MỞ ĐẦU Enzyme chất xúc tác sinh học, có chất protein, hòa tan nước dung dịch muối lỗng Enzyme có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton nên không qua màng bán thấm Enzyme chất điều chế phương pháp tổng hợp hóa học Người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật vi sinh vật Với ưu điểm vượt trội - tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ enzyme phong phú có hoạt tính cao, mơi trường ni cấy rẻ tiền, dễ kiếm, vi sinh vật trở thành nguồn nguyên liệu thu enzyme chủ yếu thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu sản xuất Enzyme khơng có ý nghĩa cho q trình sinh trưởng, sinh sản sinh vật mà đóng vai trò quan trọng cơng nghệ chế biến thực phẩm, y học, công nghệ gen bảo vệ mơi trường Vì mà nghiên cứu sản xuất enzyme ứng dụng enzyme phát triển mạnh từ đầu kỉ XX Mặt khác, nhà máy chế biến tinh bột sắn thải hàng trăm ngàn bã thải Theo ước tính, nhà máy chế biến có cơng suất 30-100 tấn/ngày sản xuất 7,5 - 25 tinh bột, kèm theo khối lượng lớn vỏ lụa sắn Lượng vỏ lụa chưa xử lý riêng rẽ gây mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường cho cộng đồng dân cư sống quanh khu vực nhà máy chế biến tinh bột sắn Chính cần có phương pháp xử lí để giảm thiểu độ nhiễm đồng thời tạo sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu sử dụng nguyên liệu Xuất phát từ thực tế đó, ý tưởng sử dụng vỏ lụa sắn – thành phần chứa hàm lượng cellulose cao, làm môi trường ni cấy vi sinh vật để sản xuất cellulase Nó khơng góp phần tạo nguồn enzyme mang lại nhiều ứng dụng sống ngày người mà góp phần giải tình trạng nhiễm môi trường nhà máy tinh bột sắn Trên sở đó, tơi thực đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất enzyme cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt suất 18000kg/ngày ” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan enzyme cellulase [1] 1.1.1 Định nghĩa enzyme cellulase Cellulase phức hợp enzyme phân giải cellulose tạo thành β-glucose Nó sản xuất nhờ vi khuẩn cộng sinh cỏ động vật nhai lại Ngoài động vật nhai lại khơng động vật khác sản xuất enzyme Cellulase hệ enzyme có khả thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hóa hợp chất cellulose rác thải tạo nguồn lượng thơng qua sản phẩm đường, ethanol, khí sinh học hay sản phẩm giàu lượng khác: từ chất thải nhà máy giấy như: sản phẩm từ bột giấy giấy thu hồi lượng ethanol Trong cấu trúc cellulose chủ yếu liên kết β-(1-4) glucosit Để phá hủy hoàn toàn cấu trúc polysaccharide cần có enzyme cellulase với tác động đặc trưng riêng biệt Sau enzyme cellulase (còn gọi endoglucanase D) enzyme β-glucosidase (còn gọi cellobiase) phá hủy khơng chọn lọc β-1,4 gluccan thành mảnh có khối lượng phân tử nhỏ oligocellulose Enzyme cellobiosidase (còn gọi cellobiohydrolase) phá hủy tiếp mảnh nhỏ đơn vị nhỏ đường đơn 1.1.2 Tính chất chế hoạt động cellulose [1] 1.1.2.1 Phân loại enzyme cellulase Enzyme tham gia phân hủy cellulose phân làm nhóm chủ yếu: - 1,4 β-D glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) Enzyme cắt đầu không khử chuỗi cellulose để tạo thành cellobiose Enzyme có loạt tên khác như: cellobiohydrolase, exoglucanase, exocellulase, cellobiosidase avicellase Enzyme có khả phân giải cellulose dạng kết tinh mà làm thay đổi tính chất hóa lý chúng, giúp cho enyme endocellulase phân giải chúng - 1,4 β-D glucan glucanohydrolase (EC 3.2.1.4) Enzyme tham gia phân giải liên kết β-1,4 glucosid cellulose, lignin β-D glucan Sản phẩm trình phân giải cellodextrin, cellobiose glucose Chúng tham gia tác động mạnh đến cellulose vơ định hình, tác động yếu đến cellulose kết tinh Enzyme có tên gọi khác như: endoglucanase, endo 1,4 glucanase C-cellulase Hình 1.1 Cấu trúc enzyme 1,4 β-D glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) Hình 1.2 Cấu trúc enzyme 1,4 β-D glucan glucanohydrolase (EC 3.2.1.4) - β-D glucoside glucohydrolase (EC 3.2.21) Enzyme tham gia phân hủy cellobiose tạo thành glucose Chúng