Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại với năng suất 2000kg sản phẩmngày.

Đồ án tốt nghiệp 1 Khoa Hóa
LỜI MỞ ĐẦU

Axit glutamic là một loại axit amin có thể tổng hợp trong cơ thể con người,
và thường thấy trong cơ thể động vật, thực vật dưới các dạng khác nhau. Do axit
glutamic và các dẫn xuất có đặc tính riêng, chúng được dùng rộng rãi trong trị bệnh,
bổ sung sinh trưởng cho thực vật.
Axit glutamic có công thức phân tử:
HOOC - CH
2
- CH
2
- CH - COOH
NH
2
Axit glutamic có trọng lượng phân tử 147,13. Nhiệt độ nóng chảy là 247 – 249
o
C.
Có tính chất là hoà tan trong nước, hầu như không tan trong cồn, ete và một số dung
môi.
Axit glutamic có vai trò quan trọng trong y học, sinh học và thực phẩm.
Trong cơ thể người và động vật, axit glutamic có thể tham gia chức năng tổng hợp
nên các amino axit khác như alanin, lơsin, cystein, oxyprolin…nó tham gia vào
phản ứng chuyển amin giúp cho cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách NH
3
ra khỏi cơ
thể. Nó chiếm phần lớn thành phần protein, phần xám của não, đóng vai trò quan
trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương, vì vậy trong y học còn
sử dụng axit glutamic trong trường hợp suy nhược thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí
nhớ, sự đầu độc NH
3

vào cơ thể, một số về tim, bệnh bại liệt, bệnh hôn mê gan. Axit
glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hoá chất
quan trong, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm. Một số dẫn xuất của L
– axit glutamic như acetyl glutamic được dùng trong xử lý ô nhiễm nước biển do
dầu hỏa và dầu thực vật gây nên.
Trong công nghiệp thực phẩm, muối của axit glutamic là monoglutamat natri
làm chất điều vị rất quan trọng mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêm
ngon hơn. [4, tr1 ]
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 2 Khoa Hóa
Axit glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn
cacbon. Đó là một trong những ứng dụng của công nghệ sinh học vào trong sản
xuất. Nó không những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa lớn lao về xử lý
môi trường vì tận dụng được các phế thải của các ngành công nghiệp khác. Tuy
nhiên hiện nay ở nước ta vẫn chưa có nhà máy nào chính thức đi vào sản xuất axit
glutamic để cung cấp ra thị trường.
Vì vậy với tầm quan trọng của axit glutamic, để đáp ứng nhu cầu trong nước
và tiến tới xuất khẩu, nên tôi chọn đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic
hiện đại với năng suất 2000kg sản phẩm/ngày.

SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 3 Khoa Hóa
CHƯƠNG 1
LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Axit glutamic là một sản phẩm mang lại nhiều lợi ích to lớn. Trong khi đó
khu vực miền Trung chưa có nhà máy sản xuất loại sản phẩm này.
Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều

kiện khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic tại
khu công nghiệp Tịnh Phong thuộc huyện Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi. Tỉnh Quảng
Ngãi có nền công nghiệp cũng như kinh tế đang phát triển nhưng còn ở mức thấp.
Hiện nay ở tỉnh lực lượng lao động lớn nhưng do số lượng các nhà máy còn hạn chế
nên lực lượng thất nghiệp còn nhiều. Vì vậy, việc xây dựng một nhà máy trên địa
bàn tỉnh Quảng Ngãi có ý nghĩa to lớn về giải quyết công ăn việc làm cho người lao
động, nâng cao mức sống, thúc đẩy nền công nghiệp, kinh tế của tỉnh nhà được phát
triển.
1.1. Đặc điểm thiên nhiên.
Địa điểm xây dựng nhà máy nằm trên mặt bằng giải toả của khu công nghiệp
Tịnh Phong và nằm sát quốc lộ 1A, với mặt bằng khá bằng phẳng nên thuận lợi cho
việc xây dựng nhà máy.
Về khí hậu, Quảng Ngãi là tỉnh có khí hậu tương đối ổn định, phân làm hai
mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa. Gió chủ đạo: mùa đông - gió Đông Bắc; mùa hè
- gió Tây Nam. Nhiệt độ trung bình hàng năm là 25,7
0
C, độ ẩm tương đối trung
bình ở mức 85%. [15]
1.2. Vùng nguyên liệu.
Quảng Ngãi có nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp cho sản xuất. Có nhà
máy đường tại khu công nghiệp Quảng Phú và nhà máy đường tại Phổ Phong huyện
Đức Phổ cung cấp lượng rỉ đường cần thiết và có nhà máy tinh bột sắn tại huyện
Sơn Tịnh. Đây là điều kiện thuận lợi nhất để Quảng Ngãi xây dựng nhà máy sản
xuất axit glutamic.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 4 Khoa Hóa
1.3. Hợp tác hoá.
Nhà máy sẽ đặt tại khu công nghiệp Tịnh Phong nên các điều kiện về hợp tác
hoá giữa các nhà máy và các nhà máy khác rất thuận lợi và sử dụng chung các công

