Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic hiện đại từ tinh bột sắn với năng suất 3820 tấn

Đồ án tốt nghiệp

-1-

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển của ngành cơng nghiệp thực phẩm nói chung và ngành cơng
nghiệp lên men nói riêng đóng vai trị quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, góp phần
làm đa dạng hóa nguồn thực phẩm cho xã hội và sản xuất ra nguyên liệu cho một số
ngành công nghiệp khác. Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công
nghiệp lên men cũng càng ngày phát triển và đặt được nhiều thành tựu to lớn, khơng
ngừng hồn thiện về số lượng và chất lượng.
Acid glutamic rất cần cho sự sống, tuy là một loại amino acid không phải thuộc
loại không thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại acid amin
đóng vai trị quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc
xây dựng protit, xây dựng các cấu tử của tế bào [8,Tr 5].
Acid glutamic có thể đảm bảo nhiệm vụ chức năng tổng hợp nên các amino acid
khác như alanin, losin, cystein, prolin, 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 protit và phần xám của não, đóng vai trị quan trọng trong các biến đổi
sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương [8,Tr 5].
Acid glutamic phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự do,
có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật. Trong mô acid glutamic tạo
thành từ NH3 và acid α-xetoglutaric. Trong sinh vật đặc biệt là vi sinh vật, acid
glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon [8,Tr 5].
Chính vì vai trị quan trọng của acid glutamic trong công nghiệp thực phẩm và
phi thực phẩm nên việc xây dựng thêm nhà máy sản xuất acid glutamic là một nhu cầu
thiết thực góp phần vào nền kinh tế đất nước.
Tơi xin trình bày đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic hiện đại từ
tinh bột sắn với năng suất 3820 tấn sản phẩm/năm.

CHƯƠNG 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-2-

Phát triển ngành công nghiệp chế biến thực phẩm là một yêu cầu cần thiết của
việc phát triển nền kinh tế nước nhà trong thời kỳ đổi mới của chúng ta. Để ngày càng
nâng cao mức sống của nhân dân, đáp ứng nhu cầu trong nước và tăng cường mở rộng
thị trường xuất khẩu, sự phát triển của ngành thực phẩm đặc biệt là ngành sản xuất bột
ngọt góp phần đem lại lợi nhuận cao cho nền kinh tế quốc dân
Acid glutamic là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất bột ngọt và cũng là
nguồn nguyên liệu để sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm, hóa chất,... Việc thiết lập nhà
máy sản xuất acid glutamic là cần thiết nó giải quyết được rất nhiều các sản phẩm nơng
nghiệp và thu hút được một lượng lớn lao động. Thiết lập được nhà máy như trên cần
nghiên cứu đến nhiều vấn đề sau.
1.1. Ðặc điểm thiên nhiên và vị trí xây dựng
Ðịa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp với quy hoạch và đảm bảo sự phát triển
chung về kinh tế ở địa phương. Em chọn địa điểm là tại tỉnh Ninh Bình.
Ninh Bình là một tỉnh nằm ở cửa ngõ cực nam miền Bắc và khu vực đồng bằng
Bắc Bộ, Việt Nam. Theo quy hoạch xây dựng phát triển kinh tế thì tỉnh này thuộc vùng
duyên hải Bắc Bộ. Ninh Bình giáp với Hịa Bình, Hà Nam ở phía bắc, Nam Định ở
phía đơng, Thanh Hóa ở phía tây, biển (vịnh Bắc Bộ) ở phía đơng nam. Trung tâm tỉnh
là thành phố Ninh Bình cách thủ đơ Hà Nội 93 km về phía nam. Ở vị trí điểm mút của
cạnh đáy tam giác châu thổ sông Hồng, Ninh Bình bao gồm cả ba loại địa hình. Vùng
đồi núi bán sơn địa ở phía Tây Bắc bao gồm các huyện Nho Quan, Gia Viễn, Hoa Lư,
Tam Điệp; vùng đồng bằng ven biển ở phía Đơng Nam thuộc 2 huyện Kim Sơn và Yên

Khánh. Xen giữa 2 vùng lớn là vùng chiêm trũng chuyển tiếp. Ninh Bình có bờ biển
dài 18km. Bờ biển Ninh Bình hàng năm được phù sa bồi đắp lấn ra trên 100m.
Ninh Bình nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa chịu ảnh hưởng của khí hậu ven
biển: mùa nóng, mưa nhiều từ tháng 5 đến tháng 10; mùa lạnh, khô từ tháng 11 năm
trước đến tháng 4 năm sau. Lượng mưa trung bình hàng năm: 1.700-1.800 mm; Nhiệt
độ trung bình 23,5 °C; Số giờ nắng trong năm: 1.600-1.700 giờ; Độ ẩm tương đối trung
bình: 80-85%. Diện tích:1.400 km², dân số (điều tra dân số 01/04/2009): 898.459
người với mật độ dân số 642 người/km². Ngoài ra Ninh Bình có hệ thống sơng ngịi
dày đặc như: sơng Đáy, sơng Hồng Long, sơng Càn, sơng Vạc, Sơng Vân... tạo thành

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-3-

mạng lưới giao thông thuỷ, bộ rất thuận tiện cho giao lưu phát triển kinh tế trong và
ngồi tỉnh [12].
Từ các thơng số trên cho thấy em xin chọn địa điểm đặt nhà máy tại huyện Yên
Khánh gần khu cơng nghiệp Khánh Phú với hướng gió chủ đạo là hướng Đơng Nam.

