thiết bị vắt, trích ly, tinh chế các sản phẩm thu nhận từ phương pháp tổng hợp vi sinh

Nguyên tắc hoạt động: Các ống khuếch tán được kết hợp một cách liên tục, dịch được trích ly từ phần trên của ống khuếch tán trước đó cho vào phần dưới của ống tiếp theo.. Thiết bị gồm

THIẾT BỊ VẮT, TRÍCH LY, TINH CHẾ CÁC SẢN PHẨM THU NHẬN TỪ

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VI SINH

I.Mở đầu:

Nhiệm vụ của công nghệ vi sinh là dùng vi sinh vật để sản xuất ra ba loại sản

phẩm như sau:

- Các tế bào vi sinh ở trạng thái sống (vi khuẩn Lactobacillus, vi khuẩn cố định đạm Rhizobium, Azotobacter, vi khuẩn điều trị tiêu chảy Bacillis subtilis, vi khuẩn trừ sâu Bacillis thuringiensis, nấm trừ sâu Bauveria bassiana, Metarrhizium

anisopliac, vi khuẩn làm phân vi sinh như B.megatherium, B.mycoides, nấm men

làm bột nở bánh mì Saccharomyces cerevisiae ) hoặc trạng thái chết để làm nguồn protein (Candida utilis, các loại vi tảo )

- Các sản phẩm trao đổi chất sơ cấp axit amin, vitamin, rượu, axit hữu cơ và thứ cấp (kháng sinh)

- Các loại enzim dùng trong các quá trình thuỷ phân, tổng hợp và chuyển hoá

Để làm được việc đó cần phải giải quyết hai vấn đề sau:

 Kỹ thuật lên men: nghiên cứu điều kiện tối ưu trong quá trình lên men như thiết bị , công nghệ nhằm đạt được hiệu suất cao cho các sản phẩm mong muốn

 Kỹ thuật thu hồi sản phẩm sau lên men và chế biến thành các dạng thương phẩm, nghiên cứu các điều kiện trích ly, tinh chế nhằm thu được các chất có hoạt tính sinh học dạng tinh khiết Nhiều kỹ thuật trong công nghiệp hoá học như: lọc, kết tủa, ly tâm, kết tinh , hấp phụ, chưng cất, sấy đều được sử dụng ở đây

Dựa vào các tính chất của các cấu tử và những đòi hỏi của sản phẩm mà lựa chọn phương pháp gia công cho thích hợp

II.Thiết bị :

 Thiết bị ép

 Thiết bị trích ly

 Thiết bị lọc

 Thiết bị tuyển nổi

1 Thiết bị ép:

a, Mục đích của thiết bị ép:

Dùng để tách hoàn toàn phần chiết ra khỏi bã

b, Phân loại:

Máy ép được ứng dụng để vắt được chia ra làm hai nhóm:

 Máy ép cơ học tác động tuần hoàn, tác động thủ công, loại truyền động cơ học

và sức ép bằng thuỷ lực, loại khí động học

 Máy ép có tác động liên tục - vít tải, lệch tâm, băng tải, ly tâm và trục quay Nhược điểm của các máy ép tác động tuần hoàn là năng suất không cao, kích thước lớn nên ít được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm Máy ép tác động liên tục có tiến bộ và hoàn hảo hơn nên được ứng dụng nhiều hơn

Máy ép hai vít:

Cấu tạo:

1- Điều chỉnh

bằng thuỷ lực

2- Giá đỡ

3- Côn điều chỉnh

4- Nắp

5- Xilanh

6,8- Vít

7- Trục

9- Phễu chứa

10-Vỏ thiết bị

11- Bộ truyền động 12- Động cơ 13- Bệ máy 14, 15, 17, 20 - Các đoạn ống 16- Bộ phận thu góp 18- Đai 19- Tang quay

Máy ép gồm có hai vít 6,8 quay ngược chiều nhau và được đặt trong xilanh5.Vít ép được gắn chặt trên trục Hai vít vừa có nhiệm vụ vận chuyển trong xilanh vừa làm nhiêm vụ ép