khơng có khả phân giải cellulose nguyên thủy.Trong tài liệu khoa học chúng có tên cellobiase β-glucosidase Hình 1.3 Cấu trúc enzyme β-D glucoside glucohydrolase (EC 3.2.21) 1.1.2.2 Tính chất cellulose [25] Cellobiohydrolase gồm hai loại Cbh I Cbh II Cbh I có trọng lượng phân tử khoảng 65 kD, điểm đẳng điện 4,4 (PI = 4,4) Loại enzyme tác động lên cellulose vơ định hình kết tinh chúng khơng tác động đến cellulose biến tính CMC Cbh II có trọng lượng phân tử 53 kD, PI = 5,0 Chúng khơng tác động lên CMC, chúng có khả tác động lên cellulose hòa tan khơng hòa tan Endoglucanase chia thành hai loại Egl I Egl II Egl I có trọng lượng phân tử 48,212 kD Egl II có trọng lượng phân tử 42,2 kD Các enzyme hoạt động nhiệt độ cao β-glucosidase nhóm enzyme phức tạp, chúng có khả hoạt động pH rộng (pH = 4,4-8,4), trọng lượng phân tử 54-98 kD, PI = 8,4 hoạt động nhiệt độ cao 1.1.2.3 Cơ chế hoạt động enzyme cellulase [25] Hệ enzyme cellulase phân hủy thành hai phần tử glucose theo chế: Cellobiohydrolase I (CBHI) tác động đầu khử, cellobiohydrolase II (CBHII) tác động vào đầu không khử, endoglucanases (EG) thủy phân liên kết bên β-glucosidase tách cellobiose disaccharide thành glucose Hình 1.4 Cơ chế tác động phân giải tổ hợp enzyme Theo nghiên cứu Ogawa Toyama có enzyme C có tác dụng trung gian exoglucanase (C1) endoglucanase (Cx) Enzyme tác động vào phần tử cellulose bị C1 làm trương lên thủy phân chúng thành loại cellodextrin hòa tan Sau enzyme C x tiếp tục thủy phân loại cellodextrin thành cellobiose Các chế phẩm enzyme cellulose thủy phân cellulose tự nhiên giấy lọc, hay dẫn xuất cellulose Carboxylmethyl cellulose (CMC) Hydroxylethyl cellulose (HEC) cách phá vỡ liên kết β-1,4-glucoside β-,4glucanase Vì để xác định hoạt tính C1 người ta sử dụng loại cellulose tự nhiên, để xác định hoạt tính C x người ta sử dụng mơi trường thạch có bổ sung CMC hay HEC 1.1.3.Ứng dụng enzyme cellulose[24] 1.1.3.1 Nguồn thu nhận enzyme cellulase[24] Có thể nói nguồn phân giải cellulase vi sinh vật chu trình quan trọng tự nhiên Người nghiên cứu khả phân giải cellulose vi sinh vật kị khí Popov vào năm 1875, tiếp Omelianxki Các mơi trường nghiên cứu phân lập vi sinh vật loại trở thành kinh điển Con người phát khả phân giải cellulose vi khuẩn hiếu khí G Van Iterson vào năm 1903 Trước đó, hoạt động phân giải cellulaese vi sinh vật sống cỏ loài động vật nhai lại chứng minh (1955) Đến năm 1971, người ta phân lập số lồi vi sinh vật có khả phân giải cellulose cỏ Trong có hai giai đoạn nghiên cứu kĩ Ruminococus R Flavefacicus Về sau này, nhiều vi sinh vật phân giải cellulose tìm thấy đất, nước, phân bón hữu Đáng ý việc ứng dụng vi khuẩn thuộc nhóm Celludomonas vào việc lên men phân giải bã mía rát thải thực vật Sưu tập giống QM (QM collection) Massachusetts có khoảng 14000 chủng nấm có khả phân giải cellulose có chủng tiếng Trichoderma viride, Sporotrichum P Ruinosum, penicillium pusillum, 1.1.3.2 Ứng dụng [26] Hiện nay, công nghiệp thủy phân nhờ enzyme phát triển với tốc độ nhanh chóng Cùng với enzyme quan trọng khác, cellulase ứng dụng rộng rãi vào mục đích khác như: Trong cơng nghiệp: Chế phẩm cellulase thường dùng để: Tăng chất lượng thực phẩm thức ăn gia súc tăng hiệu suất trích ly chất từ nguyên liệu thực vật Ứng dụng trước tiên cellulase chế biến thực phẩm dùng để tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất vị làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật Đặc biệt thức ăn cho trẻ nói chung chất lượng thực phẩm tăng lên Một số nước sử dụng cellulase đẻ xử lý loại rau bắp cải, hành, cà rốt, khoai tây, táo lương thực gạo Người ta xử lý chè, loại tảo biển Cellulase ứng dụng sản xuất glucose mật đường từ nguyên liệu giàu cellulase rơm, rạ, mạt cưa, gỗ vụn, dăm bào thay dần cho phương pháp thủy phân axit Trong sản xuất bia, tác dụng cellulase hay phức hệ citase, có cellulase, thành tế bào hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động protease