Thiết kế phân xưởng tinh chế axit glutamic năng suất 1800 tấn năm

ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm Mục lục Mục lục .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN .3 1.1 Các mốc lịch sử quan trọng .3 1.2 Giới thiệu chung axit glutamic 1.2.1 Tính chất hóa- lí 1.2.2 Vai trò axit glutamic .5 1.3 Tình hình sản xuất axit glutamic Việt Nam giới 1.4 Chủng vi sinh vật sử dụng tổng hợp axit glutamic 1.5 Các trình biến đổi vi sinh vật tổng hợp axit glutamic .7 1.6 Các phương pháp tinh chế axit glutamic CHƯƠNG CHỌN VÀ THUYẾTT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 10 2.1 Các phương pháp sản xuất axit glutamic .10 2.1.1 Phương pháp hóa học: .10 2.1.2 Phương pháp thủy phân: 10 2.1.3 Phương pháp kết hợp: 10 2.1.4 Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) .10 2.2 Chọn thuyết minh dây chuyền công nghệ 11 2.2.1 Sơ đồ tinh chế axit glutamic 12 2.2.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ .12 2.2.2.1 Ép lọc .12 2.2.2.2 Pha loãng 13 2.2.2.3 Trao đổi ion 13 2.2.2.4 Cô đặc .14 2.2.2.5 Tẩy màu .15 2.2.2.6 Kết tinh 15 2.2.2.7 Ly tâm 16 2.2.2.8 Lọc Belt filter 16 2.2.2.9 Sấy 16 2.2.2.10 Bao gói 17 GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm 2.2.2.11 Bảo quản 17 CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU 18 3.1 Số liệu ban đầu .18 3.2 Tính cân vật chất 18 3.2.1 Phân loại .18 3.2.2 Sấy 19 3.2.3 Li tâm 19 3.2.4 Kết tinh .19 3.2.5 Tẩy màu 20 3.2.6 Cô đặc 20 3.2.7 Trao đổi ion 20 3.2.8 Lọc 21 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 23 4.1 Lọc dịch sau lên men 23 4.2 Thùng pha loãng 24 4.3 Thiết bị trao đổi ion 24 4.4 Thiết bị cô đặc .25 4.5 Thiết bị tẩy màu .26 4.6 Thiết bị kết tinh 27 4.7 Thiết bị li tâm 29 4.8 Thiết bị belt filter 30 4.9 Thiết bị sấy 31 4.10 Thiết bị đóng gói 32 Tài liệu tham khảo .35 GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Các mốc lịch sử quan trọng Lịch sử mì có 100 năm Vào năm 1860 nhà khoa học Ritthaussen Hamburg (Đức) xác định thành phần protein động vật, đặc biệt thành phần axit amin, có axit amin với tên gọi axit glutamic muối natri gọi glutamat natri, Ritthaussen Woff, nhà hóa học túy, xác định khác axit amin trọng lượng phân tử cấu trúc số lý hóa tính chúng Để axit glutamic trở thành sản phẩm cơng nghiệp cơng đầu thuộc Kikunae Ikeda Năm 1908, giáo sư Ikeda trường đại học Tokyo Nhật Bản phân tích thành phần rong biển, phát rong biển có hàm lượng lớn natri glutamat (một dạng muối axit glutamic) natri glutamat tạo nên vị ngon cho thực phẩm Từ đó, người Nhật bắt đầu thực chiết xuất natri glutamat có độ khiết cao để làm gia vị thực phẩm Vào năm 1987, JECFA (Hội đồng chuyên gia phụ gia thực phẩm tổ chức Lương nông Liên hiệp quốc (FAO) tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ) tổ chức hội nghị quốc tế với diện 230 nhà khoa học, chuyên độc học, hoá học, sinh học thức xác định tính an tồn bột thấy khơng cần phải quy định liều dùng bột hàng ngày khơng gây hại cho sức khoẻ người Ngày nay, axit glutamic chế phẩm quan trọng natri glutamat có mặt khắp nơi giới bữa ăn gia đình 1.2 Giới thiệu chung axit glutamic 1.2.1 Tính chất hóa- lí Axit glutamic hay gọi axit α - aminoglutaric, axit – aminopentandioic Cơng thức hóa học nó: GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm Thuộc loại axit amin có chứa nhóm amin hai nhóm cacboxyl Điều chế cách tổng hợp lên men gluxit Nó có đồng phân: dạng L dạng D Axit L (+) - glutamic (thường gọi axit glutamic) tinh thể không màu, tnc = 247 - 249 oC (phân huỷ), thăng hoa 200 oC Ít tan nước, etanol; không tan ete, axeton Axit L (+) - glutamic có vị thịt, cịn axit D (–) - glutamic khơng có vị Dạng muối quan trọng natri glutamat, cơng thức hóa học: dễ tan nước, thường gọi mì (bột ngọt) dùng làm gia vị.