trình công cộng như điện, nước, hệ thống thoát nước, giao thông….vv. Nhờ đó sẽ
giảm thiểu vốn đầu tư ban đầu.
1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu.
Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia. Ngoài ra để đảm bảo
cho quá trình sản xuất được liên tục thì nhà máy còn trang bị máy phát điện dự
phòng.
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 mua từ các trạm xăng dầu trong tỉnh.
1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước.
Nguồn cung cấp nước cho nhà máy chủ yếu từ nhà máy nước của khu công
nghiệp.
1.6. Giao thông vận tải.
Quảng Ngãi nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thông của hai miền Nam
Bắc. Có cảng lớn có thể thông ra quốc tế. 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 là điều kiện rất thuận lợi về giao thông.
1.7. Thoát nước.
Phần lớn nước thải của nhà máy đều chứa các chất hữu cơ là môi trường phát
triển của vi sinh vật, khi thải ra ngoài sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh
thái. Vì vậy, nước thải nhà máy sau khi qua hệ thống xử lý được đưa ra hệ thống
cống thoát nước và đến khu xử lý nước thải chung của khu công nghiệp.
1.8. Nhân công và thị trường tiêu thụ.
Nhà máy tuyển lao động ở tại Quảng Ngãi và các địa phương lân cận. Cán bộ
quản lý và kỹ thuật của nhà máy có thể nhận về từ các trường Đại học thuộc khu
vực Miền Trung. Mặt khác với mức độ đô thị hoá hiện nay thì lượng lao động vãn
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 5 Khoa Hóa
lai rất dồi dào. Từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ. Thị trường tiêu thụ được
chọn là thị trường cho cả nước.

1.9. Nguồn tiêu thụ sản phẩm.
Nguồn tiêu thụ cho sản phẩm ở đây chủ yếu hướng vào các công ty chế biến
dược phẩm, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm và thuỷ hải sản, các công
ty chế biến thực phẩm, các công ty sản xuất mỹ phẩm vì đây là các công ty cần một
lượng axit glutamic để phục vụ cho việc sản xuất.
Kết luận: tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây
dựng nhà máy sản xuất axit glutamic tại khu công nghiệp Tịnh Phong thuộc huyện
Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 6 Khoa Hóa
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT AXIT GLUTAMIC

2.1. Lịch sử phát hiện.
Cách đây hàng trăm năm người Nhật bắt đầu dùng rong biển làm thực phẩm,
họ phát hiện ra loại rong lá. Vào thời ấy, hoạt chất của loại rong lá làm thức ăn có
hương vị đậm đà (do axit glutamic) chưa được nhận diện. Vào năm 1860 nhà khoa
học Ritthaussen ở Đức xác định thành phần các protein động vật, đặt biệt là thành
phần các axit amin, trong đó có một axit amin với tên gọi là axit glutamic.
Tuy nhiên, việc phát hiện ra hoạt chất có trong rong biển làm cho thức ăn có
mùi vị ngon đó là Ikeda. Ông đã khám phá ra hoạt chất trích từ rong biển đó là
monosodium glutamate, đây là một muối của axit glutamic.
Năm 1957, Kinosita đã phát hiện ra vi khuẩn Corynebacterium glutimicum
có khả năng sinh tổng hợp axit glutamic. Từ đó hàng loạt nhà máy sản xuất axit
glutamic ra đời.
2.2. Nguyên liệu sản xuất axit glutamic. [5, tr24-25]
Nguyên liêụ giàu gluxit: tinh bột, rỉ đường, glucoza, sacaroza v.v…
2.2.1. Tinh bột sắn.
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 xyanua. Sắn đắng có
nhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời có nhiều xyanhydric, khoảng 200 ÷ 300 mg/kg.
Sắn ngọt có ít xyanhydric (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 kỹ thuật
chế biến sắn. Tinh bột sắn thường có các thành phần sau:
Tinh bột : 83 ÷ 88%
Nước : 10,6 ÷ 14,4%
Xenluloza : 0,1 ÷ 0.3%
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 7 Khoa Hóa
Đạm : 0,1 ÷ 0,4%
Chất khoáng : 0,1÷ 0,6%
Chất hòa 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 nón đến hình
bầu dục tương tự tinh bột khoai tây nhưng khác tinh bột ngô và tinh bột gạo ở
những chổ không có hình đa giác.
Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin và
amiloza, tỉ lệ amilopectin và amiloza là 4: 1. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằm
trong khoảng 60 ÷ 80
0
C.
2.2.2. Rỉ đường mía.
Rỉ đường là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường
kết tinh. Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc cào giống mía, điều kiện
trồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường.
Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%; các chất phi đường 10%;
nước 20%.