Nguyên tắc hoạt động:

Bã nhờ vít tải đưa vào phễu 9 rồi nhờ vít ép chuyển bã vào khoang áp suất Bã lần lượt được chuyển đời dọc theo trục vít và được ép từ vít ép 8 đến vít ép 6 Bã sau khi ép được thải ra qua khe hở giữa côn 3 và xilanh 5, còn chất lọc qua các lỗ trong xilanh rồi theo các đoạn ống 14, 15, 17, 20 vào thùng chứa

Ưu, nhược điểm:

+ Ưu điểm:

oCho phép cơ khí hóa và tự động hóa quá trình

oNăng suất cao

+ Nhược điểm:

oKhông thể tách hoàn toàn phần chiết ra khỏi bã, luôn luôn ở trong bã còn lại một lượng chất chiết

o Tốn năng lượng và chế tạo khó khăn

Phạm vi ứng dụng:

Khi sản xuất enzym ở dạng công nghiệp, sử dụng thiết bị này để vắt bã củ cải, bã dầu sinh học, mầm malt…

2 Máy trích ly:

a, Mục đích sử dụng:

Tách enzim ra khỏi canh trường nấm mốc được nuôi cấy bằng phương pháp bề mặt, để tách monosaccarit từ pha rắn sau khi thuỷ phân polysaccarit, để tách lipit

từ sinh khối nấm men

b Phân loại:

 Bộ trích ly tác động tuần hoàn

 Bộ trích ly tác động liên tục

Bộ khuếch tán:

Cấu tạo:

1- Ống khuếch tán; 2- Dòng chảy của nước chiết; 3- Vít để tải canh trường của nấm mốc; 4- Ống cung cấp nước để khuếch tán; 5- Ống thu nhận nước chiết; 6-Khớp tháo; 7- Thùng chứa nước chiết; 8- Vít tải; 9- Dẫn động vít tải; 10- Dòng thải

Bộ khuếch tán gồm từ 8 đến 10 ống khuếch tán được lắp trên một mặt phẳng chung Tất cả các ống của bộ khuếch tán được thống nhất hoá, có hình dạng xilanh đứng với các cửa đóng kín lật được và có ống đáy hình nón

Phần dưới nón của ống khuếch tán có ống nối để nạp nước vào khuếch tán, nạp hơi để tiệt trùng thiết bị, để tháo nước rửa và bã sinh học Phần trên của xilanh của ống khuếch tán có khớp nối để lấy nước chiết Các khớp nối ở dưới đều có van ba cửa để tháo phần chiết được vào ống khuếch tán tiếp theo hoặc vào ống dẫn để xả Các van được phân bổ sao cho bất kỳ ống khuếch tán nào cũng có thể ngừng hoạt động mà không ngừng hoạt động của bộ khuếch tán

Van không khí trên nắp dùng để lấy mẫu khi chuyển nước chiết từ ống khuếch tán này sang ống khuếch tán khác Ở phần trên của ống khuếch tán cách khớp rót

150 ÷ 200 mm phân bổ lớp kép có gân tăng cứng; lưới dưới có mắt lưới từ 10 ÷15

mm, lưới trên- 0,25 ÷ 0,5 mm Sau khi nạp canh trường vào ống khuếch tán đặt chặt các lưới theo chu vi của phần xilanh

Nguyên tắc hoạt động:

Các ống khuếch tán được kết hợp một cách liên tục, dịch được trích ly từ phần trên của ống khuếch tán trước đó cho vào phần dưới của ống tiếp theo Nước chiết được tách ra từ đầu ống khuếch tán đã chứa canh trường mới, sau đó nạp nước có nhiệt độ 20 ÷ 220C vào ống khuếch tán cuối cùng để lấy dịch chiết Đồng thời dòng nước chảy sang ống khuếch tán tiếp theo, còn ống khuếch tán được nạp canh trường mới và trở thành ống đầu của bộ khuếch tán