đường hóa Trong sản xuất agar-agar, tác dụng chế phẩm cellulase làm tăng chất lượng agar-agar so với phương pháp dùng axit để phá vỡ thành tế bào Đặc biệt việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng làm thức ăn gia súc công nghệ lên men Những ứng dụng cellulase công nghiệp thực phẩm có kết tốt Tuy nhiên hạn chế lớn khó thu chế phẩm có cellulase hoạt độ cao Trong lĩnh vực sản xuất nhiên liệu, enzyme cellulase ngày quan tâm enzyme có khả thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hóa hợp chất kiểu linocellulose cellulose rác thải tạo nên nguồn lượng thông qua sản phẩm đường, ethanol, khí sinh học hay sản phẩm giàu lượng khác Ví dụ: từ chất thải nhà máy giấy sản phẩm từ bột giấy giấy thu nguồn lượng nhuwethanol Hiện có số lượng lớn cơng trình đề xuất phương pháp thực việc sử dụng enzyme để thủy phân cellulose có chất thải hữu thành phố lớn để thu hồi sản phẩm đường lên men cuối tạo ethanol butanol Ngồi cellulase ứng dụng việc phá hủy vách tế bào, giúp cho việc trích ly chất từ thực vật, từ thuốc dễ dàng Trong công nghiệp sản xuất vải sợi từ bột gỗ, sản xuất tơ nhân tạo, cellulase bổ sung vào thành phần chất tẩy giặc để làm mềm vải Trong nông nghiệp xử lý môi trường: Bên cạnh ứng dụng cơng nghiệp, cellulase ứng dụng việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường cải tạo đất Cellulase dùng để xử lý phân, rác thải tạo sản phẩm cuối phân hữu cơ, gồm thành phần như: N, P, K, Ca, S yếu tố vi lượng như: Fe , Mn, Cu, Zn, B, Mo, Na với hàng tỉ tế bào sinh vật, trứng giun, ấu trùng, trùng có ích giúp đất tơi xốp, dễ canh tác, giảm đến thấp bệnh trồng Các kháng sinh vi sinh vật tiết đất hay có có mặt cua hoocmon phân hữu kích thích sinh trưởng Phân hữu lại có giá thành rẻ loại phân hóa học khác Ngồi cellulase phân hủy xác thực vật lại ruộng đồng để làm màu mỡ cho đất, phân hủy loại chất thải rắn nước có chứa cellulose để làm mơi trường Có thể nói cellulase loại enzyme ứng dụng rộng rãi công nghiệp, nông nghiệp sinh hoạt ngày 1.2 Tổng quan hệ Vi sinh vật phân giải cellulase: 1.2.1 Vi khuẩn [18] Vi khuẩn phân giải cellulose bao gồm Clostridium, Bacteroides sucinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminococcus albus, Methanobrevibacter ruminatium, Siphonobacter aquaeclarae, Cellulosimicrobium funkei, Paracoccus sulfuroxidans, Ochrobactrum cytisi, Ochorobactrum Haematophilum, Kaistia adipata, Desvosia riboflavia, Labrys neptuniae,Ensifer adhaerens, Shinella zoogloeoides, Citrobacter freundii, and Pseudomonas nitroreducens Các loài phần lớn thuộc nhóm vi sinh vật kị khí, chúng phân lập chủ yếu từ ruột loài động vật sử dụng gỗ làm nguồn thức ăn Trong lòng đất người ta phân lập dòng vi khuẩn Gram (+) hiếu khí Brevibacllus, Paenibacillus, Bacillus, Geobacillus Đối với dòng ưa ấm, pH nhiệt độ tối thích cho enzyme carbonmethyl cellulase chúng hoạt động 5,5 550C, dòng ưa nhiệt pH 5,0 nhiệt độ 750C 1.2.2 Xạ khuẩn [19] Xạ khuẩn (Actinomycetes) vi khuẩn Gram (+) có dạng sợi nấm Chúng vi sinh vật hiếu khí có mặt khắp nơi tự nhiên ADN xạ khuẩn giàu G+C chiếm 57-75 % Chúng chiếm ưu đất phèn khô Xạ khuẩn biết đến nhiều sản phẩm chuyển hóa bậc hai, bật loại kháng sinh streptomycin, gentamicin, rifamycin erythomycin Streptomyces giống chủ đạo xạ khuẩn, vi sinh vật sản sinh cellulase quan tâm nghiên cứu Một số loài đáng ý thuộc giống Streptomyces reticuli, Streptomyces drozdowiczii, Streptomyces lividans 231.2.3 Nấm [2] Nấm sinh vật có chế sinh hóa độc đáo phân giải chất tạo sản phẩm bậc hai đặc biệt, nhóm nghiên cứu nhiều lĩnh vực phân hủy cellulose Các cellulase từ nấm thường có hoạt lực cao dường khơng có dạng vật lý phức tạp enzyme từ vi khuẩn Acremonium spp., Chaetomium spp., Trichoderma reesei, Trichoderma viride, penicillium pinophilum, Phanerochaete chrysosporium, Fusarium solani, Talaromyces emersonii, Trichoderma koningii, Fusarium oxysporium, Aspergillus niger, Aspergillus terreus and Rhizopus