- Nước trong rỉ đường gồm phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng thái
liên kết dưới dạng hydrat.
- Đường trong rỉ đường bao gồm: 25 ÷ 40% saccaroza; 15 ÷ 25% đường khử
(glucoza và fructoza); 3 ÷ 5% đường không lên men được.
Ở đây do nhiều lần pha loãng và cô đặc một lượng nhất định sacaroza bị biến
thành chất tương tự như dextrin do tác dụng của nhiệt. Chất này có tính khử nhưng
không lên men được và không có khả năng kết tinh.
Đường nghịch đảo của rỉ đường bắt bắt nguồn từ mía và từ sự thủy phân
saccaroza trong quá trình chế biến đường. Tốc độ phân giải tăng lên theo chiều tăng
của nhiệt độ và độ giảm của hay tăng của pH tùy theo thủy phân băng kiềm hay
axit.
Sự phân giải saccaroza thành glucoza và fructoza vừa là sự mất mát
saccaroza vừa là sự yếu kém về chất lượng bởi vì glucoza và fructoza sẽ biến thành
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 8 Khoa Hóa
axit hữu cơ và hợp chât màu dưới điều kiện thích hợp. Trong môi trường kiềm,
fructoza có thể biến thành axit lactic, fufurol, oxymetyl, trioxyglutaric,
trioxybutyric, axetic, formic và CO
2
. Đường nghịch đảo có thể tác dụng với axit
amin, pectit bậc thấp của dung dịch đường để tạo nên hợp chất màu. Tốc độ tạo
melanoidin phụ thuộc vào rỉ đường rất thấp ở pH = 4,9 và rỉ đường rất cao ở pH =
9. Trong rỉ đường còn có trisacarit hay polysacarit. Trisacarit gồm có một mol
glucoza và 2 mol fructoza. Polysacarit gồm dextran và levan. Những loại đường này
không có trong nước mía và được các vi sinh vật tạo nên trong quá trình chế biến
đường.
2.3. Các phương pháp sản xuất axit glutamic. [4,tr2-8]
Axit glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều
trong các loại thực phẩm như trong protein thịt động vật, thực vật như đậu, cà rốt,

rong biển…
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
2.3.1. Phương pháp hoá học.
Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hoá học để tổng hợp nên
axit glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu mỏ hay các
ngành khác. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ thực hiện ở những nước có công
nghiệp dầu mỏ phát triển và yêu cầu kỹ thuật cao. Măt khác sản xuất bằng con
đường này tạo ra một hỗn hợp không quay cực D, L-axit glutamic, việc tách L-axit
glutamic ra khỏi lại khó khăn nên giá thành sản phẩm cao.
Do nhược điểm như vậy phương pháp này ít dùng ở các nước.
2.3.2. Phương pháp thuỷ phân.
Vào thế kỉ XIX người ta dùng phương pháp này để thu nhận axit glutamic.
Phương pháp này sử dụng các tác nhân là các hoá chất hoặc enzyme để thuỷ
phân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao để tạo ra hỗn hơp các aminoaxit
trong đó có axit glutamic. Sau đó bằng phương pháp hoá lý tách axit glutamic ra
khỏi hỗn hợp.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 9 Khoa Hóa
- Ưu điểm: + Khống chế được quy trình và các điều kiện sản xuất
+ Có thể áp dụng ở các cơ sở thủ công bán cơ giới hoá
+ 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, hoá chất, thiết bị chống ăn mòn.
+ Hiệu suất thấp, đưa đến giá thành cao
2.3.3. Phương pháp kết hợp
Đây là phương pháp kết hợp giữa phương pháp hoá học và lên men. Với
phương pháp này tuy mang lại hiệu suất cao nhưng nó đòi hỏi về kĩ thuật và trang
thiết bị hiện đại và chính xác. Vì vậy không thích hợp trong sản xuất công nghiệp,