Thời gian của quá trình trong mỗi ống khuếch tán 30 ÷ 45 phút, thời gian chung của quá trình 4 ÷ 6 h

Ưu, nhược điểm:

+ Ưu điểm:

không khác nồng độ của chúng trong canh trường ban đầu, vì trích ly nhiều lần sẽ tách hoàn toàn các chất hoà tan

+ Nhược điểm:

Trong nước chiết không những có enzim mà còn có chứa các chất hoà tan khác, chủ yếu là đường, muối, axit amin và các chất không hoạt hoá khác

Phạm vi ứng dụng:

Được dùng để chiết enzim từ canh trường nấm mốc

Thiết bị khuếch tán tác dụng liên tục

Cấu tạo:

1- Phễu chứa canh trường nấm mốc; 2- Bộ định lượng; 3- Thiết bị khuếch tán; 4-Sàng; 5- Bơm đẩy nước chiết để làm lắng và thấm ướt canh trường; 6- Bể lắng nước chiết; 7- Bộ lọc; 8- Bơm đẩy nước bã ép đến khuếch tán; 9- Bể lắng nước bã ép; 10-Thùng két để đun nóng nước; 11- Bơm đẩy nước để khuếch tán; 12- Bơm dung dịch formalin; 14- Bộ định lượng dung dịch formalin; 15- Bộ dẫn động ống khuếch tán; 15- Máy ép trục vít

Thiết bị gồm phễu nhận 1, được lắp trên giàn; bộ định lượng kiểu quay 2, được nối với phễu bằng ống mềm; ống khuếch tán dạng cột 3, có cơ cấu dẫn động; thùng két để đun nóng nước 10 cho vào khuếch tán; Cơ cấu để định lượng formalin 14; Thùng két tạo áp suất không đổi; thùng chứa để lắng nước chiết 6; trạm điều khiển trung tâm

Thiết bị khuếch tán là hệ dung lượng đựơc cấu tạo bằng thép dạng đứng, được nối liên tục với nhau bằng bằng các ống chuyển tiếp Trong đó có gắn các khung hình chữ nhật loại 250 × 350 mm với các lưới caprông có chiều dày 10 mm

Nguyên tắc hoạt động:

Dưới tác động của xung lượng rung từ máy rung điện từ, canh trường phân nhỏ được nạp đều qua bộ định lượng vào cột đầu và liên tục chứa đầy tất cả không gian giữa hai sàng kề liền Khi nạp liệu vào cột đầu canh trường nấm mốc được làm ướt bằng phần chiết enzim quay về vào thiết bị khuếch tán Bơm nước nóng 25 ÷ 270C qua sàng 4 vào phần trên của cột cuối cùng và khi gặp canh trường nấm mốc sẽ bão hoà dần enzim Canh trường nấm mốc chuyển động liên tục khắp các cột giữa các khung của sàng, còn nước chiết dưới tác động của cột áp suất tĩnh xuất hiện do

độ chênh lệch chiều cao của nước đưa vào và sự thoát phần chiết ra, chảy qua sàng Thu phần chiết chứa enzim trong khoảng thời gian 100 phút sau khi bắt đầu nạp liệu Phần chiết được lọc qua bộ lọc 7 nằm ở dưới phần cột đầu, và sau đó cho vào bể lắng Một phần nước chiết đã được tinh chế cho vào các giai đoạn sản xuất tiếp theo, phần còn lại quay lại sàng vào phần trên của cột đầu để một lần nữa thấm ướt canh trường.Tiến hành tái sinh các sàng bằng phương pháp rửa tuần hoàn

ở phần trên của cột cuối cùng Nước rửa lại cho vào bộ khuếch tán, còn bã dầu sinh học nằm giữa các khung được tháo ra và đem ép để vắt

Thiết bị trích ly kiểu vít tải:

Cấu tạo:

1- Dẫn động

2-Khớp nối

3-Cấu trúc kim loại

4- Cơ cấu nạp liệu

5- Vít nạp liệu

6-Vỏ

7- Điểm nút tựa ổ bi

8- Khớp nối

9- Dẫn động vít tải

10- Khung đỡ;