oryzae có vai trò quan trọng quy trình phân hủy cellulose nhiều môi trường khác Nguồn thu enzym cellulase lớn vi sinh vật Trong đó, vi nấm Trichoderma nguồn thu enzyme cellulase quan trọng enzyme có hoạt tính cao Trong đồ án thiết kế tôi, sử dụng chủng Trichoderma reesei 1.3 Tổng quan Trichoderma reesei [23] 1.3.1 Lịch sử phát Gần 200 năm trước, Trichoderma phát lồi biết Trichoderma viride Hơn 150 năm sau, Trichoderma đối tượng vài nhà phân loại nấm học không hấp dẫn mối quan tâm ngành khoa học khác Tình hình thay đổi Thế Chiến lần thứ II, quân đội Mỹ cảnh báo tượng trang bị quân bị mục xứ nhiệt đới, đặc biệt Nam Thái Bình Dương Chương trình điều tra quân đội Mỹ Trichoderma "viride" mã số QM 6a loài nấm phân hủy cellulose khu vực Sự nhầm lẫn kéo dài suốt 20 năm chủng Trichoderma QM 6a nhận diện đặt tên lại Trichoderma reesei để tỏ lòng tơn kính người khám phá loài Elwyn T Reese, tác giả làm việc viện nghiên cứu Natick với cộng tác Mary Mandels nghiên cứu nhiều đề tài sinh tổng hợp, chế phân hủy cellulose hợp chất polysaccharides khác chủng Trichoderma reesei thể đột biến chủng Nhờ cơng trình mà nhiều phòng thí nghiệm khác Mỹ, Châu Âu Châu Á tiếp tục nghiên cứu khám phá hệ thống phân giải cellulose Trichoderma vào cuối thập niên 60 Cùng thời điểm đó, Rifai Webster Anh lần phân loại mơ tả lồi Trichoderma Việc nuôi cấy dễ dàng không tốn kém, chủng Trichoderma lôi kéo nhà nghiên cứu vào hướng nghiên cứu Trichoderma ứng dụng phân giải cellulose chúng Một phát quan trọng nghiên cứu Trichoderma khả kích thích tăng trưởng cho trồng khả đối kháng với loài nấm bệnh giúp Trichoderma dùng tác nhân kiểm soát sinh học nông nghiệp Ngày nay, lĩnh vực trở thành hướng nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới [Theo Christian P Kubicek Gary E Harman] 1.3.2 Đặc điểm sinh học nấm mốc T.reesei[24] 1.3.2.1 Vị trí phân loại Ban đầu, hệ thống phân loại nấm chia thành ngành (Division, Phylum): Chytridiomycota, Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota [21] Tiến Sinh học phân tử kỹ thuật kính hiển vi điện tử đem lại diện mạo cho việc nghiên cứu phân loại học sinh lý học nấm Nấm chia thành 10 ngành (subphylum) Ascomycota Basidiomycota xếp vào ngành Dikarya, Chytridiomycota xếp vào ngành riêng biệt, số Chytridiomycota Zygomycota xếp bảng phân loại Theo hệ thống phân loại theo Giáo trình nấm học CBS ( CBS Course of Mycology) , lần xuất thứ 4, Baarn, Delft, 1998, phân loại Trichoderma sau[24]: Giới : Ngành: Lớp : Bộ : Họ : Giống : Loài : Fungi Ascomycota Ascomycetes Hypocreales Hypocreaceae Trichoderma Trichoderma reesei Đặc điểm hình thái Trichoderma sợi nấm (hypha) có dạng hình ống phân nhánh bên chứa chất nguyên sinh lưu động Về chiều dài chúng có sinh trưởng vơ hạn đường kính thường thay đổi phạm vi 1-30µm (thơng thường 5-10 µm) Khuẩn ty vi nấm khơng màu, cuống sinh bào tử phân nhánh nhiều, cuối nhóm phát triển thành khối tròn mang bào tử trần khơng có vách ngăn, khơng màu, liên kết với thành chùm nhỏ đầu cành nhờ chất nhầy Bào tử Trichoderma, có màu xanh đặc trưng, màu trắng, vàng hay xanh xám tùy theo lồi, bào tử ln đơn bào, bào tử hình cầu, hình elip hình thn Đầu sợi nấm có hình viên trụ, phần đầu gọi vùng kéo dài (extension zone) Lúc sợi nấm sinh trưởng mạnh, vùng dài đến 30 µm Dưới phần thành tế bào dày lên không sinh trưởng thêm Màng nguyên sinh chất thường bám sát vào thành tế bào Trên màng nguyên sinh chất có số phần có Hình 4.11: Thiết bị đặc chân không JIMEI GL-12 4.2.10 Thiết bị sấy phun [42] Chọn thiết bị sấy phun LPG -25 bảng sau: Bảng 4.12 Thông số kĩ thuật thiết bị sấy phun Đặc tính Lượng bốc Thơng số 1200 Đơn vị Kg/h 170-330 o C 80-90 o C >95 4000 x 2700 x % Mm nước Nhiệt đ ộ gió nóng vào Nhiệt độ gió nóng Tỷ lệ thu hồi Kích thước 4500 Hình 12 Thiết bị sấy phun LPG-25 Tính tốn thiết bị: Lượng nước bay là: 23018,937 kg/ngày Chọn hệ số chứa đầy 0,8 Vậy số thiết bị cần dùng : n = = 0,999 Vậy chọn thiết bị sấy phun có