3.1. Kế hoạch sản xuất
Năng suất nhà máy sản xuất α-amylase là 200 tấn/năm.
Một năm 365 ngày, trừ các ngày lễ (15 ngày) và thời gian bảo trì máy móc thiết bị (20 ngày). Số ngày làm việc của công ty trong 1 năm:
Tlàm việc = 365 – (15 + 20) = 330 (ngày) = 7920 giờ
Thời gian nuôi cấy thu đƣợc hoạt tính α-amylase cao nhất đối với
Bacillus subtillis là 60 giờ tại 500C (2.5 ngày). (AltafAhmed Simair, 2017) Thời gian nghỉ giữa các mẻ để vệ sinh thiết bị là 0,5 ngày
Vậy thời gian của một mẻ là 3 ngày = 72 giờ Vậy số mẻ một năm là:
= 110 mẻ.
Năng suất của nhà máy:
(tấn/mẻ) = 1818.18 (kg/mẻ) Hoạt lực của enzyme α-amylase thƣơng mại:
4000 UI/mg= 4 000 000 UI/g (Wu, 2012)
Tổng đơn vị hoạt lực chế phẩm enzyme thu đƣợc trên 1 mẻ nuôi cấy:
HLtổng = (UI) 3.2. Tính tốn cân bằng vật chất cho từng giai đoạn
Dựa vào tài liệu tham khảo, nhóm quyết định hiệu suất và tỷ lệ hao hụt của các quá trình.
3.2.1. Quá trình sấy
Hiệu suất chuyển hóa của q trình sấy để thu chế phẩm enzyme là 98%. Qua mỗi q trình tinh sạch thì đảm bảo hoạt tính enzyme α-amylase khơng giảm.
Tỉ lệ hao hụt trong quá trình sấy: 2%. Lƣợng sản phẩm sau quá trình sấy:
M sau sấy = 1818.18 (kg/mẻ).
Theo (Nguyễn Thị Hiền, 2006) độ ẩm trƣớc quá trình sấy là < 25%,
nên chọn độ ẩm vật liệu trƣớc q trình sấy kí hiệu là: x1 = 24 %.
Độ ẩm vật liệu sau q trình sấy kí hiệu (Quản Lê Hà & Nguyễn Thị
Hiền, 2011) là: x2 = 1%
Theo quyển “Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2”.
M trƣớc sấy = M sau sấy + W (1) W =
Từ (2) => Lƣợng ẩm tách ra khỏi vật liệu:
W =
x 1818.18 = 550.24 (kg/mẻ).
Hiệu suất thu hồi đạt 98% nên sản phẩm trƣớc khi sấy là:
M trƣớc sấy = ( M sau sấy + W ) ×
= (1818.18 + 550.24) × = 2416.76 (kg/mẻ).
Khối lƣợng riêng 𝜌 = 1070 kg/m3
. (Sổ tay quá trình thiết bị 1). Thể tích sấy: = + 550.24 × = 563.73 (m 3 ).
Tổng đơn vị hoạt lực thực tế thu đƣợc trƣớc q trình sấy:
HL1 = 7.27×1012 ×
= 7.42 × 10
12 (UI) 3.2.2. Quá trình ly tâm
Hiệu suất chuyển hóa của q trình ly tâm để thu enzyme thơ là 95%, tỉ lệ hao hụt là 5% do q trình ly tâm khơng thể tách hồn toàn nƣớc ra khỏi canh trƣờng. (Rajiv Datar, 1987) Lƣợng sản phẩm trƣớc khi ly tâm là : M trƣớc ly tâm = 1818.18 = 2014.60 (kg/mẻ). Tổng đơn vị hoạt lực thực tế thu đƣợc trƣớc quá trình ly tâm
HL2 = 7.42× 1012 ×
= 7.81× 10
12
(UI) 3.2.3. Q trình kết tủa
Tỉ lệ hao hụt trong quá trình kết tủa sử dụng muối Ammonium Sulfate ở nồng độ 60% để thu enzyme thô là từ 3% - 6 (King, 1972). Ở quy mô cơng
nghiệp có thể bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố về thiết bị vận hành nên chọn tỉ lệ hao hụt ở mức trung bình là 5%.
Hiệu suất chuyển hóa của q trình kết tủa để thu nhận enzyme là 95% Lƣợng sản phẩm trƣớc kết tủa:
2014.60 = 2120.63 (kg/mẻ)
Hoạt lực enzyme amylase thu đƣợc trƣớc khi bƣớc vào quá trình kết tủa:
HL3 =
(UI)
3.2.4. Quá trình lọc bỏ sinh khối
Hiệu suất chuyển hóa của quá trình lọc để thu nhận enzyme là 90%. (M.R.Bilada, 2013)
Tỉ lệ hao hụt trong quá trình lọc: 10% Khối lƣợng trƣớc lọc: M trƣớc lọc
Khối lƣợng sau lọc: M sau lọc = M trƣớc kết tủa = 2120.63 (kg/mẻ).
Hiệu suất thu hồi đạt 90% nên sản phẩm trƣớc lọc là:
M trƣớc lọc = M sau lọc ×
= 2120.63 ×
= 2356.26 (kg/mẻ).
Hoạt lực enzyme amylase thu đƣợc trƣớc khi bƣớc vào quá trình lọc:
HL4 =
(UI) = tổng hoạt lực canh trƣờng sau lên men
Để đáp ứng năng suất 200 tấn/năm chế phẩm enzyme cần thu hồi của nhà máy thì ta phải thiết kế quy trình bể lên men với năng suất thực tế là 2356,26 kg/mẻ bao gồm tỉ lệ hao hụt trải qua các quá trình thu hồi với hoạt lực enzyme cần đƣợc đảm bảo là9.13 × 1012 (UI).
Hiệu suất tạo thành sinh khối của quá trình lên men là YXS = 0.55 g/g (Ikram-ul-Haq 2002)
Tốc độ tăng trƣởng của Bacillus subtillis là μ = 0.58 h-1 (MICHAEL DAUNER, 2001)