TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI
TRƯỜNG
------

ĐỀ TÀI:
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH LY TÂM
ĐỂ TÁCH SINH KHỐI BACILLUS LICHENIFOMIS
RA KHỎI CANH TRƯỜNG VỚI CÔNG SUẤT
(NHÀ MÁY) 200 TẤN/NĂM

GVHD: Nguyễn Thị Quỳnh Mai
SVTH:
Nguyễn Ngọc Kim Trinh
Nguyễn Thị Thanh Nhi
Nguyễn Thị Phương Trúc
Hoàng Thị khánh Ly
Huỳnh Thị Ánh Sang

TP HCM, ngày 7 tháng 5 năm 2017

0


Mục lục

1. Cơ sở lý thuyết: .........................................................................................................2
1.1.

Giới thiệu về Bacillus licheniformis ..................................................................2

1.1.1.

Giới thiệu: ...................................................................................................2

1.1.2.

Đặc điểm phân bố: ......................................................................................2

1.1.3.

Đặc điểm sinh hoá: ......................................................................................2

1.1.4.

Cấu trúc bộ gene..........................................................................................2

1.1.5.

Cấu trúc tế bào và sự trao đổi chất: .............................................................3

1.1.6.

Ứng dụng công nghệ sinh học :...................................................................3

1.2 Giới thiệu về máy li tâm: .......................................................................................4
2. Tính toán, thiết kế quá trình ly tâm: .........................................................................6
2.1 Lựa chọn máy ly tâm: ............................................................................................6
2.2 Các thông số cần quan tâm trong quá trình ly tâm: ...............................................9
2.3 Tính toán thiết bị ..................................................................................................11
3. Kết luận: ..................................................................................................................14

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................15

1


1. Cơ sở lý thuyết:
1.1. Giới thiệu về Bacillus licheniformis
1.1.1. Giới thiệu:
B.licheniformis là một phần của nhóm subtilis cùng với Bacillus subtilis và
Bacillus pumilus. Những vi khuẩn này thường được biết đến là gây ngộ độc thức ăn và
sự hư hỏng thực phẩm. B. Licheniformis cũng được biết đến vì các sản phẩm bơ sữa.
Vi khuẩn này mặc dù bất lợi tuy nhiên nó có thể được sửa đổi để trở nên hữu
ích. Các nhà nghiên cứu đang cố gắng biến lông chim thành thức ăn bổ dưỡng cho gia
súc bằng cách lên men các protein không tiêu hóa được trên lông chim với B.
licheniformis.
1.1.2. Đặc điểm phân bố:
Bacillus licheniformis là một loại vi khuẩn thường thấy trong lông chim và đất.
Những con chim có xu hướng ở trên mặt đất nhiều hơn không khí (tức chim sẻ) và trên
mặt nước (tức là vịt) là những vật mang phổ biến của vi khuẩn này. Nó chủ yếu được
tìm thấy xung quanh khu vực ngực của chim và bộ lông trở lại.
1.1.3. Đặc điểm sinh hoá:
B. licheniformis có khả năng sản sinh nhiều enzyme, đặc biệt là amylase và
protease - 2 loại enzyme quan trọng thuộc hệ thống men tiêu hóa, sản sinh các enzyme
có khả năng thủy phân glucid, lipid, protid, enzyme cellulase biế n đổ i chấ t xơ thành
các loa ̣i đường dễ tiêu, lecitinase thủy phân các chất béo phức hợp, enzyme phân giải
gelatin, enzyme phân giải fibrin và mô ̣t loa ̣i enzyme giố ng lysozyme gây tác du ̣ng trực
tiế p dung giải một số loại vi khuẩn Proteus gây bê ̣nh trong đường ruột.
1.1.4. Cấu trúc bộ gene
Trình tự nucleotide hoàn chỉnh của Bacillus licheniformis bao gồm bộ gen
ATCC 14580, có nhiễm sắc thể tròn là 4,222,336 bp (chứa các cặp cơ sở) chứa 4.208

gen mã hóa protein dự đoán (kích thước trung bình 873 bp), 7 rRNA operon và 72
tRNA gen . Hàm lượng GC là 46,2% và không có plasmid nào được phát hiện. Nhiễm
sắc thể của B. licheniformis có các vùng lớn tương tự như Bacillus subtilis và Bacillus
halodurans. Vì khoảng 80% trình tự mã hóa của B. licheniformis có chứa các thông tin
địa lý B. subtilis, nó được coi là một phần của nhóm subtilis. Tuy nhiên, mặc dù tương
2