kích thước 4000 x 2700 x 4500 mm 4.2.11 Thiết bị bao gói sản phẩm [43] Chọn máy đóng gói Cơng ty TNHH TMSX-KT Anpha bảng sau: Bảng 4.13 Thông số kĩ thuật thiết bị bao gói sản phẩm Đặc tính kĩ thuật Quy cách bao gói Nắng suất Cơng suất điện Nguồn điện Trọng lượng đóng gói Kích thước Thơng số 50-2000 1800 – 2500 gói/giờ 1,8 220/50 máy 400 600 x 600 x Đơn vị Gam Gói/h Kw/h V/Hz kg mm 1900 Cấu tạo máy đóng gói: Tồn phần thân máy tiếp xúc với phần nguyên liệu chế tạo inox 304 khong rỉ sét Tất chi tiết máy gia cơng tự động máy CNC có độ xác cao Máy định lượng trục vít, cân định lượng , bơm điện tử… Tính tốn thiết bị.: Lượng sản phẩm cần bao gói 18018,018 kg/ngày Chọn khối lượng gói 1500 g Số máy cần dùng: Vậy chọn máy Hình 4.13 Thiết bị bao gói sản phẩm 4.2.12 Tính chọn Bunker [44] Hình 4.14 Bunke TCKZ03605 Bunke chứa có dạng hình trụ, đáy cơn, tích chứa đủ lượng ngun liệu dùng mẻ Thiết bị làm thép, có góc đáy 60 0, hệ số chứa đầy 0,85 Chọn bunker có thơng số kĩ thuật sau: Bảng 4.14 Thông số kĩ thuật bunke Tên sản phẩm Silo thép không gỉ Vật liệu Silo Tấm thép Tên thương hiệu Hualuo Số mơ hình HL-S Kích thước D=3000, H=5500 Cân nặng Sức chứa (m3) 6-20 10-50 4.2.11.1 Bunke chứa trấu: Lượng trấu dùng để sản xuất mẻ : 6407,354 (kg/ngày) Tỷ trọng trấu :  trấu = 130 (kg/m3) (m3/ngày) Số bunke cần cho công đoạn : n = = 0,985 Vậy chọn bunke chứa trấu có kích thước là: 3000 x 5500mm 4.2.11.2 Bunke chứa bột ngô: Lượng bột ngô dùng để sản xuất mẻ là: 21921,916 (kg/ngày) Tỷ trọng bột ngô :  ngô = 310 (kg/m3) (m3/ngày) Số bunke cần cho công đoạn : n = = 0,486 Vậy chọn bunke chứa sinh khối có kích thước là: 3000 x 5500mm 4.2.11.3 Bunke chứa sắn: Lượng sắn dùng để sản xuất mẻ là: 32433,237 kg Mật độ xếp sắn là: ρ = 890 (kg/m3) [Tr 132, 4] Giả sử chọn bunke chứa, bunke chứa: (kg) Số bunke cần cho công đoạn : n = = 0,202 Vậy chọn bunke chứa sinh khối có kích thước là: 3000 x 5500mm 4.2.11.4 Tính chọn Bunke chứa sinh khối Khối lượng canh trường sau thu nhận 72426,397 kg/ngày Khối lượng riêng canh trường sau nuôi cấy 334 kg/m Hệ số chứa đầy bunke 0,85 Giả sử sử dụng thiết bị chứa canh trường thu nhận sau ni cấy Thể tích thiết bị chứa là: Số bunke cần cho công đoạn : n = = 1,701 Vậy chọn thiết bị bunke chứa canh trường thu nhận sau nuôi cấy với kích thước: 3000 x 5500mm 4.2.12 Tính thùng chứa 4.2.12.1 Thùng chứa nước cho trích ly phối trộn [45] Chọn thùng chứa bể chứa nước chống ăn mòn trắng PT-30000 lít nặng 520kg có D=2700mm, H=3800mm làm từ vật liệu chống ăn mòn LLDPE Hệ số chứa đầy thùng chứa 0,85 Hình 4.15 Bồn chứa nướcPT- 80000l a) Thùng chứa nước cho phối trộn Thể tích nước dùng cho q trình phối trộn 40962 l/ngày Vậy chọn bồn chứa nước phối trộn có kích thước D=3000 mm; H=4500 mm b) Thùng chứa nước cho trích ly Thể tích nước dùng cho trình trích ly 212294 l/ngày Số lượng bồn cần dùng: n= = 7,076 Vậy chọn thùng chứa nước trích ly có kích thước D=3000 mm; H= 4500 mm 4.2.12.2 Thùng chứa bã sau trích ly Khối lượng bã sau trích ly 9099,086 kg/ngày Giả sử khối lượng riêng bã 650 kg/m3 Thể tích bã cần chứa là: Giả sử chọn thùng chứa có đường kính D = m, hệ số chứa đầy 0,9 Suy [5] Chọn Htb = 5,6 m Vậy chọn thùng chứa bã có kích thước D = 4000 mm; H = 5600 mm 4.2.13 Tính gàu tải Năng suất gàu tải tính theo cơng thức [5]: Trong đó: V Sức chứa gàu (m3) v – Tốc độ nguyên liệu chuyển dịch (m/s) – Mật độ xếp (kg/m3) L – Bước gàu (m) KZ – Hệ số chất đầy gàu ( nguyên liệu dạng hạt nhỏ KZ = 0,85 ÷ 0,95) Q – Năng suất gàu tải (kg/s) Công suất tiêu thụ (kW) truyền động tang dẫn động [3]: Trong đó: Q Năng suất gàu tải (kg/s) H – Chiều cao nâng vật (m) g – Gia tốc rơi tự (m/s2), chọn g = 9,81 m/s2 ɳ Hệ số hữu dụng dẫn động N – Công suất động (kW) Hình4.16 Gàu tải 4.2.13.1 Gàu tải chuyển sắn lên bunke chứa Chọn gàu tải có kích thước 700 x 500 x 8000 Dung tích gàu V= 0,02 m3 Bước gàu L= 250 mm Chiều rộng băng B= 460mm Chiều rộng gàu b = 258 mm Chiều cao gàu h= 258 mm Chiều