Hình 1.1 Bản đồ hành chính Ninh Bình [12].
1.2. Nguồn cung cấp nguyên liệu
Nguồn nguyên liệu chủ yếu của nhà máy là tinh bột sắn, được cung cấp từ các
nhà máy sản xuất tinh bột sắn tại khu vực Miền Trung – Tây Nguyên như: Nhà máy
Chế biến tinh bột sắn Như Xuân (Thanh Hóa), Nhà máy Tinh bột sắn Intimex Nghệ
An, nhà máy tinh bột sắn Quảng Trị,... Việc ổn định về nguồn nguyên liệu là điều kiện
thuận lợi cho nhà máy đi vào hoạt động và nâng cao năng suất, chất lượng tốt.
1.3. Khả năng hợp tác hố liên hợp hóa

Việc hợp tác hố giữa nhà máy thiết kế với các nhà máy khác về mặt kinh tế kỹ
thuật và việc liên hợp hoá sẽ giảm thời gian xây dựng giảm vốn đầu tư và hạ giá thành
sản phẩm. Nhà máy hợp tác về mọi mặt với các nhà máy khác về phương diện kỹ thuật
và kinh tế. Do nguồn nguyên liệu tinh bột sắn đều mua từ các nhà máy khác ngồi ra
cịn hợp tác với các nhà máy khác về bao bì, sắt tây, hộp cáctông, các cơ sở sản xuất
nguyên liệu phụ khác [10,Tr 7].
1.4. Giao thông vận tải
Nhà máy thiết kế nằm ngay trên trục giao thơng chính đảm bảo cả giao thông
đường bộ và cả đường thuỷ thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên nhiên liệu vào nhà
máy. Vì vậy vấn đề giao thơng khơng chỉ mục đích xây dựng nhà máy nhanh mà còn là

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-4-

sự tồn tại và phát triển nhà máy trong tương lai. Từ các vấn đề trên giao thông là điều
kiện cần thiết đối với nhà máy.
1.5. Nguồn cung cấp điện hơi nước
Việc sử dụng điện để chạy động cơ, thiết bị và chiếu sáng điện thế sử dụng
thường là 110-220V/360V. Ðể đạt yêu cầu phải lấy điện cao thế thường là 6 KV qua
hạ thế. Nhà máy sử dụng lưới điện của khu cơng nghiệp ngồi ra nhà máy cịn có máy
phát điện dự phịng để đảm bảo hoạt động liên tục [10,Tr 7].
Nước dùng trong nhà máy với mục đích chế biến, vệ sinh thiết bị và dùng cho
sinh hoạt. Nước phải có chỉ tiêu về độ cứng và vệ sinh cao phải đạt chỉ tiêu: chỉ số coli,
độ cứng, nhiệt độ, hỗn hợp vô cơ, hữu cơ trong nước.
Nguồn cung cấp lấy từ nhà máy nước, trong hệ thống của khu công nghiệp và
trong nhà máy có giếng đóng qua hệ thống xử lý và có đài nước để đưa vào phân xưởng.

Nhiên liệu sử dụng của nhà máy là than đá nhiệt lượng thấp (5.500-6.500
Kcal/Kg), được cung cấp thu mua tại vùng mỏ than của Quảng Ninh và nguồn khí
Biogas thu được từ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy
Giai đoạn đầu khi chưa có khí biogas thì dùng than đá để đốt lị hơi. Sau khi
có khí biogas, thì sử dụng than đá 40% và biogas 60% để vận hành lò hơi.
1.6. Nguồn cung cấp nhân cơng
Vì nhà máy đặt gần khu công nghiệp nên sẽ thu hút được cán bộ chuyên môn.
Cán bộ quản lý và cán bộ kỹ thuật của nhà máy được đào tạo tại các trường đại học:
Kinh tế, Bách khoa, Tổng hợp, ... học tại khu vực Hà Nội,... Do Ninh Bình và các tỉnh
lân cận là vùng đông dân cư nên việc tuyển dụng công nhân tại địa phương nhà máy là
dễ dàng. Đây là việc tiện lợi cho nhà máy xây dựng vì tiện cho việc sinh hoạt đi lại,
giảm cơng trình nhà ở, giảm được chi phí ban đầu. Ngồi ra thu hút cơng nhân có kinh
nghiệm, tay nghề cao để đáp ứng nhu cầu dây chuyền sản xuất hiện đại của nhà máy.
1.7. Thị trường tiêu thụ sản phẩm
Nhà máy sản xuất acid glutamic với công nghệ hiện đại hiện đại, chất lượng tốt
có khả năng tiêu thụ trong cả nước, đẩy lùi acid glutamic ngoại nhập và tương lai sẽ
xuất khẩu ra nước ngoài.
1.8. Xử lý chất thải

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-5-

Trong quá trình sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men ta sử dụng
một lượng nước khá lớn, do vậy ta thải ra môi trường là rất lớn. Tùy từng loại nước
thải mà có các biện pháp xử lý khác nhau:
- Đối với nước thải dùng cho quá trình sản xuất cần được xử lý, tái sử dụng.

- Nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy, vệ sinh thiết bị…thì được đưa vào hệ
thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý trước khi thải ra mơi trường.
- Đối với chất thải rắn thì được xử lý bằng phương pháp vi sinh sản xuất khí
biogas, xác men để sản xuất phân hữu cơ vi sinh hay thức ăn gia súc.
Tóm lại:
Với các điều kiện đã nêu trên thì khả năng xây dựng một nhà máy sản xuất acid
glutamic gần khu công nghiệp Khánh Phú thuộc huyện n Khánh, tỉnh Ninh Bình là
hồn tồn có thể, đồng thời có thể tạo ra bước chuyển hướng cơ cấu nơng thơn theo
hướng cơng nghiệp hố và góp phần kích thích sự phát triển của các ngành sản xuất
khác trong hệ thống cụm sản xuất công nghiệp của tỉnh qua đó thúc đẩy sự phát triển
kinh tế huyện.