chỉ dùng cho nghiên cứu.
2.3.4. Phương pháp lên men (sinh tổng hợp).
Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi hiện nay 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 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.
2.3.4.1. Phương pháp lên men hai giai đoạn.
Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra axit α_Ketoglutaric bằng
các kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật. Sau đó chuyển hoá axit α_Ketoglutaric
thành axit glutamic nhờ enzyme aminotransferase và glutamatdehydrogenase.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 10 Khoa Hóa
- Giai đoạn chuyển từ axit α_Ketoglutaric thành axit glutamic có thể sử
dụng nhiều chủng khác nhau như: Pseudomonas, XantonomasErvinia, Bacillus,
Micrococus. Với môi trường cho trước cho phép ta tạo ra axit glutamic mà không
tích luỹ axit α_Ketoglutaric lượng lớn trong môi trường.
Có thể biểu diễn giai doạn chuyển axit α_Ketoglutaric thành axit glutamic
được thực hiện qua hai kiểu phản ứng sau:
- Chuyển amin:
Axit α_Ketoglutaric + axit amin = Axit glutamic+ axit xetonic

- Amin hoá khử:
Axit α_Ketoglutaric + NH
4
+ NADH + H
+
==== Axit glutamic + H
2
O +
NADP
+
Enzyme aminotransferase được lấy từ dịch nuôi cấy các vi khuẩn thối rửa
như Flavobacterium, Achromobacter, Micrococus…
Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và axit amin
làm nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp.
2.3.4.2. Phương pháp lên men trực tiếp.
Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất axit glutamicngay trong dịch
nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất. Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc
biệt có thể chuyển hoặc tiếp đường và NH
3
thành axit glutamic trong môi trường lên
men. Phương pháp này xây dựng trên cơ sở nuôi cấy các vi khuẩn này trong môi
trường dinh dưỡng chứa đường, urê và một số muối khoáng khác. Đây là phương
pháp có nhiều ưu điểm nên hiện nay được sử dụng nhiều trong công nghiệp.
2.4. Các sản phẩm của quá trình lên men. [5 tr120-121]
2.4.1. Sản phẩm chính.
Phương trình tổng quát của quá trình tạo Axit glutamic từ glucoza hay axetat
và NH
3
được biểu diễn như sau:
Glucoza + NH

3
+ 1,5O
2
Axit glutamic + CO
2
+ 3H
2
O
3 Axetat + NH
3
+ 1,5O
2
Axit glutamic + CO
2
+ 3H
2
O
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 11 Khoa Hóa
Sản phẩm chính là axit glutamic và CO
2
. Ở đây theo lý thuyết, hiệu suất
chuyển hoá glucoza hay axetat thành axit glutamic đều là 81,66% nhưng ngày nay
tùy theo điều kiện sản xuất và phương thức lên men hiệu suất chuyển hoá chỉ là 45
÷ 50% trong sản xuất và 55 ÷ 57% giống tự nhiên hay 61 ÷ 62% từ giống đột biến
trong nghiên cứu ở phòng thí nghiệm.
2.4.2. Sản phẩm phụ.
2.4.2.1. Axit lactic
Trong điều kiện tối ưu, axit glutamic sinh ra là chủ yếu. Nếu chệch khỏi điều

kiện này thì Corynebacterium glutamicum sẽ tạo axit lactic thay vì tạo axit
glutamic. Có hai lý do cơ bản là quá dư thừa biotin hoặc quá ít oxy hoà tan. Đôi khi
sự thay đổi nhiệt độ đột ngột từ 30 đến 37
0
C cũng dẫn tới việc biến quá trình lên
men axit glutamic thành quá trình lên men axit lactic như đã xảy ra với
B.divaricatum.
2.4.2.2. Axit sucxinic: Cũng được tạo ra nhiều khi môi trường thừa biotin hoặc
thiếu oxy hoà tan.
2.4.2.3. Axit α- xetoglutaric.
Mọi quá trình sinh tổng hợp đều có phản ứng tạo axit glutamic từ α-
xetoglutaric nhờ xúc tác của hai hệ thống enzim transaminaza và axit glutamic –
dehyrogenaza. Phản ứng này thực hiện được hoàn toàn khi môi trường có dư NH
4
+
và pH từ trung tính đến kiềm yếu. Nếu môi trường thiếu NH
4
+
và pH ở phạm vi axit
yếu thì phản ứng trên không thực hiện được và α- xetoglutaric bị tích tụ ngày một
nhiều trong môi trường thay vì axit glutamic
2.4.2.4. Sản phẩn khác: glutamin, alanin, L- acetylglutamin, aspatic
2.5. Chủng vi sinh vật. [4tr 9 ]
Các chủng sản xuất axit glutamic thuộc những nhóm phân loại rất khác nhau
như vi khuẩn Streptomyces, nấm men và nấm mốc.
Các chủng Corynebacterrium glutamicum (Micrococcus glutamic) loại vi khuẩn
này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản là Kinosita phát hiện từ năm 1957 do công ty
Kyowa Hakko đưa vào sản xuất. Các chủng quan trọng khác trong công nghiệp cho
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.

