Đang tải... (xem toàn văn)
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN PHỤC VỤ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ********* KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN PHỤC VỤ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU GVHD : TS. Trịnh Văn Dũng SVTH : Trần Minh Trí MSSV : 01126191 Niên khóa : 2001 – 2005 Tp Hồ Chí Minh 08- 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Độc lập – Tự do - hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh Bộ môn : Công Nghệ Sinh Học NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên : TRẦN MINH TRÍ MSSV : 01126191 Lớp : DH01SH Niên khóa : 2001 – 2005 1. Đầu đề luận án : Thiết kế phân xưởng sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men phục vụ chế biến mủ cao su 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu) - Tổng quan công nghệ chế biến mủ cao su và công nghệ sản xuất acid acetic để lựa chọn quy mô thiết kế. - Tổng quan công nghệ sản xuất acid acetic bằng phương pháp sinh học - Tính toán thiết kế các thiết bị của dây chuyền công nghệ lựa chọn nhằm phục vụ nhu cầu chế biến mủ cao su tại nông trường Thành Tuy Hạ - Tính xây dựng và bố trí mặt bằng các yếu tố vệ sinh môi trường - Đánh giá hiệu quả kinh tế của mô hình sản xuất. 3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận : 15/03/2005 4. Ngày hoàn thành khóa luận : 25/08/2005 5. Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn : TS. Trịnh Văn Dũng 100% Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn. Ngày tháng năm 200 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Con xin chân thành cảm ơn cha mẹ đã nuôi nấng, dạy dỗ và tạo mọi điều kiện cho con có được ngày hôm nay. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Văn Dũng đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bộ môn Công Nghệ Sinh Học, thuộc trường Đại học Nông Lâm, Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy bảo và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và làm luận án. Tôi xin chân thành ghi nhớ và cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Nhà trường tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận án thành công. Xin cảm ơn tất cả các bạn lớp DH01SH đã động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua. iii TÓM TẮT TRẦN MINH TRÍ, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: từ 15/3 đến 15/8 năm 2005. Thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh. “ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN PHỤC VỤ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU” Hội đồng hướng dẫn: TS. Trịnh Văn Dũng Acid acetic (hay còn gọi là ethanol acid) là một hóa chất có giá trị kinh tế cao, được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp tổng hợp hữu cơ, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến mủ cao su . Ở Việt Nam tuy ngành công nghiệp tổng hợp hữu cơ còn non trẻ nhưng nhu cầu sử dụng acid acetic trong đời sống và trong hoạt động công nghiệp rất lớn. Đặc biệt là đối với ngành chế biến cao su thiên nhiên đang phát triển rất mạnh và vươn lên thành ngành công nghiệp quan trọng hiện nay thì acid acetic là hóa chất có vai trò không thể thiếu trong quy trình làm đông tụ mủ cao su thiên nhiên. Do là một nước nông nghiệp có khí hậu nhiệt đới nên nguồn nguyên liệu sản xuất acid acetic (như mật rỉ, hoa quả chín, tinh bột, cồn .) trong nước khá dồi dào.Với điều kiện như vậy thì rất thích hợp cho việc triển khai và áp dụng quy trình sản xuất acid acetic bằng phương pháp sinh học vào thực tế sản xuất. Cho nên việc nghiên cứu và thiết kế một quy trình sản xuất acid acetic bằng phương pháp sinh học (ứng dụng công nghệ sinh học) mang ý nghĩa thực tiễn trong tình