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu về acid glutamic
2.1.1. Khái niệm
Trong đời sống thường nhật, acid amin nói chung và acid glutamic (L-AG) nói
riêng có một ý nghĩa to lớn. L-AG là một acid amin công nghiệp quan trọng [8,Tr 5].
Acid glutamic có cơng thức phân tử: C5 H9NO4
Thuộc loại acid amin có chứa một nhóm amin và hai nhóm cacboxyl. Điều chế bằng
cách tổng hợp hoặc lên men gluxit.
Acid glutamic có cơng thức hóa học là:

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-6-

Hình 2.1. Cấu trúc phân tử của acid glutamic [13].

Acid glutamic là những tinh thể không màu.
Nhiệt độ nóng chảy là tnc = 247 - 249 oC (phân huỷ).
Thăng hoa ở 200 oC.
Độ quay cực riêng với tia D ở 22- 31oC.
Ít tan trong nước, etanol; khơng tan trong ete, axeton.
Acid L (+) - glutamic có vị ngọt của thịt, cịn acid D (–) - glutamic khơng có vị đó.
Mononatriglutamat (NaOOCCH2CH2CH(NH2)COOH) dễ tan trong nước, thường gọi là
mì chính (bột ngọt) được dùng làm gia vị [14].
2.1.2. Vai trò của acid glutamic
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu để sản xuất acid glutamic được đẩy
mạnh nhất. Càng ngày ta càng sử dụng nhiều acid glutamic trong việc nâng cao sức
khỏe và điều trị một số bệnh của con người [8,Tr 5].
Acid glutamic rất cần cho sự sống, tuy là một loại amino acid không phải thuộc
loại khơng thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại acid amin
đóng vai trị quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc
xây dựng protit, xây dựng các cấu tử của tế bào [8,Tr 5].
Acid glutamic có thể đảm bảo nhiệm chức năng tổng hợp nên các amino acid
khác như alanin, losin, cystein, prolin, 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 protit và phần xám của não, đóng vai trị quan trọng trong các biến đổi
sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương, vì vậy trong y học còn sử dụng acid glutamic trong
trường hợp suy nhược hệ thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc NH 3 vào cơ
thể, một số bệnh về tim, bệnh teo bắp thịt,…[8,Tr 5].
Acid glutamic dùng làm thuốc chữa các bệnh thần kinh và tâm thần, bệnh chậm
phát triển trí óc ở trẻ em, bệnh bại liệt, bệnh hơn mê gan [8,Tr 5].
Acid glutamic cịn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa
chất quan trọng: N-Acetylglutamat là chất hoạt động bề mặt, vi sinh vật có thể phân
giải được, ít ăn da, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm, xà phòng và dầu
gội đầu. Acid oxopyrolidicarboxylic, một dẫn xuất khác của acid glutamic được dùng

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-7-

làm chất giữ ẩm trong mỹ phẩm. Acetylglutamat được dùng trong xử lý ô nhiễm nước
biển do dầu hỏa và dầu thực vật gây nên [8,Tr 5].
Acid glutamic phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự do,
có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật. Trong mô acid glutamic tạo
thành từ NH3 và acid α-xetoglutaric. Trong sinh vật đặc biệt là vi sinh vật, acid
glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon [8,Tr 5].
2.2. Nguyên liệu sản xuất acid glutamic
Nguyên liệu giàu gluxit: tinh bột, rỉ đường, glucoza, sacaroza v.v… Em chọn
nguyên liệu là tinh bột sắn.
2.2.1. Thành phần cấu tạo của 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 khơng 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%
Đạm

: 0,1 ÷ 0,4%
Chất khống : 0,1÷ 0,6%
Chất hịa tan : 0,1 ÷ 1,3%
Hình
2.2. Tinh bột sắn [15 ].
Tinh bột sắn có kích thước xờ dch trong khong khỏ rng 5 ữ 40 àm. 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 ngơ và tinh bột gạo ở những chổ khơng
có hình đa giác.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-8-

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 ÷ 800 C [8,Tr 16].
2.2.2. Thu nhận glucoza từ tinh bột sắn
- Phương pháp thủy phân bằng acid: Trong sản xuất công nghiệp người ta thường sử
dụng dung dịch đường glucoza thủy phân từ tinh bột bằng acid hoặc enzim. Có hai loại
acid: HCl và H2SO4 . Dùng HCl thời gian thủy phân ngắn nhưng không tách được gốc
acid ra khỏi dung dịch. Dùng H2SO4 thời gian thủy phân dài, nhưng có thể tách gốc
SO42- ra khỏi dịch đường bằng cách dùng CaCO3 trung hòa dịch thủy phân [8,Tr 16].
- Phương pháp thủy phân bằng enzim: Hai loại enzim được dùng nhiều cho q trình
này là α-amylaza và γ-amylaza, α-amylaza có nhiệm vụ phá hủy các mối liên kết α-1,4glucozit của tinh bột tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng lớn như dextrin bậc cao,
dextrin bậc thấp, mantotrioza và cuối cùng là maltoza. γ-amylaza có tác dụng thủy
phân mối liên kết α-1,4 và α-1,6-glucozit bắt đầu từ đầu không khử trên mạch amiloza

và amilopectin và sản phẩm cuối cùng là glucoza. Mỗi enzim có pH và nhiệt độ thích
hợp, pH và nhiệt độ tối ưu của mỗi loại enzim phụ thuộc vào nguồn gốc của nó. Trong
cơng nghiệp người ta thường kết hợp α-amylaza bền nhiệt với γ-amylaza của nấm mốc
để thủy phân tinh bột thành đường glucoza [8,Tr 16].
Dịch đường sản xuất theo phương pháp enzim có hiệu suất chuyển hóa cao hơn
phương pháp acid, khơng chứa gốc acid và tạp chất có hại, rất thích hợp cho việc sản
xuất glucoza tinh thể và cho lên men nhờ vi sinh vật.
Từ các tính chất ưu và nhược điểm nêu trên em xin chọn nguyên liệu sản
xuất acid glutamic từ tinh bột sắn nhờ kết hợp α-amylaza bền nhiệt với γ-amylaza
của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành đường glucoza.
2.3. Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men
Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra các acid amin
từ các nguồn gluxit và đạm vơ cơ. Phương pháp này đang có nhiều triển vọng phát triển ở khắp
các nước, nó tạo ra được nhiều loại amino acid như: acid glutamic, lizin, valin, alanin,
phenylalanin, tryptophan, methinonin, …
Phương pháp lên men có nguồn gốc từ Nhật Bản, năm 1956 khi mà Shukuo và Kinoshita sử
dụng chủng Micrococcus glutamicus sản xuất glutamat từ môi trường có chứa glucoza và