Đồ án tốt nghiệp 12 Khoa Hóa
ít nhất 30g/l thuộc các chi Corynebacterium, Brevibacterium, Microbacterrium,
hoặc Athrobacter.
2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành axit glutamic . [5,tr 97-101]
2.6.1 Nguồn cacbon.
Nguồn cacbon cung cấp chẳng những các đơn vị bộ khung cacbon của Axit
glutamic mà còn cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp của
chúng. Có bốn dạng nguồn cacbon đã được dùng để lên men axit glutamic. Đó là
cacbon hydrat, cacbua hydro, cồn và axit hữu cơ. Trong đó cacbon hydrat được
dùng rộng rãi nhất.
Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp axit glutamic.
Kinato và các cộng sự đã khảo sát rất kỹ vấn đề này. Các tác giả chỉ ra rằng trong
phạm từ 10 ÷ 21%, nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men axit glutamic càng
thấp, hàm lượng axit glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các enzim cần cho oxy
hoá glucoza và α-xetoglutaric decacboxylaza cang cao.
2.6.2 Nguồn nitơ.
Cung cấp nitơ cho quá trình len men axit glutamic là rất quan trọng bởi vì
nitơ cần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử
axit glutamic. Người ta thưòng dùng các loại muối chứa NH
4
+
như NH
4
Cl,
(NH
4
)
2
SO
4

, (NH
4
)
2
HPO
4
, NH
4
H
2
PO
4
, NH
4
OH hay khí NH
3
hoặc urê làm nguồn cung
cấp cacbon.
2.6.3 Nguồn muối vô cơ khác.
Các ion vô cơ cần ch sinh trưởng và tích luỹ axit glutamic . Sự có mặt của
các ion sau đây là cần thiết: K
+
,
Mg
+2
,
Fe
+2
,
Mn

2+
,
SO
4
+2
,
PO
4
+3
.
Liều lượng thường
được dùng như sau:
K
2
HPO
4
: 0,05 ÷ 0,2% FeSO
4
: 0,0005 ÷ 0,01%
KH
2
PO
4:
0,05 ÷ 0,2% MnSO
4
: 0,0005 ÷ 0,005%
MgSO
4
: 0,025 ÷ 0,1%
Trong đó K

+
,
Fe
+2

và đặc biệt

Mn
2+
là quang trọng để thu lượng lớn xit
glutamic. Ion K
+
cần cho tích luỹ axit glutamic nhiều hơn là cho sinh trưởng.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 13 Khoa Hóa
2.6.4 Nguồn các chất điều hoà sinh trưởng.
Chất điều hoà sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men axit
glutamic nhờ các giống thiên nhiên là biotin. Để có hiệu suất lên men cao nồng độ
biotin phải nhỏ hơn nồng độ tối ưu cần thiết cho sinh trưởng. Nồng độ biotin thích
hợp nhất cho việc sinh tổng hợp axit glutamic là 2 ÷ 5 μg/l môi trường. Biotin quyết
định sự tăng trưởng tế bào, quyết định cấu trúc màng tế bào, cho phép axit glutamic
thấm ra ngoài môi trường hay không và có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hoá
cơ chất tạo nên axit glutamic.
2.6.5 Ảnh hưởng của pH.
pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo axit glutamic của vi khuẩn sinh axit
glutamic là trung tính hoặc kiềm yếu ở Ph = 6,7÷8. Trong suốt quá trình lên men
môi trường luôn có xu hướng trở nên axit do sự hình thành axit glutamic và các axit
hữu cơ khác gây nên. Do đó liên tục bổ sung NH
+