tự như B. subtilis, chúng khác nhau về số lượng và vị trí các cặp base, các phần tử có
thể chuyển tiếp, các enzyme ngoại bào và các operon chuyển hóa thứ sinh.
1.1.5. Cấu trúc tế bào và sự trao đổi chất:
Bacillus licheniformis là một vi khuẩn Gram dương, hình que. Nó có xu hướng
hình thành bào tử trong đất làm cho nó được mong muốn sử dụng cho các mục đích
công nghiệp như sản xuất enzyme, kháng sinh và các chất chuyển hóa nhỏ. Nó tạo ra
một loạt các enzyme ngoại bào.
Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của nó là 50 °C, nhưng nó cũng có thể tồn tại ở nhiệt
độ cao hơn nhiều. Nhiệt độ tối ưu cho tiết enzyme là 37 °C.
Vi khuẩn này có thể sống sót trong môi trường khắc nghiệt bằng cách biến
thành bào tử bào tử. Khi điều kiện tốt, nó sẽ trở lại trạng thái thực vật. B. licheniformis
tạo ra một protease có thể tồn tại ở mức độ pH cao. Protease này là một thành phần
mong muốn trong chất tẩy giặt do khả năng của nó được sử dụng ở nhiệt độ thấp, giúp
ngăn ngừa sự co ngót và mờ dần màu sắc.
1.1.6. Ứng dụng công nghệ sinh học :
Các nhà nghiên cứu đang cố gắng tái chế lông chim bằng cách biến chúng thành
thực phẩm bổ dưỡng cho gia súc. Như đã đề cập, Bacillus licheniformis thường thấy
trên lông chim, bằng cách lên men với B. licheniformis, một lượng lớn các protein không
tiêu hóa được tìm thấy trong lông có thể biến thành một bữa ăn lông cho gia súc. Điều
này rất được mong muốn bởi vì nó là giá rẻ và dinh dưỡng.
B. licheniformis cũng có thể cung cấp thêm thông tin về sự tiến hóa của sự lột da
và các mẫu màu sắc ở chim do khả năng phân hủy lông của nó. Các nhà sinh thái học

đang tìm kiếm các dấu hiệu liên kết giữa điều này và hoạt động của B. licheniformis. B.
licheniformis cũng là một thành phần quan trọng trong chất tẩy rửa. Vì nó có thể phát
triển trong điều kiện kiềm, nó tạo ra một protease mà có thể tồn tại ở mức độ pH cao.
Protease có độ pH tối ưu ở khoảng 9 và 10, điều này rất khả thi vì nó có thể loại bỏ chất
bẩn có chứa protein trong quần áo. Các nhà nghiên cứu nuôi cấy và cô lập protease này
để thêm nó vào chất tẩy rửa. Protease này ngăn ngừa sự co rút và mờ dần màu vì nó cho
phép sử dụng nhiệt độ thấp, từ đó giảm sử dụng năng lượng.
B. Licheniformis được sử dụng để tạo ra kháng sinh Bacitracin. Bacitracin bao
gồm một hỗn hợp của các polypeptides cyclic mà B. licheniformis sản xuất. Trớ trêu
3


thay mục đích của Bacitracin là ức chế sự phát triển của B. licheniformis. Bacitracin
lyses proplasts của B. licheniformis với sự hiện diện của cadmium hoặc kẽm ion.
Nghiên cứu hiện tại Bacillus licheniformis là một sinh vật tạo thành bào tử góp
phần vào con đường tạo dinh dưỡng và có hoạt động kháng nấm. Có những nghiên
cứu hiện tại về B. licheniformis (dòng SB3086) và những ảnh hưởng của nó như một
chất diệt nấm vi sinh vật. Novozymes Biofungicide Green Releaf chứa dòng B.
licheniformis SB3086 như là một thành phần chủ yếu hoạt động. Thuốc diệt nấm này
có thể được sử dụng trên các bãi cỏ, cây lá kim, cây giống, cỏ trang trí và cây cảnh ở
các khu vực ngoài trời, nhà kính và vườn ươm. Có những lo ngại về sự an toàn của
chất diệt nấm này. Các báo cáo về vi khuẩn Bacillus licheniformis có ảnh hưởng bất
lợi đến các loài sinh vật côn trùng, chim, thực vật và cửa sông hầu như không tồn tại.
Đã có báo cáo về sự thất bại về sinh sản và viêm vú do vi khuẩn này gây ra đối với gia
súc, cừu và heo. Nó may mắn không có bất kỳ tác động bất lợi đối với các loài nguy
cấp.
1.2 Giới thiệu về máy li tâm:
1.2.1. Tổng quan về máy lý tâm
Các máy ly tâm đươ ̣c ứng du ̣ng rô ̣ng raĩ để tách các tiể u phầ n ổ n đinh
̣ trong

