản phẩm/năm}$ (tương đương $13.400\text{ kg/ngày}$), theo tính toán cân bằng vật chất có xét đến tỷ lệ hao hụt qua 17 công đoạn, lượng tinh bột sắn nguyên liệu ban đầu cần cung cấp cho nhà máy là $17.118,08\text{ kg/ngày}$ ($5.706,03\text{ kg/ca}$).

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic" do sinh viên thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Trương Thị Minh Hạnh đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật cho một cơ sở sản xuất công nghiệp công suất 4.570 tấn/năm đặt tại Quảng Nam. Nghiên cứu đã xây dựng quy trình công nghệ hợp lý dựa trên phương pháp lên men vi sinh trực tiếp từ tinh bột sắn, tính toán cân bằng vật chất chặt chẽ và lựa chọn đồng bộ hệ thống thiết bị từ khâu chuẩn bị dịch đường đến hoàn thiện sản phẩm. Kết quả của đồ án thể hiện tính khả thi về mặt kỹ thuật, góp phần khai thác hiệu quả nguồn nông sản địa phương phục vụ nhu cầu công nghiệp chế biến thực phẩm và dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đồ án tốt nghiệp 5 GVHD: PGS. Trương Thị Minh Hạnh 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.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).

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. 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. 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.

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đồ án tốt nghiệp 6 GVHD: PGS. Trương Thị Minh Hạnh 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. 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.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.

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. 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. Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đồ án tốt nghiệp 7 GVHD: PGS. Trương Thị Minh Hạnh Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đồ án tốt nghiệp 8 GVHD: PGS.

Trương Thị Minh Hạnh CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 2.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% Hình 2.1 Tinh bột sắn [17] 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. Mì chính và axit glutamic 2.1 Tính chất vật lý [6] Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đồ án tốt nghiệp 9 GVHD: PGS. Trương Thị Minh Hạnh 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 Cấu trúc phân tử axit glutamic[18] 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 Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đồ án tốt nghiệp 10 GVHD: PGS.

Trương Thị Minh Hạnh phản ứng với amoniac cho aminoaxit mới là glutamin. Trong y học, axit glutamic được dùng như thuốc chữa bệnh yếu cơ và choáng. 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] Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Đồ án tốt nghiệp 11 GVHD: PGS. Trương Thị Minh Hạnh 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.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 nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic Hình 2.3 Corynebacterium Glutamicum Đồ án tốt nghiệp 12 GVHD: PGS.