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-9-

amoniac. Sau đó một số lồi vi sinh vật khác cũng được sử dụng như Brevi Bacterium và
Microbacterium.
Tất cả các lồi vi sinh vật này đều có một số đặc điểm sau:
+ Hình dạng tế bào từ hình cầu đến hình que ngắn
+ Vi khuẩn Gram (+)

+ Hơ hấp hiếu khí
+ Khơng tạo bào tử
+ Khơng chuyển động được, khơng có tiên mao
+ Biotin là yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển
+ Tích tụ một lượng lớn glutamic từ hydrat cacbon và NH4+ trong mơi trường có sục khơng khí.
Phương pháp này có nhiều ưu điểm nên đang được nghiên cứu và ứng dụng ở nước ta
và các nước trên thế giới.
Ưu điểm chính:
+ Không sử dụng nguyên liệu protit.
+ Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mịn.
+ Hiệu suất cao, giá thành hạ.
+ Tạo ra acid glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao.
Với những trình bày ở trên thì phương pháp lên men có nhiều ưu thế hơn hết
trong việc sản xuất acid glutamic. Nên đối với đề tài thiết kế này tôi chọn phương
pháp lên men để sản xuất acid glutamic.
2.4. Các phương pháp lên men acid glutamic
Sản xuất acid 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.
2.4.1. Phương pháp lên men hai giai đoạn
Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α-Ketoglutaric bằng các kĩ
thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật. Sau đó chuyển hố α-Ketoglutaric thành acid
glutamic nhờ enzim aminotransferase và glutamatdehydrogenase.
Giai đoạn chuyển từ α-Ketoglutaric thành acid glutamic có thể sử dụng nhiều
chủng khác nhau như Pseudomonas, Xantonomas, Ervinia,Bacillus,Micrococus. Với
môi trường cho trước cho phép ta tạo ra acid glutamic mà khơng tích luỹ acid αKetoglutaric lượng lớn trong mơi trường.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-10-

Q trình chuyển hố acid glutamic được thực hiện qua hai kiểu phản ứng sau:
+ Chuyển amin:
a min otransferza
Acid α-Ketoglutaric + acid amin ←    → L-glutamic + acid xetonic


+ Amin hoá khử:
L−
α-Ketoglutaric + NH4 + NADH + H+(NAD+H+) ←glutamicdehydrogenaza → L-glutamic + H2O



+ NADP+(NAD+).
Enzim aminotransferase được lấy từ dịch nuôi cấy các vi khuẩn thối rữa như
Flavobacterium, Achromobacter, Micrococus…
Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzim và acid amin làm
nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp. [9,Tr 6].
2.4.2. Phương pháp lên men một giai đoạn
Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất L-glutamic ngay trong dịch nuôi cấy
bằng một loại vi sinh vật duy nhất. Các sinh vật này đều có hệ enzim đặc biệt có thể
chuyển tiếp đường và NH3 thành acid glutamic trong môi trường.
- Ưu điểm:
+Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao.
+Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền,dễ kiếm.
+Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá
trìng lên men [6,Tr 8].
Với những ưu điểm như vậy, ở đây tôi chọn phương pháp lên men một giai

đoạn để sản xuất acid glutamic.
2.5. Các sản phẩm của q trình lên men acid glutamic
2.5.1. Sản phẩm chính-Acid glutamic [8,Tr 82].
Phương trình tổng quát của quá trình tạo acid glutamic từ glucoza hay axetat và
NH3 được biểu diễn như sau:
Glucoza + NH3 + 1,5O2
Acid glutamic + CO2 + 3H2O
Axetat + NH3 + 1,5O2
Acid glutamic + CO2 + 3H2O
Sản phẩm chính là acid 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 hố chỉ là 45 ÷ 50%
trong sản xuất và 55 ÷ 57% giống tự nhiên hay 61 ÷ 62% từ giống đột biến trong
nghiên cứu ở phịng thí nghiệm.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-11-

2.5.2. Sản phẩm phụ
2.5.2.1. Acid lactic
Trong điều kiện tối ưu, acid 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 hồ tan. Đơi khi sự thay đổi
nhiệt độ đột ngột từ 30÷37 0C cũng dẫn tới việc biến quá trình lên men acid glutamic
thành quá trình lên men acid lactic như đã xảy ra với B.divaricatum [8, Tr 82].
2.5.2.2. Acid sucxinic

Cũng được tạo ra nhiều khi môi trường thừa biotin hoặc thiếu oxy hoà tan [8, Tr 82].
2.5.2.3. Acid α- xetoglutaric
Mọi q trình sinh tổng hợp đều có phản ứng tạo acid glutamic từ αxetoglutaric nhờ xúc tác của hai hệ thống enzim transaminaza và acid glutamic –
dehyrogenaza. Phản ứng này thực hiện được hồn tồn khi mơi trường có dư NH 4+ và
pH từ trung tính đến kiềm yếu. Nếu môi trường thiếu NH 4+ và pH ở phạm vi acid yếu
thì phản ứng trên khơng thực hiện được và α- xetoglutaric bị tích tụ ngày một nhiều
trong mơi trường thay vì acid glutamic [8,Tr 82].
2.5.2.4. Sản phẩn khác
Glutamin, alanin, L- acetylglutamin, aspatic... [8,Tr 82].
2.6. Vi sinh vật trong sản xuất acid glutamic
Tham gia vào quá trình lên men để sản xuất axit glutamic ta chọn vi sinh vật
thường dùng là: Corynebacterium glutamicum
Brevibacterium lactofermentus
Micrococus glutamicus
Các chủng sản xuất acid 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 cơng nghiệp cho ít nhất
30g/l thuộc các chi Corynebacterium, Brevibacterium, Microbacterrium, hoặc
Athrobacter.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-12-