4
để thực hiện hai chức năng cơ
bản là điều chỉnh Ph và cung cấp NH
3
cho việc tổng hợp phân tử axit glutamic .
Nguồn NH
4
+
sử dụng phổ biến là: urê, nước NH
3
, khí NH
3
, NH
4
Cl,
2.6.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình lên men là 26 ÷ 37
0
C, trong thực tế lên
men giai đoạn đầu ở 30 ÷ 32
0
C và giai đoạn cuối là 36 ÷ 37
0
C.
2.6.7 Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn.
Sự cung cấp oxy và khuấy trong khi lên men có ý nghĩa vô cùng quan trọng.
Nó nhằm hai mục đích: Thứ nhất duy trì nồng độ oxy hoà tan ở mức trên giá trị tới
hạn; Thứ hai khống chế nồng độ CO
2
ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích luỹ

axit glutamic của vi khuẩn.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Đồ án tốt nghiệp 14 Khoa Hóa
CHƯƠNG 3
CHỌN VÀ THIẾT MINH QUI TRÌNH SẢN XUẤT

3.1. Qui trình sản xuất axit glutamic.
Qua tham khảo tài liệu của công ty Ajnomoto và một số tài liệu như công
nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền, giáo trình sản xuất axit
amin Tôi đưa ra qui trình sản xuất axit glutamic cho nhà máy như sau:
Bã


SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Rỉ đường
Xử lý rỉ đường
H
2
SO
4
pH = 4
T
0
= 50÷60
0
C
τ = 40÷60h
Ly tâm

Pha chế dịch lên men
pH = 6,7÷6,9
K
2
HPO
4
0,2%
MgSO
4
0,1%
MnSO
4
0,005%
KH
2
PO
4
0,2%
Thanh trùng
(110
0
C,15 phút)
Làm nguội 28÷30
0
C
Lên men ( pH = 8,0 )
urê 1,8%
dầu lạc 0,1%
Giống gốc
Nhân cấp I

CấpII
Lọc
Cô đặc chân không
( pH = 5,5 – 6, t < 80
0
C )
Tẩy màu
Sinh khối VSV
Đồ án tốt nghiệp 15 Khoa Hóa


3.2. Thuyết minh qui trình
3.2.1. Xử lí nguyên liệu rỉ đường
Rỉ đường là nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm. Hàm lượng biotin cao thuận lợi cho
quá trình sinh tổng hợp của vi sinh vật. Rỉ đường có thành phần các chất như sau:
- Đường tổng số 45 - 60%
- Hàm lượng chất khô tổng số 60 - 80%
- Ca
2+
: 0,3 – 1,2%
- K
+
: 2 – 4 %
Mục đích của quá trình là dùng H
2
SO
4
loại bỏ Ca
2+
vì nó ảnh hưởng đến quá

trình lên men và kết tinh axit glutamic đồng thời cũng loại các tạp chất không mong
muốn, các vi sinh vật tạp nhiễm. Ngoài ra nó có vai trò thuỷ đường sacaroza trong
mật rỉ thành các đường đơn là nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật sử dụng.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Axit hoá và kết tinh
(pH=3,22)
Ly tâm
Lọc
Tinh thể axit glutamic
Sấy
Làm nguội
H
2
SO
4
98%
Đóng gói,bảo quản
Đồ án tốt nghiệp 16 Khoa Hóa
Tiến hành: Dùng H
2
SO
4
1%, pH = 4, đun nóng ở 50÷60
0
C trong vòng 40 ÷
60 h để thuỷ phân hoàn toàn các dextrin, loại bỏ các chất có hại như CO
3
2-
, chất keo,

chất màu, axit hữu cơ và vi sinh vật tạp nhiễm và tạo kết tủa CaSO
4
C
12
H
22
O
11
+ H
2
O C
6
H
12
O
6
+ C
6
H
12
O
6
Ca
2+
+ SO
4
2-
CaSO
4

Thiết bị : Dùng thiết bị thuỷ phân tác động tuần hoàn có lớp chịu axit.

3.2.2. Ly tâm.
Mục đích của ly tâm là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng.
Sau thời gian lưu khoảng 60h để tinh thể CaSO
4
có kích thước lớn đem ly
tâm hỗn hợp sau xử lý phân tách thành 2 phần:
+ Pha lỏng được đưa vào tank chứa và tiếp tục chuyển qua các bộ phận tiếp
theo là pha chế môi trường lên men.
+ Pha rắn gồm CaSO
4
,

K
2
SO
4
, CaK
2
(SO4)
2
hỗn hợp này tiếp tục ly tâm lần 2
để thu dịch lỏng còn phần rắn được cung cấp cho nhà máy phân bón.
Thiết bị: Máy ly tâm nằm ngang.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.1 Thiết bị thuỷ phân. [6,tr 90]
Đồ án tốt nghiệp 17 Khoa Hóa