[] 1.2.2 Vai trò axit glutamic Axit glutamic cần cho sống, loại amino axit thuộc loại không thay nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy loại amino axit đóng vai trị quan trọng trình trao đổi chất người động vật, việc cấu thành protit, xây dựng cấu tử tế bào GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm Một số chức axit glutamic: -Tổng hợp nên axit amin : alanin, lysin, cystein [trang 5,1] -Tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp thể tiêu hóa nhóm amin tách NH3 khỏi thể Nó chiếm lượng lớn thành phần amino axit cấu tạo nên protit phần xám não, đóng vai trị quan trọng biến đổi sinh học hệ thần kinh trung ương Vì y học sử dụng axit glutamic trường hợp suy nhược thần kinh nặng, mệt mỏi, trí nhớ hay thể bị đầu độc NH3.[trang 5,1] -Axit L-glutamic (L-AG) dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp số hoá chất quan trọng : Nacetylglutamat chất hoạt động bề mặt, vi sinh vật phân giải được, ăn da, dùng rộng rãi công nghiệp mỹ phẩm, xà phòng dầu gội đầu Axit oxopyrolidicarboxylic, dẫn xuất khác L- AG dùng làm chất giữ ẩm mỹ phẩm Acetylglutamat dùng xử lý ô nhiễm nước biển dầu hoả dầu thực vật gây nên[trang 5,1] -Một hợp chất quan trọng natri glutamat đóng vai trị chất điều vị (E621) quan trọng thực phẩm xác định khơng gây độc cho mục đích sử dụng thơng thường.[trang 7,1] 1.3 Tình hình sản xuất axit glutamic Việt Nam giới Từ sử dụng chất điều vị, sản lượng axit glutamic sản xuất hàng năm giới không ngừng tăng cao, tiêu biểu : Ở Nhật :1961 : 15000 tấn/năm 1989 : 106000 tấn/năm Thế giới :1965 : 109000 tấn/năm 1989 : 613330 tấn/năm Ở Việt Nam chưa có nhà máy sản xuất axit glutamic mà có cơng ty nước ngồi A-One, Miwon, Vedan, Ajinomoto đầu tư vào sản xuất mì chất điều vị dùng thực phẩm GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm 1.4 Chủng vi sinh vật sử dụng tổng hợp axit glutamic Các chủng vi sinh vật sản xuất axit glutamic phải đảm bảo khả tổng hợp thừa điều kiện cơng nghệ khống chế Năm 1956 Shukuo Kinoshita sử dụng chủng Micrococcus glutamicus sản xuất glutamat từ mơi trường có chứa glucoza amoniac Sau số lồi vi sinh vật khác sử dụng Brevi bacterium Microbacterium [trang 14,1] Ở Việt Nam sử dụng chủng Corynebacterium 2969 phổ biến Hình 1: Chủng Corynebacterium Đặc điểm chung chủng vi sinh vật sử dụng sản xuất axit glutamic: -Thiếu enzym α-xetoglutarat-dehydrogenase -Tính thấm màng tế bào bị thay đổi thiếu biotin, tác dụng penicilin hay dẫn xuất chất béo 1.5 Các trình biến đổi vi sinh vật tổng hợp axit glutamic Vi sinh vật sinh tổng hợp axit glutamic phải chuyển hóa đường theo sơ đồ Embden-MeyerHof chu trình Krebs GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm Vi khuẩn phân giải Glucoza theo đường EMP tạo axit pyruvic, axit pyruvic oxi hóa tạo acetyl-CoA tiếp tục oxi hóa tạo axit citric vào chu trình Krebs Axit α-ketoglutaric sản phẩm trung gian q trình chuyển hóa theo chu trình Krebs.Với vi sinh vật tổng hợp axit glutamic hệ gen có gen mã hóa cho enzym izoxitrat-dehydrogenase L-glutamatdehydrogenase Q trình chuyển hóa mơ tả theo sơ đồ sau: 1.6 Các phương pháp tinh chế axit glutamic Hiện có nhiều phương pháp kết tinh axit glutamic từ dung dịch nuôi cấy: 