Ở đây, em chọn chủng Corynebacterium Glutamicum VN 3969 của Trung Quốc

lượng sử dụng là 105-110g/l, không bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống này có khả năng
sinh tổng hợp acid glutamic cao và khơng bị khống chế bởi nồng độ biotin.
Đặc điểm: Gram(+), que ngắn, khơng vận động, hình
chữ V hoặc song song từng đơi một, chiều dài từ 0,81µm, rộng 1-3µm. Khuẩn lạc dày trọn và nhô lên khỏi
mặt thạch, thuộc vi khuẩn hiếu khí. Sống ở nhiệt độ
thích hợp là 30-32oC trong 48 giờ.
Hình 2.3. Vi khuẩn
Corynebacterium Glutamicum [16].
2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành axit glutamic
2.7.1. Nguồn cacbon
Nguồn cacbon cung cấp chẳng những các đơn vị bộ khung cacbon của acid
glutamic mà còn cung cấp năng lượng cần thiết cho q trình sinh tổng hợp của chúng.
Có bốn dạng nguồn cacbon đã được dùng để lên men acid glutamic. Đó là cacbon
hydrat, cacbua hydro, cồn và axit hữu cơ. Trong đó cacbon hydrat được dùng rộng rãi
nhất [8,Tr 66].
Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp acid 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 acid glutamic càng
thấp, hàm lượng acid glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các enzim cần cho oxy hoá
glucoza và α-xetoglutaric decacboxylaza càng cao.
2.7.2. Nguồn nitơ
Cung cấp nitơ cho quá trình lên men acid 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 acid
glutamic. Người ta thường dùng các loại muối chứa NH 4+ như NH4Cl, (NH4)2SO4,
(NH4)2HPO4, NH4H2PO4, NH4OH hay khí NH3 hoặc urê làm nguồn cung cấp nitơ [8,Tr
67].
2.7.3. Nguồn muối vô cơ khác

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic

Đồ án tốt nghiệp

-13-

Các ion vô cơ cần ch sinh trưởng và tích luỹ acid glutamic. Sự có mặt của các
ion sau đây là cần thiết: K+, Mg+2, Fe+2, Mn2+, SO4+2, PO4+3. Liều lượng thường được dùng
như sau:
K2HPO4: 0,05 ÷ 0,2%
FeSO4: 0,0005 ÷ 0,01%
KH2PO4: 0,05 ÷ 0,2%
MnSO4: 0,0005 ÷ 0,005%
MgSO4: 0,025 ÷ 0,1%
Trong đó K+, Fe+2 và đặc biệt Mn2+ là quang trọng để thu lượng lớn acid
glutamic. Ion K+ cần cho tích luỹ axit glutamic nhiều hơn là cho sinh trưởng [8,Tr 67].
2.7.4. Nguồn các chất điều hoà sinh trưởng
Chất điều hoà sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men acid
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 [8,Tr 67,68]. Ngày nay
người ta sản xuất ra chủng vi sinh vật khơng cịn phụ thuộc vào nồng độ cao hay thấp
của biotin sử dụng nữa.
2.7.5. Ảnh hưởng của pH
pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo acid glutamic của vi khuẩn sinh acid glutamic
là trung tính hoặc kiềm cơ khác gây nên. Do đó liên tục bổ sung NH +4 để thực hiện yếu
ở pH = 6,7÷8. Trong suốt q trình lên men mơi trường ln có xu hướng trở nên acid
do sự hình thành acid glutamic và các acid hữu hai chức năng cơ bản là điều chỉnh pH
và cung cấp NH3 cho việc tổng hợp phân tử acid glutamic. Nguồn NH 4+ sử dụng phổ
biến là: Urê, nước NH3, khí NH3, NH4Cl,... [8,Tr 68].
2.7.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp nhất cho q trình lên men là 26 ÷ 37 0C, trong thực tế lên

men giai đoạn đầu ở 30 ÷ 32 0C và giai đoạn cuối là 36 ÷ 37 0C [8,Tr 68].
2.7.7. Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn
Sự cung cấp oxy và khuấy trong khi lên men có ý nghĩa vơ cùng quan trọng. Nó
nhằm hai mục đích: Thứ nhất duy trì nồng độ oxy hồ tan ở mức trên giá trị tới hạn;
Thứ hai khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích luỹ acid
glutamic của vi khuẩn [8,Tr 69].

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-14-

CHƯƠNG 3. CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH SẢN
XUẤT ACID GLUTAMIC
3.1. Quy trình sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men trực tiếp
Qua tham khảo các tài liệu em xin đưa ra quy trình sản xuất acid glutamic với
năng suất 3820 tấn sản phẩm/năm cho nhà máy thiết kế như sau: [8], [6], [11].
Tinh bột sắn
Hòa trộn

Bx=33-40%

Cặn, bã

Lọc cặn bã

α_amylaza

Dịch hóa

Nước

Làm nguội

t=60-62oC

γ_amylaza

Đường hóa

pH=4,2-4,5; t=60-62oC;
T=70 giờ

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic

pH=5,9-6; t=95-100oC;
T=40 phút


Đồ án tốt nghiệp

-15-

Chất khoáng

Pha chế dịch
lên men

pH=6,7-6,9

Giống sản xuất

Thanh trùng,
làm nguội

t1=120oC ; T=15 phút
t2=28-30oC

Giống cấp II
Giống cấp I
(Corynebacterium
Glutamicum)