cao miệng gàu h1=90mm Mật độ xếp đầy sắn 120 kg/m3 Vận tốc phận kéo v=0,2 m/s Năng suất gàu tải là: Công suất truyền động tang dẫn là: Chọn gàu tải có kích thước 700 x 500 x 8000 (mm) cho bunke chứa rơm 4.2.13.2 Gàu tải chuyển ngô lên bunke chứa Chọn gàu tải có kích thước 700 x 500 x 8000 Dung tích gàu V= 0,002 m3 Bước gàu L= 250 mm Chiều rộng băng B= 180mm Chiều rộng gàu b = 130mm Chiều cao gàu h= 134 mm Chiều cao miệng gàu h1=41mm Mật độ xếp đầy ngô 600 kg/m3 Vận tốc phận kéo v = 0,2m/s Năng suất gàu tải là: Công suất truyền động tang dẫn là: Chọn gàu tải có kích thước 700 x 500 x 8000 (mm) cho bunke chứa ngô 4.2.13.3 Gàu tải chuyển trấu lên bunke chứa Chọn gàu tải có kích thước 700 x 500 x 8000 Dung tích gàu V= 0,02 m3 Bước gàu L= 250 mm Chiều rộng băng B= 460mm Chiều rộng gàu b = 258 mm Chiều cao gàu h= 258 mm Chiều cao miệng gàu h1=90mm Mật độ xếp đầy trấu 110 kg/m3 Vận tốc phận kéo v=0,2 m/s Năng suất gàu tải là: Công suất truyền động tang dẫn là: Chọn gàu tải có kích thước 700 x 500 x 8000 (mm) cho bunke chứa trấu 4.2.13.4 Gàu tải chuyển canh trường nấm sợi sau thu nhận lên bunke Chọn gàu tải có kích thước 700 x 500 x 8000 Dung tích gàu V= 0,002 m3 Bước gàu L= 250 mm Chiều rộng băng B= 180mm Chiều rộng gàu b = 130mm Chiều cao gàu h= 134 mm Chiều cao miệng gàu h1=41mm Mật độ xếp đầy ngô 600 kg/m3 Vận tốc phận kéo v = 0,2m/s Năng suất gàu tải là: Công suất truyền động tang dẫn là: Vậy chọn gàu tải có kích thước 700 x 500 x 8000 (mm) cho bunke chứa canh trường nấm mốc sau thu nhận 4.2.14 Thiết bị vận chuyển 4.2.14.1 Chọn bơm [46] Chọn bơm ly tâm Pentax CM serie, Italy.Thông số kỹ thuật bơm CM32 – 160C Chọn bơm ly tâm: CM32 – 160C Năng suất: 4,5 - 21 m3/giờ Chiều cao đẩy: 14,4 – 24 ,1 m Chiều cao hút: m Công suất điện: 2,3 kW Cơng suất động cơ: 2HP Kích thước: 490 x 240 x 292 mm Hình 4.17: Bơm Pentax CM32- 160C Bảng 4.15: Chọn bơm cho công đoạn Công đoạn Loại bơm Bơm nước vào thiết bị phối trộn Bơm nước vào thiết bị trích ly Bơm dịch sau trích ly đặc phun 4.2.14.2 Chọn vít tải lượng CM32- 160C CM32160C CM32160C Bơm dịch từ sau cô đặc vào thiết bị sấy Số CM32160C 1 Vít tải thiết bị vận chuyển vật liệu rời chủ yếu theo phương nằm ngang, vít tải dùng để vận chuyển lên cao với góc nghiêng lên tới 900, nhiên góc nghiêng lớn hiệu suất vận chuyển thấp Hình 4.18: Cấu tạo vít tải Đặc tính kỹ thuật: Vít tải ứng dụng để tải nguyên vật liệu rời hay bột, ứng dụng rộng rãi lĩnh vực chế biến nông sản thực phẩm, chế biến thức ăn gia súc Cấu tạo nguyên lý vận hành vít tải tương đối đơn giản bao gồm trục vít xoắn vơ tận chuyển động xoay tròn lòng máng hình ống hay hình máng chữ U gọi máng vít tải, trục vít truyền động nhờ motor giảm tốc lắp đầu trục vít Khi trục vít chuyển động ma sát cánh vít với vật liệu đẩy vật liệu di chuyển theo hướng xoắn dọc theo chiều dài trục vít Tùy theo yêu cầu mục đích sử dụng, vít tải thiết kế nằm ngang hay nghiêng theo phương thẳng đứng Kết cấu vít tải đơn giản, kéo dài vít tải khớp nối trung gian Vận hành đơn giản Chi phí vận hành bảo trì thấp Các kiểu vít tải: Kiểu 1: Miệng liệu nằm đầu vít tải, tải nguyên liệu hướng vít tải Kiểu 2: Miệng liệu nằm hai đầu vít tải, tải nguyên liệu sang hai hướ ng vít tải Kiểu 3: Miệng vít tải vít tải, thu gom nguyên liệu trung tâm vít tải Chọn vít tải ngang có đường kính D = 250mm, vít tải nghiêng có đường kính D = 100 mm Bảng 4.16: Chọn vít tải cho công đoạn STT Tên công đoạn Vận chuyển từ thiết bị nghiền qua bunke chứa (sắn, ngô) Vận chuyển từ bunke chứa nguyên liệu( sắn, ngô, trấu) tới công đoạn phối trộn Vận chuyển môi trường từ thùng pha chế vào thiết bị tiệt trùng, làm nguội Vận chuyển môi trường từ thiết bị làm nguội vào thiết bị trộn giống Vận chuyển môi trường từ thiết bị tiệt trùng, làm nguội vào thiết bị trộn giống Số lượng 3 1 Vận chuyển môi trường từ thiết bị trộn giống sang thiết bị định lượng khay Vận chuyển canh trường sau lên men sang bunke chứa canh trường enzyme