3.2.3 Pha chế dịch lên men
Mục đích : Tạo ra môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên
men tạo sinh khối. Môi trường gồm dịch rỉ đường và bổ sung các chất sau: [5, tr98]
K
2
HPO
4
0,2%
MgSO
4
0,1%
MnSO
4
0,005%
KH
2
PO
4
0,2%
Điều chỉnh pH đến 6,7÷6,9
Thiết bị: thiết bị pha chế dịch lên men.
3.2.4 Thanh trùng và làm nguội.
Mục đích: nhằm tiêu diệt vi sinh vật lạ (xạ khuẩn) dể nhiễm tạp trong quá
trình lên men.
Tiến hành: dịch được bơm ngựơc chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình trao
đổi nhiệt. Thanh trùng ở 110
0
C, thời gian: 15 phút, hơi có áp suất: 0,6 Mpa.
Dùng thiết bị thanh trùng alpha - laval.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.2 Máy ly tâm lắng nằm ngang, [6, tr208]
Hình 3.3 Thùng pha loãng rỉ đường
Đồ án tốt nghiệp 18 Khoa Hóa
3.2.5 Nhân giống
Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men.
Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau: [5, tr171]
Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 cấy truyền ra
ống thạch nghiêng đời 2 lên men bình lắc (giống cấp 1) nuôi trong
thùng tôn (giống cấp 2) lên men chính (giống cấp 3).
3.2.6. Lên men
Mục đích : Thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều
kiện thích hợp để chuyển hoá đường và đạm thành axit glutamic.Nồng độ dịch lên
men 8÷25%. [4, tr11]
Tiến hành : Lên men tiến hành qua 3 giai đoạn [5, tr174]
-Giai đoạn đầu : 8÷12h, giai đoạn này chủ yếu là tăng sinh khối. Các chất có
trong môi trường thẩm thấu vào tế bào làm cho vi khuẩn lớn lên đạt kích thước cực
đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Ở giai đoạn này axit glutamic tạo ra rất ít. pH có
tăng từ 6,5÷6,7 lên 7,5÷8 (do bổ sung urê).
-Giai đoạn giữa : từ giờ thứ 10,12 đến giờ thứ 24,26. Giai doạn này không
tăng số lượng tế bào hoặc tăng rất ít Lượng axit sinh ra nhiều làm pH giảm nên
phải bổ sung thêm urê để pH = 8.
-Giai đoạn cuối : Các quá trình xảy ra chậm dần cho đến khi hàm lượng
đường chỉ còn dưới 1% thì lên men kết thúc.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị thanh trùng bản mỏng
Đồ án tốt nghiệp 19 Khoa Hóa
Nhiệt độ luôn giữ ở 32
o

C.
Lượng không khí : 30÷40cm
3
/giờ cho 1m
3
môi trường.
Cánh khuấy hai tầng : 180÷200vòng/phút.
Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO
2
thoát ra.
3.2.7. Lọc tách sinh khối
Mục đích: axit glutamic tạo thành trong quá trình lên men được tiết ra ngoài
tế bào vì thế ta phải lọc loại sinh khối và thu dịch axit glutamic.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.5 Thiết bị lên men dạng trao đổi khối mạnh [6,tr203]
Đồ án tốt nghiệp 20 Khoa Hóa
Chọn thiết bị lọc: Dùng thiết bị lọc khung bản.
3.2.8.Cô đặc.
Mục đích: Dịch sau lên men có hàm lượng axit glutamic thấp khoảng 17%,
pH = 7 do đó cần tiến hành cô đặc để loại bớt nước, đưa dung dịch về nồng độ
khoảng 30 %, pH = 5,5 – 6.
Thiết bị :Thiết bị cô đặc chân không.


SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.6 Thiết bị lọc ép khung bản
[16]
Hình 3.7. Thiết bị cô đặc chân không