hình phát triển của nước ta hiện nay và trong tương lai. Nội dung thực hiện: • Phân tích và lựa chọn phương pháp lên men acid acetic phù hợp • Lựa chọn chủng vi khuẩn acetic cho năng suất cao và ổn định • Lựa chọn nguyên liệu lên men • Lựa chọn vật liệu trong nước thay thế cho vật liệu nước ngoài làm chất mang (vật liệu bám) iv • Tính toán, thiết kế quy trình và các thiết bị sản xuất • Đánh giá hiệu quả kinh tế và khả năng ứng dụng của quy trình sản xuất MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .3 NỘI DUNG THỰC HIỆN .4 PHẦN 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LATEX (MỦ) CAO SU THIÊN NHIÊN .6 1.1. TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊN CỦA LATEX CAO SU .6 1.1.1. Hệ thống latex và latex cao su 6 1.1.2. Thành phần và tính chất latex 7 1.2. SỰ ĐÔNG ĐẶC LATEX .9 1.2.1 Bản chất của sự đông đặc latex .9 1.2.2 Các phương pháp làm đông đặc latex 10 1.3 QUY TRÌNH ĐÁNH ĐÔNG MỦ CAO SU 13 1.3.1 Quy trình sản xuất mủ cao su kết hợp với quy trình sản xuất acid acetic 13 1.3.2 Các bước trong quy trình đánh đông mủ cao su 13 1.3.3 Ý nghĩa của việc thiết kế một phân xưởng sản xuất acid acetic theo phương pháp sinh học phục vụ cho chế biến mủ cao su 16 Chương 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID ACETIC .17 2.1 TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ACID ACETIC .17 2.1.1 Các tính chất hóa lý của acid acetic .17 2.1.2 Các ứng dụng của acid acetic 18 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID ACETIC .19 2.2.1 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa học .19 2.2.2 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hóa gỗ .19 2.2.3 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp hỗn hợp 20 2.2.4 Sản xuất acid acetic bằng phương pháp sinh hóa .21 2.2.5 Phân tích và lựa chọn phương pháp sản xuất acid acetic 22 v 2.3 SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HÓA .23 2.3.1 Quá trình lên men acid acetic 23 2.3.2 Bản chất sinh hóa của quá trình lên men acid acetic .24 2.3.3 Các phương pháp sản xuất acid acetic bằng cách lên men 25 2.4 SẢN XUẤT ACID ACETIC THEO PHƯƠNG PHÁP NHANH 28 2.4.1 Các phương pháp sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh 28 2.4.2 Đặc điểm quá trình sản xuất acid acetic theo phương pháp cố định .31 2.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN ACID ACETIC 36 2.6 CHỦNG VI KHUẨN ACID ACETIC .39 2.7 NGUỒN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT .41 2.8 VẬT LIỆU CHẾ TẠO THIẾT BỊ LÊN MEN ACID ACETIC. .41 Chương 3: MÔ HÌNH FERMENTER SỬ DỤNG MÀNG SINH HỌC CỐ ĐỊNH TRONG LÊN MEN ACID ACETIC .42 3.1 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SINH HỌC – FERMENTER 42 3.1.1 Khái niệm và phân loại 42 3.1.2 Lựa chọn dạng fermenter thích hợp cho quy trình sản xuất acid acetic theo phương pháp cố định .44 3.2 NHỮNG YÊU CẦU VÀ TRÌNH TỰ THIẾT KẾ MỘT FERMENTER 45 3.2.1 Những yêu cầu chung đối với fermenter .45 3.2.2 Trình tự nghiên cứu một fermenter .45 3.3 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HỆ VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN ACID ACETIC .47 3.3.1 Sự hình thành và phát triển của màng sinh học trên chất mang trong fermenter sử dụng màng sinh học cố định để lên men acid acetic 47 3.3.2 Quá trình khuếch tán các chất trong thiết bị lên men acid acetic dạng màng sinh học cố định 49 3.3.3 Mô hình động học sự phát triển của vi khuẩn trong màng sinh học 52 vi 3.3.4 Mô hình toán học cho một fermenter dạng ống .57 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 59 PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾ .60 Chương 1: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH LÊN MEN 61 1.