Vận chuyển canh trường sau thu nhận sinh khối sang thiết bị nghiền Vận chuyển canh trường sau nghiền đến thiết bị trích ly 1 4.3 Tổng kết thiết bị Bảng 4.17 Các thiết bị quy trình sản xuất STT Tên cơng đoạn Thiết bị Kích thước thiết bị (L x W x H) (mm) Số lượng Nghiền sắn Máy nghiền SFSP series 1178x1035x1066 Nghiền ngô Máy nghiền SFSP series 1178x1035x1066 Phối trộn Thiết bị trộn SYM 5346x1480x2340 Thanh trùng Máy hấp trùng dạng nằm nagng 3800x1800x3080 Làm nguội Thermo- plow plus cooling turnel 4200x2200x1500 Nhân giống cấp CCTM-1000B2 D=1050; H=2361 Nhân giống cấp CCTM-1000B2 D=1050; H=2361 8 Nhân giống sản xuất Khay nhân giống 2000x1500x120 Kệ chứa khay 8000x2000x2000 Cấy giống Máy trộn nằm ngang 4500x2100x3000 10 Thiết bị định lượng Accrison model 270 1000x600x1100 11 Tiệt trùng khay Dạng đường hầm 14000x2250x2250 Khay lên men 2000x1500x150 447 Kệ chứa khay 12000x2000x2000 12 Thiết bị lên men 13 Nghiền Máy nghiền trục đôi công suất lớn 1270x1120x1330 14 Trích ly Thiết bị trích ly đa chức D=7500; H=5426 15 Cô đặc Thiết bị cô đặc chân không JIMEIGL-12 10000x4200x3200 16 Sấy phun Thiết bị sấy phun LPG-25 4000x2700x4500 17 Bao gói Thiết bị bao gói sản phẩm 600x600x1900 Bảng 4.18 Bảng tổng kết bunke thùng chứa STT 10 STT Tên thiết bị Bunke chứa sắn Bunke chứa ngô Bunke chứa trấu Bunke chứa canh trường nấm sợi sau Kích thước DxH Số (mm) 3000 x 6000 3000 x 6000 3000 x 6000 lượng 1 3000 x 6000 thu nhận 3000 x 4500 Thùng chứa nước cho phối trộn 3000 x 4500 Thùng chứa nước cho trích ly 4000 x 5600 Thùng chứa bã Bảng 4.19 Bảng tổng kết thiết bị vận chuyển Tên thiết bị Gàu tải sắn Gàu tải ngô Gàu tải trấu Gàu tải canh trường thu nhận Gàu tải canh trường nghiền Gàu tải canh trường trích ly Vít tải Băng tải Bơm PENTAX CM32/160C Kích thước LxWxH Số lượng (mm) 700 x 500 x 8000 700 x 500 x 8000 700 x 500 x 8000 700 x 500 x 8000 700 x 500 x 7000 700 x 500 x 5000 W=300 W = 500 490x240x292 1 1 22 KẾT LUẬN Qua thời gian tìm hiểu thực đồ án Em hiểu cần thiết việc xây dựng nhà máy enzyme cellulase kinh tế Việc xây dựng nhà máy sản xuất enzyme cellulase thúc đẩy phát triển ngành công nghệ thực phẩm, công nghệ môi trường ngành nghề khác Việc xây dựng nhà máy cơng nghệ sinh học có ngành cơng nghệ enzyme giúp kinh tế nước giảm phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ngoại nhập, giảm bớt gánh nặng chi phí đầu vào, nâng cao tính cạnh tranh sản phẩm nội địa so với sản phẩm ngoại nhập tương đồng khác tận dụng accs nguồn nguyên liệu sẵn có rẻ tiền Xây dựng nhà máy công nghệ sinh học nhà máy sản xuất enzyme cellulase tạo môi trường làm việc cho nhiều lao động nước, mấu chốt để lĩnh vực công nghệ sinh học nước phát triển bềnh vững chiến lược đề năm gần Qua trình thực đồ án, em biết cách chọn lựa quy trình sản xuất phù hợp với yêu cầu mục đích sử dụng, nắm quy tắc việc tính tốn, thiết kế nhà máy, lựa chọn vị trí đặt nhà máy, việc bố trí xếp thiết bị nhà máy cho q trình vận hành đơn giản, tốn nhân công TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: Ts.Bùi Xn Đơng - Giáo trình hóa sinh Ts.Lê Lý Thùy Trâm- Giáo trình cơng nghệ vi sinh Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thao, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa - Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hóa học, tập - NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thao, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa - Cơ sở trình thiết bị cơng nghệ hóa học, tập - NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp PGS.TSKH Lê Văn Hồng (2004), Các q trình thiết bị công nghệ sinh học công nghiệp - NXB Khoa học kỹ thuật Lê Văn Hoàng (1991) - Nghiên cứu ứng dụng triển khai quy trình cơng nghệ sau thu hoạch - NXB Đà Nẵng Nguyễn Đức Lượng (2002) - Vi sinh vật công nghiệp - NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khn, Hồ Lê Viên (1992) - Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, Tập - NXB Đại học kỹ thuật