[17]
Đồ án tốt nghiệp 21 Khoa Hóa
3.2.9. Tẩy màu.
Mục đích là dùng than hoạt tính để hấp thụ những chất màu tạo cho dung
dịch axit glutamic có độ trong sáng.
Dùng thiết bị tẩy màu có cột than hoạt tính cố định và cho dung dịch đi qua
cột.
3.2.10. Axit hoá và kết tinh.
Mục đích : đưa pH của dung dịch về điểm đẳng điện của axit glutamic tạo
điều kiện thuận lợi cho quá trình làm lạnh và kết tinh.
Tiến hành : dung dịch có pH khoảng 5,5 – 6 do đó ta phải dùng H
2
SO
4
98 % để
điều chỉnh pH của dung dịch về pH = 3,2, đây là giá trị pH đẳng điện của dung dịch.
Trong quá trình kết tinh thì dùng nước lạnh đưa dung dịch axit glutamic về nhiệt độ 12
0
C
lúc đó tinh thể axit glutamic sẽ kết tinh. Cánh khuấy hoạt động làm axit glutamic kết tủa
thành cục to, tơi xốp. Tám giờ sau ngừng khuấy và hạ đến nhiệt độ không khí. Sau 48
giờ dung dịch tách 2 pha. Pha rắn là axit glutamic đã kết tinh lắng xuống đáy dưới, pha
lỏng là nước và một số axit glutamic tan vào đó gọi là nước cái. Phần kết tinh đem ly
tâm thu axit glutamic ẩm.
Thiết bị: Thiết bị kết tinh có cánh khuấy.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.8 Thiết bị kết tinh
Đồ án tốt nghiệp 22 Khoa Hóa
3.2.11. Ly tâm

Sau khi axit glutamic đã được kết tinh ta tiến hành ly tâm nhằm dễ dàng cho
quá trình sấy. Trong giai đoạn này tinh thể sẽ thu hồi, dịch sau ly tâm còn lẫn một ít
axit glutamic (khoãng 2%) và các vitamin, khoáng chất, các chất hữu cơ khác cùng
các tế bào vi khuẩn sẽ chuyển qua khu xử lý để làm phân vi sinh.
Thiết bị: Thiết bị ly tâm lọc tháo chất rắn tự động ở đáy.
3.2.12 Lọc:
Rửa tinh thể axit glutamic và tiếp tục lọc để làm khô
Thiết bị: Ta dùng thiết bị lọc băng tải.
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.9 Thiết bị ly tâm, [18]
Hình 3.10 Thiết lọc băng tải, [19]
Đồ án tốt nghiệp 23 Khoa Hóa
3.2.13. Sấy.
Mục đích: axit glutamic sau khi ly tâm vẫn còn một phần nước, cần tách ra
để để bảo quản được lâu khỏi bị chảy nước và phân hủy bởi vi sinh vật. Để loại
phần nước ra khỏi axit glutamic ta phải tiến hành sấy khô.
Tiến hành : Axit glutamic ẩm đưa vào thiết bị sấy nhờ cơ cấu rung và chạy
trên băng chuyền liên tục, không khí nóng được thổi liên tục vào làm bay hơi ẩm và
làm khô axit.
Nhiệt độ sấy <80
0
C thường từ 70- 80
0
C là thích hợp.
Quá trình kết thúc axit glutamic chỉ còn độ ẩm khoảng 0,5- 1%.
3.2.14. Bao gói
Sau khi sấy axit glutamic cho vào các túi polyetylen 2 lần. Tuỳ theo yêu cầu
mà khối lượng mỗi bao từ 100g÷0,5kg. Ở giữa túi có khi nhãn hiệu có ghi rõ khối
tịnh lượng, ngày sản xuất, hạn sử dụng và cách sử dụng.

Thiết bị : Máy đóng bao bì
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.11 Máy sấy băng tải, [20]
Đồ án tốt nghiệp 24 Khoa Hóa

3.2.14. Bảo quản
Các túi axit glutamic nhỏ 0,5kg được bọc trong 1 túi lớn khoảng 10kg được
bọc bằng giấy chống ẩm và đóng hộp các tông đưa qua nhập kho.

SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.
Hình 3.13 Axit glutamic
Hình 3.12 Máy đóng gói
[21]
Đồ án tốt nghiệp 25 Khoa Hóa
CHƯƠNG 4
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy.
Giả sử nhà máy ngày làm việc 3 ca.
Nhà máy sản xuất axit glutamic tinh thể với năng suất 2 tấn/ngày.
4.2. Giả thuyết.
Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau:
- Xử lý nguyên liệu 2,5%
- Ly tâm 2%
- Pha dịch lên men 1,5%
- Thanh trùng 1%
- Lên men 2%
- Lọc 2%

- Cô đặc chân không 3%
- Tẩy màu 1%
- Axit hoá kết tinh 1%
- Ly tâm 3%
- Lọc 2%
- Sấy 3%
- Làm nguội 1%
- Bao gói, thành phẩm 0,5%
4.3. Cân bằng vật liệu.
Năng suất của nhà máy là 2000 kg/ngày.
4.3.1. Bao gói, thành phẩm.
Tỉ lệ hao hụt là 0,5%
SVTH: Đặng Ngọc Viễn - Lớp 04SH GVHD: TS. Trương Thị Minh Hạnh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic hiện đại.