Lên men

Lọc trong
Cơ đặc chân
khơng

Than hoạt tính

Tẩy màu

Than hoạt tính

Lọc ép

H2SO4 98%

Kết tinh

Urê 1,8%; dầu lạc 0,1%;
Bx=10%; pH=6,7-8;
t=32oC; T=40 giờ.
O2=40-90mg/lít.phút
t=70oC; Pck=600mmHg
Phơi≤1kg/cm2;Bx=30%

Ly tâm
Lọc rửa

Sấy , làm nguội

Phân loại

Đóng gói

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic

pH=3,22; T=50 giờ


Đồ án tốt nghiệp

-16-

Acid glutamic

3.2. Thuyết minh quy trình sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men
trực tiếp
3.2.1. Hòa tan tinh bột sắn
Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi dễ dàng cho
q trình thuỷ phân.
Thơng số kỹ thuật:
Sử dụng nước nóng to=52-59oC.
Nồng độ tinh bột hòa tan khoảng 33-40 %. [11].
Thiết bị:
Sử dụng thiết bị hịa tan hình trụ có đáy hình cơn có cửa xả liệu, bên trong có
cánh khuấy.
3.2.2. Lọc cặn bã
Mục đích: Nhằm làm sạch tinh bột trước khi đưa vào thủy phân.
Thiết bị: Sử dụng thùng lọc hình trụ, thép khơng rỉ, phía trên có màng lọc bằng thép.
Dung dịch tinh bột được chảy qua màng lọc bằng kim loại, đặt trong thùng lọc.
3.2.3. Dịch hóa
Mục đích: Chuyển hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung dịch hịa tan chứa các
dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn.
α - amylaza, H2O
(C6H10O5)n
(C
( C6H12O5 )a + (C6H12O5 )b
Trong đó (a+b=n)
Thơng số kỹ thuật :
Sử dụng enzym α - amylaza bền nhiệt. Q trình dịch hóa bằng enzym α amylaza được tiến hành ở t0 = 95 ÷ 110, pH = 5,9-6,1. Thời gian 40 phút.
Tên chế phẩm enzym α - amylaza được sử dụng là Termamyl 120L của hãng NovoĐan mạch.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic

Đồ án tốt nghiệp

-17-

Thiết bị: Sử dụng thiết bị nồi nấu bán nguyệt như sau.

Hình 3.1. Nồi nấu bán nguyệt [17].
Đặc điểm:
Nồi nấu inox hai vỏ sử dụng điện hoặc hơi để trao đổi nhiệt, giúp cải thiện chất
lượng sản phẩm, tiết kiệm lao động.
Thiết bị làm việc ở áp suất thường, hơi nóng đi giữa hai lớp vỏ để tiến hành trao đổi
nhiệt. Sau khi nguyên liệu đặt yêu cầu thì sử dụng tay quay quay đổ liệu ra. Phía dưới
đáy nồi là cửa tháo nước ngưng.
3.2.4. Làm nguội
Mục đích: Dịch tinh bột sau khi dịch hóa có nhiệt độ khoảng 95 -1100 C. Do đó, phải làm
nguội để nhiệt độ dịch tinh bột giảm xuống khoảng 60-620 C rồi đi đường hóa.
Thơng số kỹ thuật: Nhiệt độ làm nguội là 60-620 C. Sử dụng nước làm lạnh để trao đổi
nhiệt.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống Contherm. Dịch trao đổi nhiệt gián tiếp
với nước làm nguội qua ống bằng cách dịch đi từ dưới lên. Chất tải lạnh đi từ trên xuống.

Sản phẩm ra

3.2.5. Đường hóa

Sản phẩm vào

Chất tải lạnh vào

Chất tải lạnh ra

Hình 3.2.Thiết bị trao đổi nhiệt Contherm [18].

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-18-

Mục đích: Nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucoza – nguồn dinh dưỡng mà
vi sinh vật lên men có thể sử dụng được.
Trong giai đoạn đường hóa, dịch thu được sau q trình dịch hóa được tiếp tục thủy
phân tới glucoza.
γ-amylaza
(C6H10O5)a + n H2O
a C6H12O6
Thông số kỹ thuật:
Để q trình đường hóa xảy ra hồn tồn, người ta
sử dụng enzim γ-amylaza, để bổ sung enzyme γ amylaza người ta sử dụng chế phẩm enzyme
Dextrozazym GA
Quá trình đường hóa này là: pH = 4,2 – 4,5; nhiệt độ 60
– 62oC; Thời gian là 70 giờ.
Thiết bị: Ta sử dụng thiết bị hai vỏ làm bằng thép
khơng rỉ có cánh khuấy.
Hình
3.3. Thiết bị đường hóa [32].
3.2.7. Pha chế dịch lên men
Mục đích: Phối trộn giữa dịch tinh bột đã đường hóa và các chất khống vào tạo ra
mơi trường thích hợp thuận lợi cho vi sinh vật Corynebacterium Glutamicum lên men

tạo sinh khối sau này.
Thông số kỹ thuật:
pH được điều chỉnh đến 6,7-6,9
Dịch pha chế có nồng độ đường Bx=8-25%. Ta chọn dịch pha chế nồng độ 10%.
Nồng độ hóa chất sử dụng [6,Tr 12].
K2HPO4: 0,125%
MgSO4: 0,075%
MnSO4: 0,00275%
KH2PO4: 0,125%
FeSO4: 0,00525%
Urê: 1,8%
Thiết bị:

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-19-

Sử dụng thiết bị pha chế thân hình trụ đáy và nắp hình cầu làm bằng thép khơng
gỉ giống thiết bị hịa tan tinh bột nhưng khác về kích thước.
3.2.6. Thanh trùng, làm nguội
Mục đích :
- Thanh trùng : Thanh trùng nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây hại trong môi trường
dinh dưỡng trước khi lên men.
- Làm nguội: Hạ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ thích hợp với vi sinh vật để
lên men.
Thơng số kỹ thuật :
Nhiệt độ thanh trùng là 120oC, Thời gian 15 phút. Nhiệt độ làm nguội là 2830oC.