Hà Nội Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuôn, Hồ Lê Viên (1992) - Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, Tập - NXB Đại học kỹ thuật Hà Nội 10 Hoàng Văn Chước (1999) - Kỹ thuật sấy - NXB Khoa học kỹ thuật 11 Trần Thế Truyền (2006) - Cơ sở thiết kế nhà máy - Khoa Hóa trường đại học kỹ thuật Đà Nẵng 12 Lê Ngọc Tú, Lê Văn Chứ, Phạm Trân Châu, Nguyễn Lân Dũng (1982) Enzym vi sinh vật, Tập - NXB Khoa học kỹ thuật 13 Lê Ngọc Tú, Lê Văn Chứ, Phạm Trân Châu, Nguyễn Lân Dũng (1982) Enzym vi sinh vật, Tập - NXB Khoa học kỹ thuật 14 Lê Ngọc Tú, Lê văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thắng, Nguyễn Thị Trịnh, Bùi Đức Lợi, Lưu Duẫn, Lê Doãn Diên (2002) - Hóa sinh cơng nghiệp NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 15 Ths Trần Xuân Ngạch , Bài giảng môn công nghệ enzyme 16 Nguyễn Thành Đạt, Mai Thị Hằng (2000) – Sinh học vi sinh vật – NXB Giáo dục 17 PGS.TS Lương Đức Phẩm (2004) – Công nghệ vi sinh vật – NXB Nông nghiệp 18 Hoàng Kim Cơ, Trần Hữu Uyển, Lương Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Dương Đức Hồng (2001) - Kỹ thuật môi trường - NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội 19 Giáo sư: N.X>EGÔRÔV - Người dịch P.Giáo sư: Nguyễn Lân Dũng NXB “MIR” Maxcơva, 1976 - Dịch sang tiếng Việt NXB Đại Học Và Trung Học Chuyên Nghiệp Hà Nội, 1983 20 Nguyễn Lân Dũng (1979) - Vi sinh vật học tập I - NXB đại học trung cấp chuyên nghiệp Hà Nội 21 Đặng Văn Lợi (2000) - Chuyển hố sinh học bã sắn từ qui trình sản xuất tinh bột làm thức ăn gia súc - Luận án tiến sĩ kỹ thuật 22 Ngô Thị Minh Phương (2011) – nghiên cứu phương pháp bảo quản nấm men - Luận văn thạc sỹ 23 Tạp chí khoa học công nghệ, trường Đại Học khoa học Huế, 2014 Tài liệu nước : 24 Baarn, Delft - Giáo trình nấm học CBS ( CBS Course of Mycology) , lần xuất thứ 4, 1998 25 Hans, U, B (1974), Methods of enzymatic analysis, Second English Edetion Academic Press, Inc, New York, San Fransisco, London, Vol.4 Tài liệu internet: 26.https://idoc.vn/threads/147942/ 27 http://www.cayluongthuc.blogspot.com 28 http://www.ca.cand.com.vn 29 http://ttmindustry.vn 30 http://s4.zetaboards.com/BioFood_Tech/topic/9374593/1/ 31 http://www.nsl.dcmus.edu.vn 32.http://topack168.en.made-in-china.com/offer/CokQSvmYZIWh/SellAutomatic-Granule-Weighing-Machine-YSDC-B2-B4-.html 33.https://www.alibaba.com/product-detail/SFSP-series-crusher-SFSP138100_60681024052.html?spm=a2700.8293689.201713.1.yqwAeJ 34 chinafrdryer.en.alibaba.com 35 http://saobaca.com/san-pham/may-tiet-trung-o-nhiet-cao/ 36.http://cotantien.com.vn/san-pham/may-tron 37 Thiết bị định lượng môi trường (ngày truy cập 5/11/2017) 38 Thiết bị tiệt trùng dạng đường hầm(ngày truy cập 5/11/2017) 39.https://www.vatgia.com/4894/2016531/thong_so_ky_thuat/máy-băm-trụcđôi 40 http://congnghevotrung.com/noi-trich-ly-da-chuc-nang-extraction-tank 41 http://congnghevotrung.com/co-dac-1/ 42 http://maydonggoi.com.vn 43 http://www.fotosearch.com/CSP557/k24809521/ 44.https://www.alibaba.com/product-detail/stainless-Steel-Silo-for-GrainStorage 45 https://www.alibaba.com/product-detail/White-Anti-uv-Water-Storage- Tank 46 http://dailymaybom.com/products/May-bom-Pentax/May-bom-nuoc- Pentax-CM-32-160C-1-5KW-180-0-485-show1.html 47 http://eshop.czechminibreweries.com/product/cctm-1000b2/ ... cơng nghiệp sản xuất enzyme có hai phương pháp: phương pháp nuôi cấy bề mặt phương pháp ni cấy chìm So sánh hai phương pháp ta thấy phương pháp ni cấy bề mặt có ưu điểm sau: - Nuôi bề mặt dễ thực... Biểu đồ sản xuất nhà máy - Dây chuyền công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme Cellulase từ vỏ lụa sắn theo phương pháp bề mặt suất 18000kg/ngày - Nhà máy làm việc 12 tháng/năm, ca/ngày - Các ngày nghỉ... liệu ban đầu: - Năng suất Enzyme thô đạt 18000 kg sản phẩm/ngày - Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme thô 40% - Tỷ lệ chế phẩm cho dây chuyền sản xuất sản phẩm enzyme kỹ thuật