1- Nắp

12- Vít trung gian

13- Vít nâng

14- Cơ cấu tháo liệu

15- Nắp

16- Gối tựa vít

đứng

17- Ngõng trục

Máy trích ly gồm 3 cột- nạp liệu, dỡ liệu

kiểu nâng và cột nằm ngang Bên trong mỗi cột có vít đột lỗ, bộ truyền động điều chỉnh số vòng quay trong giới hạn 0,25 đến 2 vòng/ph nhằm để chọn chế độ trích

ly tối ưu Các cột nạp và tháo liệu gồm những đoạn ống nối nhau có đường kính

trong 600 mm Chiều dài của khoan trích ly 10.000 mm khi tổng chiều dài của cột

12000 mm

Nguyên tắc hoạt động:

Bộ nạp liệu kiểu vít tải chuyển pha rắn của canh trường nấm mốc vào phần trên của cột nạp liệu, vào cơ cấu nạp liệu 4 Vít đột lỗ chuyển tiếp xuống phía dưới và qua phần nằm ngang của cột để vào cột nâng Canh trường nấm mốc từ cột nạp liệu qua cột chuyển nằm ngang vào cột nâng và sau khi vắt thì thải ra ngoài qua cơ cấu tháo liệu 14 Nước dâng lên trong cột nạp liệu được bảo hoà liên tục và sau khi qua bộ lọc ở phần trên của cột nâng thì đưa ra ngoài

Phạm vi ứng dụng:

Để trích ly enzim, axit amin và các chất khác từ vật liệu rắn trong điều kiện sản xuất lớn

Máy trích ly hai vít nằm ngang tác động liên tục:

Cấu tạo:

Thiết bị trích ly tác dụng liên tục của Hãng Nirô Atomaizer

1- Máng nghiền; 2- Bơm định lượng; 3- Bộ trao đổi nhiệt; 4- Vít tải; 5- Bộ định lượng; 6- Dẫn động; 7- Bơm; 8- Bộ trao nhiệt; 9- Ao trao đổi nhiệt

 Nguyên tắc hoạt động:

Sản phẩm qua bộ định lượng 5 rồi vào phần dưới của máng, sau đó chuyển dời dọc theo vít tải 4 lên đầu trên của máng Từ đầu kia của thiết bị, dung môi được bơm định lượng đẩy qua bộ trao đổi nhiệt vào đầu trên của máng Sau khi trích ly, phần chiết qua bộ tự lọc tinh ở phần cuối của máng và được tải ra ngoài Còn phần

rắn thì đi xuống máng nghiêng tiếp theo và tiếp tục thực hiên lại quá trình như ở trên

Ưu, nhược điểm:

+ Ưu điểm:

Hiệu suất chiết cao

+ Nhược điểm:

Tạo ra các vùng, các rãnh ứ đọng làm cho dung môi tác động không đều

 Phạm vi ứng dụng:

Để trích ly enzim, axit amin và các chất khác từ vật liệu rắn trong điều kiện sản xuất lớn

Máy trích ly hoạt động liên tục dạng rôto:

Cấu tạo:

1- Bộ nạp liệu

2- Khoang hình quạt

3- Máy sấy bã sinh học

4- Các thùng chứa

5- Bơm

6- Đường ống dẫn dung dịch cô

7- Khớp nối để nạp chất tải nhiệt

8- Băng tải để chuyển bã sinh học

9- Thùng chứa

10- Đường ống dẫn nước để khuếch tán

11- Bơm chân không

12- Vòi phun

Máy trích ly này được sản xuất từ thép chứa ít cacbon và là một khối kín bất động, bên trong có rôto được chia ra thành 16 hình quạt (hoặc hơn) làm quay trục đứng Mỗi ngăn có đáy lưới với bề sâu 0,23 ÷ 0,36 m

Nguyên tắc hoạt động:

Canh trường nấm mốc sau khi được nghiền nhỏ thì cho vào đáy lưới qua bộ nạp liệu 1 Khi rôto quay chậm các khoang hình quạt trên liên tục đi qua bốn khu vực

Ở khu vực đầu canh trường được gia công bằng nước, nước được cho vào qua đường ống 10, sau đó nhờ bơm chân không phần chiết được lọc và chảy vào thùng chứa thứ nhất để bơm vào khu vực hai Tại đây canh trường nấm mốc được trích

ly, lọc và cho chảy vào thùng chứa thứ hai Các công đoạn này cũng được lặp lại trong các khu vực 3 và 4

Sau khi trích ly (thời gian trích ly là 30, 45, 60 và 90 ph), phần chiết được làm giàu enzim cho vào gia công tiếp theo, còn bã sinh học được thải ra váo thùng chứa 9 rồi nhờ băng tải 8 chuyển bã vào máy sấy 3

Khi hoạt động liên tục trong mỗi khoan hình quạt của máy trích ly dạng rôto, cho phép tiến hành gia công canh trường bằng nước một cách liên tục và gia công canh trường bằng nước chiết cho đến khi tách hoàn toàn enzim

Ưu, nhược điểm:

+ Ưu điểm:

Năng suất cao do trích ly một cách liên tục

+ Nhược điểm:

Sau một thời gian sử dụng lưới dễ bị mài mòn

 Phạm vi ứng dụng:

Để trích ly enzim một cách liên tục từ các canh trường nấm mốc và vi khuẩn

3 Máy lọc:

a Mục đích sử dụng:

_ Tách huyền phù với mục đích loại pha lỏng khỏi pha rắn (hàm lượng cuối cùng của pha rắn trong huyền phù thường lớn hơn 10%)

_ Làm trong với mục đích làm sạch chất lỏng khỏi những hạt bẩn hay thu hồi pha rắn có hàm lượng không nhỏ trong dung dịch

_ Cô đặc huyền phù với mục đích tăng nồng độ pha rắn

b.Phân loại:

 Theo nguyên tắc tác động của các máy lọc, người ta chia ra làm hai loại:

 Tác động tuần hoàn (Các máy lọc hoạt động dưới áp suất của cột chất lỏng, lọc theo phương pháp trọng lực (có lớp hạt mịn, lọc bằng màng mỏng, lọc túi, bể lọc); các máy lọc dưới chân không (lọc hút) )

 Tác động liên tục (Các máy lọc làm việc dưới chân không (thiết bị lọc hình trống, thiết bị lọc kiểu đĩa, kiểu băng tải) )

 Theo áp suất được chia ra các loại sau: lọc theo phương pháp trọng lực, máy lọc hoạt động dưới áp suất của cột chất lỏng, máy lọc chân không và máy lọc ép

Máy lọc ép kiểu phòng:

Cấu tạo:

1-Bản

2- Bề mặt gợn sóng của bản

3- Phòng

4,5- Các lớp vải lọc

6- Rãnh để chuyển huyền

phù

7- Rãnh để thải phần lọc

Máy lọc ép kiểu phòng gồm các bản có bề mặt gợn sóng tạo nên các phòng Đặt các màng lọc giữa các bản làm thành hai lớp Các màng lọc đồng thời cũng là những vật bịt kín khi nén các tấm

Nguyên tắc hoạt động:

Nạp huyền phù cùng lúc vào tất cả các phòng theo rãnh phía trên, chất lọc chui qua các lớp vải lọc sang bản tiếp theo rồi chảy xuống dưới theo các máng của bề mặt các tấm gợn sóng và được dẫn ra theo rãnh chung ở phần dưới Còn phần cặn

bị giữ lại tạo thành lớp bã chứa trong phòng.Khi muốn rửa bã, người ta ngừng cho huyền phù vào mà cho nước rửa vào, nước rửa sẽ chui qua lớp vải lọc, qua toàn bộ

bề dày lớp bã kéo theo chất lỏng còn lại trong bã qua lớp vải lọc thứ hai sang bản bên cạnh rồi được dẫn ra theo rãnh chung ở phần dưới Khi muốn tháo cặn ra khỏi phòng của máy lọc ép thì người ta nới tay quay, phòng và bản sẽ tách xa nhau, bã

sẽ rơi xuống dưới

 Ưu, nhược điểm:

+ Ưu điểm:

Có thể lọc được những huyền phù khó tách

+ Nhược điểm:

o Rửa bã chưa hoàn hảo

o Vải lọc chóng bị mài mòn

 Phạm vi ứng dụng:

Để lọc huyền phù có nồng độ pha rắn không cao lắm hay để lọc huyền phù ở nhiệt

độ cao không cho phép làm nguội

Máy lọc chân không dạng băng tải với quá trình rửa chất kết tủa ngược dòng:

Cấu tạo:

1- Thùng két có máy

khuấy huyền phù

2- Bơm đẩy huyền phù

3- Bơm để hút phần

chiết ra khỏi thiết bị

4- Thùng chứa phần

chiết

5- Bơm để hút phần

chiết đã được rửa lần

đầu

6-Thùng chứa phần

chiết đã được rửa lần

đầu

7- Lọc chân không

8- Thùng chứa phần chiết đã được rửa lần hai

9- Bơm hút phần chiết đã được rửa lần hai và đẩy vào rửa lần một

10- Thùng chứa phần chiết đã được rửa lần ba

11- Bơm hút phần chiết đã được rửa lần ba và đẩy vào rửa lần hai

12-Thùng để định lượng;

I- Huyền phù; II-Phần chiết chính; III-Không khí; IV- Phần chiết đã được rữa lần một; V- Phần chiết đã được rữa lần hai; VI- Phần chiết đã được rữa lần ba; VII- Nước

động và các tang kéo băng tải gợn bằng vải cao su khép kín, cơ cấu dẫn động của các phòng chân không và các cơ cấu để rửa băng tải, sấy và tháo chất kết tủa và thùng thu nhận chất kết tủa

Các phòng chân không với các vách ngăn di động được phân bổ theo khắp chiều dài của thiết bị dưới dải lọc Dải được làm từ đệm vải được phủ các lớp caosu Trên bề mặt của nó có những nếp sâu dọc, ngang Khi băng tải chuyển dịch tang kéo đến bề mặt ngang của bàn, gờ băng lại được nâng lên làm cho băng tải có dạng hình máng

Nguyên tắc hoạt động:

chuyển dịch trên các phòng chân không, phần chiết qua lỗ lọc của băng tải vào các khoang của phòng chân không rồi nhờ bơm 3 đưa vào thùng chứa 4, còn các tiểu phần rắn của huyền phù được giữ lại trên bề mặt của băng tải Khi băng tải tiếp tục chuyển dịch, chất lắng được rửa nếu thấy cần thiết, khi đó phần chiết được rửa đưa vào khoang tiếp theo của phòng chân không rồi nhờ bơm 5 để đưa vào thùng chứa 6,quá trình cứ tiếp tục như vậy; còn cặn rắn tiếp tục chuyển dịch, sấy, dùng dao tách khỏi vải và cho vào thùng chứa

 Ưu, nhược điểm:

+ Ưu điểm:

o Không có đầu phân phối

o Khả năng lắng của các hạt lớn dưới tác động của trọng lực, nhờ đó mà quá trình lọc được tăng nhanh; tiện lợi cho quá trình rửa cặn với lớp kết tủa mỏng cũng

có thể hoạt động được

+Nhược điểm:

o Kích thước lớn

o Bề mặt lọc tương đối nhỏ

o Thận trọng trong việc nạp huyền phù

o Phần chiết thu nhận bị đục và

phải làm lạnh huyền phù lọc

Máy lọc chân không dạng

thùng quay:

Cấu tạo:

1- Thùng quay

2- Ổ bi

3- Thùng chứa huyền phù

4- Máy khuấy lắc

5- Xy lanh đặc bên trong

6- Xilanh ngoài đột lỗ