Thiết bị : Sử dụng thiết bị thanh trùng dạng tấm. Thiết bị gồm những bản mỏng gép lại
với nhau, trên tấm bản có các rãnh để dịch trao đổi với tác nhân truyền nhiệt.

Hình 3.4. Thiết bị thanh trùng dạng tấm [19].
3.2.8. Nhân giống
Mục đích :
Tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men.
Giống sử dụng là Corynebacterium Glutamicum VN 3969 của Trung Quốc lượng
sử dụng là 105-110g/l, khơng bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống này có khả năng
sinh tổng hợp acid glutamic cao và không bị khống chế bởi nồng độ biotin.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-20-

Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau:
Giống gốc Corynebacterium Glutamicum tiến hành nhân giống trong phịng thí
nghiệm của nhà máy, đem thử nghiệm đặt yêu cầu thì tiến hành nhân giống cấp I, cấp
II. Kiểm tra kỹ trước khi đưa đi nhân giống sản xuất.
Tại phịng thí nghiệm, giống gốc được cấy chuyền sang các ống thạch nghiêng
rồi tiến hành cấy vào các bình tam giác rồi đi lên men trên máy lắc.
Thơng số kỹ thuật: Qua tài liệu tham khảo [8] sau đây em xin đưa ra mơi trường nhân
giống thích hợp là:
- Mơi trường thạch nghiêng: Pepton 1%; Cao thịt bị 1%; NaCl tinh chế 0,5%; Thạch
2%.
- Môi trường giống cấp I: Đường glucoza tinh khiết 2,5%; Rỉ đường 0,25%; Nước
chấm 0,32%; MgSO4.7H2O 0,04%; Fe, Mn (đã pha 2000g/l) 0,002%; Urê 0,5%; B 1 (đã

pha 150g/l) 0,00015% [8, Tr 117].
- Môi trường giống cấp II: Ví dụ ứng với thể tích thiết bị lên men 60 lít: Đường
glucoza 2000g; MgSO4 24g; H3PO4 60g; KOH; pH=9; Nước chấm 300ml; Rỉ đường
600g; Urê 480g; Dầu lạc 60ml; B1 20mg [8, Tr 117].
Chuẩn bị mơi trường:
Các chất được hồ trộn cùng với nước đặt nồng độ dịch đường là 10%, sau đó
thanh trùng ở 1200C trong thời gian 30 phút. Sau đó làm nguội xuống còn 32 0C và tiến
hành lên men .
Tiến hành:
Quá trình ni giống khống chế ở nhiệt độ 32 0C, áp suất 1kG/cm3 cho tiếp urê và
dầu lạc như quá trình lên men chính, lượng khơng khí cho vào khoảng: 850 ÷ 1100
lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng khơng khí tăng dần tính từ giống nhỏ sang
lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lít khơng khí/lít mơi trường /1 phút).
Đến giờ thứ 8 hoặc 9 là dùng được. Nồng độ giống là 10g/lít [8, Tr 119].
Thiết bị:
Bồn nhân giống làm bằng thép khơng rỉ thân hình trụ có đáy và nắp hình chỏm
cầu giống thiết bị hòa tan tinh bột nhưng khác về kích thước.
3.2.9. Lên men
Mục đích: Chuyển hóa đường và đạm thành acid glutamic.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-21-

Thông số kỹ thuật:
- Nồng độ đường ban đầu là Bx=10%;
- Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC. Giai đoạn đầu nhiệt độ là 30-32oC, giai đoạn sau tăng

lên 36-37oC.
- Q trình lên men hiếu khí, nên ta phải cung cấp O 2 cho quá trình lên men.
Lượng O2 cung cấp là: 40-90mg/lít.phút. Nếu thừa O2 sản phẩm chủ yếu là αXetoglutarat, còn nếu thiếu O2 sản phẩm chủ yếu là acid lactic.
- Cánh khuấy hai tầng: v= 450 vịng/phút.
- pH=6,7-8. Q trình lên men pH thay đổi do có sự tạo thành acid hữu cơ nên ta
điều chỉnh pH bằng các muối amoni, NH3 để cung cấp nitơ.
- Biotin: Ngày nay người ta sử dụng chủng loại vi sinh vật khơng phụ thuộc vào
hàm lượng biotin vì vậy hàm lượng biotin khơng cịn ảnh hưởng đến sự lên
men.
- Thời gian lên men là 38-40h, chọn 40h, [11].
Trong quá trình lên men, đường được bổ sung liên tục tới cuối giai đoạn giữa.
Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO2 thoát ra.
Xử lý bọt: Trong quá trình lên men, do hoạt động các chất men của vi khuẩn, thải ra
nhiều CO2, tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp để phá bọt.
Ta dùng dầu lạc thơ để phá bọt [6, Tr 10].
Thiết bị:
Sử dụng thiết bị nhãn hiệu FXG60.0, làm bằng thép khơng rỉ có cánh khuấy bên
trong. Nó là một loại của một thiết bị sử dụng cho các vận động cơ khí và vật liệu lên
men. Thiết bị làm bằng thép không gỉ. Thiết bị lên men có hệ thống sục khí đặt bên
trong thiết bị. Ngoài ra, xung quanh thiết bị được bao phủ bởi một lớp áo để sưởi ấm
hoặc làm mát lưu thông các bộ phận bên trong thiết bị.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-22-

Hình.3.5. Thiết bị lên men [22].

3.2.10. Lọc dịch sau lên men
Mục đích: Tách bã và xác men ra khỏi dịch có chứa acid glutamic.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị lọc khung bản.