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT .61 1.2 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH .62 1.2.1 Tính thiết bị khử trùng nước 62 1.2.2 Tính thùng pha chế 64 1.2.3 Tính tháp lên men 72 1.3 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 77 1.3.1 Đĩa phân phối lỏng 77 1.3.2 Lưới đỡ đệm 77 1.3.3 Tính chân đỡ tai treo 78 1.3.4 Tính bơm, thùng chứa và ống dẫn .79 Chương 2: TÍNH XÂY DỰNG VÀ TÍNH KINH TẾ 82 2.1 TÍNH XÂY DỰNG .82 2.1.1 Lựa chọn địa điểm xây dựng phân xưởng .82 2.1.2 Bố trí mặt bằng phân xưởng 82 2.1.3 Năng lượng cung cấp .83 2.1.4 Điện cung cấp 83 2.2 TÍNH KINH TẾ 84 2.2.1 Vấn đề vệ sinh môi trường 84 2.2.2 Tổ chức nhân sự trong nhà máy 84 2.2.3 Tính vốn đầu tư .85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .88 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH PHẦN 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 1.1 Sự thành lập các vùng theo độ pH .10 Hình 1.2 Mô hình quy trình đánh đông mủ cao su .12 Hình 1.3 Bể khuấy trộn mủ latex 13 Hình 1.4 Bể đánh đông dạng bể hợp có vách ngăn 13 Hình 1.5 Bể đánh đông dạng máng dài 14 Hình 2.1 Quá trình oxy hóa rượu thành acid 23 Hình 2.2 Thùng lên men giấm theo phương pháp chậm 24 Hình 2.3 Thiết bị lên men theo phương pháp nhanh 25 Hình 2.4 Thiết bị lên men theo phương pháp chìm 25 Hình 2.5 Thiết bị lên men theo phương pháp hỗn hợp .26 Hình 2.6 Thiết bị lên men nhanh bằng phương pháp trống quay .27 Hình 2.7 Thiết bị lên men nhanh bằng phương pháp nhúng 28 Hình 2.8 Thiết bị lên men nhanh theo phương pháp cố định (generator thông khí tự nhiên) .29 Hình 2.9 Bộ phận phân phối dạng bánh xe cermep (a) và dạng máng lật (b) 31 Hình 2.10 Khống chế nhiệt độ bằng vỏ bọc ngoài .32 Hình 2.11 Khống chế nhiệt độ bằng làm nguội giữa chừng .32 Hình 3.1 Fermenter làm việc gián đoạn .42 Hình 3.2 Fermenter hoạt động liên tục dạng thùng có cánh khuấy 43 Hình 3.3 Fermenter tầng sôi .43 Hình 3.4 Fermenter dạng ống .43 Hình 3.5 Biểu diễn màng sinh học bám trên vật rắn 47 Hình 3.6 Mô tả quá trình vận chuyển oxy và viii cơ chất trong lên men hiếu khí 50 Hình 3.7 Mô tả trở lực khuếch tán của oxy và trở lực của khuẩn ty 50 Hình 3.8 Quá trình khuếch tán oxy đến màng vi khuẩn acid acetic trong fermenter 51 Hình 3.9 Mô tả một vi sinh vật đơn lẻ 52 Hình 3.10 Mô hình sinh khối 53 Hình 3.11 Động học của sự sinh trưỏng và tạo thành sản phẩm 56 Hình 3.12 Cân bằng vật chất vi phân đối với fermenter dòng chảy piston 57 PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾ Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị khử trùng nước 62 Hình 1.2 Sơ đồ thiết bị pha dịch lên men .64 Hình 1.3 Kích thước bích nối thiết bị .70 Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị tháp lên men 72 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG PHẦN 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.1 Các ứng dụng của acid acetic và các sản phẩm của nó .17 PHẦN 2: TÍNH THIẾT KẾ Bảng 1.1 Thông số bích nối thiết bị khuấy trộn 69 Bảng 1.2 Thông số bích nối tháp lên men chính .76 Bảng 1.3 Kích thước tai treo .78 Bảng 1.4 Kích thước chân đỡ .78 Bảng 1.5 Kết quả tính đường kính ống nối tháp .81 Bảng 1.6 Kích thước bích nối ống dẫn vào tháp .81 Bảng 2.1 Diện tích xây dựng các nhà xưởng sản xuất 83 Bảng 2.2 Tổ chức nhân sự của nhà máy .84 x . 2005 1. Đầu đề luận án : Thiết kế phân xưởng sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men phục vụ chế biến mủ cao su 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và. THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ACID ACETIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN PHỤC VỤ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU Hội đồng hướng dẫn: TS. Trịnh Văn Dũng Acid