1)Phương pháp điểm đẳng điện 2)Phương pháp hydrochloric glutamic 3)Phương pháp dùng dung môi hữu 4)Phương pháp trao đổi ion GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm 5)Phương pháp huyển axit glutamic thành muối kim loại 6)Phương pháp điện thẩm tích Trong phương pháp hai phương pháp ứng dụng sản xuất phương pháp GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm CHƯƠNG CHỌN VÀ THUYẾTT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 2.1 Các phương pháp sản xuất axit glutamic [trang 13->15, 1] Có nhiều phương pháp để sản xuất axit glutamic bao gồm: phương pháp hóa học, phương pháp thủy phân, phương pháp kết hợp, phương pháp lên men 2.1.1 Phương pháp hóa học: Là phương pháp ứng dụng phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên axit glutamic amino axit khác từ khí thải công nghiệp dầu hỏa hay nguồn khác Phương pháp hóa thực nước có cơng nghiệp dầu hỏa phát triển u cầu kỹ thuật cao 2.1.2 Phương pháp thủy phân: Là phương pháp sử dụng tác nhân xúc tác hóa chất (axit, kiềm) để thủy phân nguồn nguyên liệu giàu protit ( khô dầu, khô lạc,…) hỗn hợp amino axit, từ tách axit glutamic Ưu điểm áp dụng vào sở thủ công, bán giới giới dễ dàng Nhược điểm cần sử dụng nguyên liệu giàu protit đắt, cần nhiều hóa chất thiết bị chống ăn mòn, hiệu suất thấp, giá thành cao, gây ô nhiễm môi trường 2.1.3 Phương pháp kết hợp: Là phương pháp kết hợp tổng hợp hóa học sinh học Người ta tạo phản ứng tổng hợp chất trung gian Sau đó, lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo axit amin Phương pháp nhanh yều cầu kỹ thuật cao, áp dụng cho nghiên cứu áp dụng vào cơng nghệ sản xuất 2.1.4 Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) Đây phương pháp sử dụng rộng rãi để sản xuất axit glutamic Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả tổng hợp axit glutamic để sản xuất GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH ĐACN2: Thiết kế phân xưởng tinh chế axit Glutamic suất 1800 tấn/ năm Ưu điểm: + Nguyên liệu rẻ so với hai phương pháp + Ít sử dụng hố chất, thiết bị chống ăn mịn + Hiệu suất q trình cao + Có thể sử dụng loại nguyên liệu khác nhờ vào chủng vi sinh vật Nhược điểm: + Q trình địi hỏi u cầu kĩ thuật cao nghiêm ngặt + Đảm bảo vô trùng tạo sản phẩm Sản xuất axit glutamic phương pháp lên men người ta sử dụng phương pháp lên men giai đoạn (gián đoạn) lên men giai đoạn (trực tiếp) 2.2 Chọn thuyết minh dây chuyền công nghệ Trong phương pháp sản xuất có phương pháp lên men phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam vì: -Nguồn nguyên liệu để sản xuất axit glutamic nước ta có sẵn rẻ tiền như: tinh bột sắn, rĩ đường -Hiệu xuất trình tương đối cao đồng thời khơng có lẫn axit D-glutamic - hợp chất có ảnh hưởng khơng tốt đến sức khỏe người Trong phương pháp lên men có phương pháp lên men giai đoạn (trực tiếp) lên men hai giai đoạn (gián tiếp) Nhược phương pháp gián tiếp dùng nhiều enzym nhiều axit amin làm nguồn amin cho phản ứng chuyển amin nên đòi hỏi điều kiện kỹ thuật cao Do vậy, dùng sản xuất công nghiệp Với phương pháp lên men trực tiếp – sản xuất axit glutamic dịch cấy vi sinh vật Các vi sinh vật có hệ enzym đặc biệt chuyển hóa trực tiếp đường amoniac thành axit glutamic môi trường lên men Đây phương pháp có nhiều ưu điểm nên sử dụng nhiều công nghiệp Nguyên liệu đầu vào tinh bột sắn rĩ đường, chọn phương pháp tạo điểm đẳng điện để thu hồi axit glutamic GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 10 SVTH: Trần Thị Bích Hồg lớp 06SH