Hình.3.6. Thiết bị lọc khung bản [31].
Đặc điểm:
Thiêt bị làm bằng chất chống ăn mòn thép khơng gỉ, để lọc dịch có các giá trị pH
khác nhau, ứng dụng của thiết bị lọc áp lực hạn chế, ít hao mịn, chất lượng tốt lọc hiệu
quả cao. Bao gồm các tấm bộ lọc, bộ lọc khu vực, một lưu thơng lớn, và có thể được
lọc theo giải pháp của quá trình sản xuất khác nhau theo yêu cầu, và lưu lượng sản xuất
dựa trên người dùng. Số lượng của tấm có thể thay đổi được sao cho phù hợp với yêu
cầu sản xuất, vì vậy thiết bị này rất linh hoạt trong sản xuất. Thiết bị có các tấm lọc

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-23-

hình phẳng, kết cấu tiên tiến, biến dạng, dễ dàng làm sạch, hiệu quả có thể tăng tuổi
thọ của màng tế bào, làm giảm chi phí sản xuất.
3.2.11. Cơ đặc
Mục đích : Nhằm làm tăng nồng độ của dịch acid glutamic trước khi kết tinh.
Thông số kỹ thuật:
Vì dịch sau lên men có nồng độ acid glutamic khoảng 17 %, ta đưa vào hệ thống
cô đặc chân khơng để tạo dung dịch axit glutamic có nồng độ khoảng 30%.
Nhiệt độ cô đặc chân không là 70oC [6, Tr 12].
Thiết bị: Sử dụng thiết bị cô đặc chân khơng.
Thơng số kỹ thuật của thiết bị có thể thay đổi được theo u cầu.

Hình 3.7. Thiết bị cơ đặc chân khơng [23].
Đặc điểm:
Thiết bị này bao gồm có 2 phần chính là buồng bốc hơi và buồng đốt liên hệ với
nhau bởi ống nối. Dịch đi vào buồng đốt được đun sôi tạo thành hỗn hợp hơi - lỏng đi
vào phòng bốc. Dung dịch đặc đi ra ở phần dưới của phòng bốc. Thiết bị này dễ dàng
vận hành, dễ vệ sinh, hình đẹp, gương, đánh bóng nội bộ, màu sắc mờ bề mặt bên
ngoài của cán nguội, phù hợp với yêu cầu vệ sinh thực phẩm của y học, các tiêu chuẩn
GMP.
3.2.12. Tẩy màu
Mục đích : Dùng than hoạt tính để hấp thụ
những chất màu, tạp chất được sinh ra trong quá
trình
lên
men.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-24-

Dùng thiết bị tẩy màu có cột than hoạt tính cố định và cho dung dịch cần tẩy di qua cột.
Hình 3.8. Than hoạt tính [24].

Hình 3.9. Hệ thống tẩy màu bằng than hoạt tính [25].
Trong hệ thống tẩy màu trên thiết bị số 12 là thiết bị tẩy màu bằng than hoạt tính,
dịch đi từ trên xuống trong thiết bị có chứa than hoạt tính sau một thời gian hấp thụ
màu dịch đã được xử lý chảy ra ở phía dưới được bơm 14 bơm đi.

3.2.13. Lọc ép
Mục đích : Sau khi ra khỏi thiết bị tẩy màu dịch có thể có lẫn than hoạt tính nên được
đưa đi lọc ép làm sạch.
Thiết bị : Sử dụng thiết bị lọc khung bản giống thiết bị lọc dịch sau lên men.
3.2.14. Kết tinh
Mục đích :
Tách lấy acid glutamic ra khỏi dịch lên men.
Có rất nhiều phương pháp kết tinh acid glutamic: phương pháp điểm đẳng điện,
phương pháp dùng dung môi hữu cơ, phương pháp hydroclorit của axit glutamic,
phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện thẩm tích.
Em chọn phương pháp kết tinh bằng phương pháp điểm đẳng điện vì phương
pháp này đơn giản, dễ thực hiện, đang được áp dụng nhiều. Bằng cách đưa pH dung
dịch về điểm đẳng điện của acid glutamic tạo điều kiện thuận lợi cho q trình làm
lạnh và kết tinh.
Tiến hành:
Tồn bộ dung dịch acid glutamic thu được trên được đưa về thùng kết tinh. Cho
cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa acid glutamic kết tủa quá sớm, kết tinh

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic


Đồ án tốt nghiệp

-25-

nhỏ và hiệu quả thấp. Cho H2SO4 98% vào để tạo điểm đẳng điện ở PH=3,22 thì thôi và
bắt đầu làm lạnh.
Dịch acid glutamic sau khi đạt pH đẳng điện thì cho nước lạnh khoảng 5 0C vào vỏ
thùng và làm lạnh. Trong quá trình này cánh khuấy hoạt động liên tục làm cho acid
glutamic kết tinh xốp và tơi, sau ít nhất 48 giờ thì q trình kết tinh kết thúc. Chọn thời

gian kết tinh là 48h [8, Tr 128].
Thiết bị: Thiết bị kết tinh làm bằng thép khơng gỉ có áo lạnh bên ngồi thân hình trụ
đáy và nắp hình chỏm cầu.

Hình 3.10. Thiết bị kết tinh [26].
3.2.15. Ly tâm
Mục đích: Tách pha rắn và pha lỏng sau khi kết tinh nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho
quá trình sấy.
- Pha rắn: gồm acid glutamic đã kết tinh và lắng xuống, thu được acid glutamic
ẩm.
- Pha lỏng: gồm nước và một ít acid glutamic khơng kết tinh hịa tan vào ta gọi đó
là nước cái. Phần nước cái đưa đi kết tinh lại.
Thiết bị: Sử dụng thiết bị ly tâm ngang để tách pha rắn acid glutamic và pha lỏng là
nước ra.

Thiết kế nhà máy sản xuất Acid Glutamic