dung dich
̣ các chấ t hoa ̣t hoásinh ho ̣c, các dung dich
̣ rươ ̣u khỏi chế phẩ m hoa ̣t hoálàm
lắ ng etanol, axetol vàcác dung môi hữu cơ khác, tách sinh khố i khỏi dung dich
̣ canh
trường, để tách phức hoa ̣t hoásinh ho ̣c (khi kế t tủa bằ ng muố i) từcác dung dich,
̣ cũng
như để phân chia các hỗn hơ ̣p chấ t lỏng hay các huyề n phù. Các hê ̣ phân tán thô
thường đươ ̣c phân chia dưới tác đô ̣ng của tro ̣ng lực. Tuy nhiên khi tỷ tro ̣ng của các cấ u
tử cóđô ̣ chê ̣nh lê ̣ch nhỏ vàđô ̣ nhớt của chấ t lỏng không đồ ng nhấ t cao this̀ ự lắ ng xảy ra
rấ t châ ̣m. Do ứng suấ t của trường lực ly tâm quán tính lớn hơn nhiề u lầ n ứng suấ t của
trường tro ̣ng lực, cho nên viê ̣c phân chia dưới tác đô ̣ng của trường ly tâm xảy ra rấ t
nhanh và hoàn toàn. Trong các thiế t bi ̣công nghiê ̣p viê ̣c phân chia bằ ng phương pháp
ly tâm đươ ̣c ứng du ̣ng để tách các tiể u phầ n có kić h thước từ 25 mm đế n 0,5 ?m.
Phương pháp ly tâm dựa trên cơ sở tác đô ̣ng của trường ly tâm tới hê ̣ không đồ ng nhấ t
gồ m hai hoă ̣c nhiề u pha. Ly tâm các hê ̣ chấ t lỏng không đồ ng nhấ t đươ ̣c thực hiê ̣n
bằ ng hai phương pháp: lo ̣c ly tâm qua tường đô ̣t lỗcủa rôto, vách lo ̣c đươ ̣c đă ̣t ở phầ n
trong của rôto (máy ly tâm lo ̣c) và qua rôto lắ ng có đoa ̣n ố ng liề n (máy ly tâm lắ ng).
Đồ ng thời các máy ly tâm tổ ng hơ ̣p kế t hơ ̣p cả hai nguyên tắ c phân chia lo ̣c - lắ ng
4


cũng đươ ̣c sử du ̣ng. Khi tách huyề n phùtrong các máy ly tâm lo ̣c ởtrong rôto, dưới tác
đô ̣ng của lực ly tâm chấ t lỏng đươ ̣c lo ̣c qua vải lo ̣c hay lưới kim loa ̣i, đồ ng thời các
tiể u phầ n pha rắ n bilặ́ ng xuố ng; chấ t lỏng qua sàng vàsau đóqua lỗtrong rôto, xố i ma ̣nh
vào tường của máy ly tâm, còn că ̣n đươ ̣c tháo ra trong thời gian rôto quay hoă ̣c là sau
khi máy ngừng. Khi phân chia các huyề n phù trong các máy ly tâm lắ ng, các tiể u phầ n
rắ n có tỷ tro ̣ng lớn hơn tỷ tro ̣ng cấ u tử chấ t lỏng đươ ̣c lắ ng xuố ng (dưới tác đô ̣ng của
lực ly tâm trong đoa ̣n ố ng rôto) ta ̣o thành lớp vòng khuyên. Cấ u tửlỏng cũng ta ̣o thành
lớp vòng khuyên nhưng nằ m gầ n tru ̣c quay hơn, chấ t lỏng trong đươ ̣c dẫn ra ngoài qua

mép tràn hay nhờ ố ng hút; că ̣n đươ ̣c tháo ra theo hành trình xảhay sau khi thiế t bi ̣
ngừng. Viê ̣c phân chia 159/275 nhũ tương xảy ra tương tự: ở tường rôto ta ̣o ra lớp chấ t
lỏng nă ̣ng, còn gầ n tru ̣c quay - lớp chấ t lỏng nhe ̣.
1.2.2. Phân loại máy ly tâm
Các máy ly tâm công nghiê ̣p đươ ̣c chia ra:
-

Theo nguyên tắ c phân chia - kế t tủa, phân chia (phân ly), lo ̣c và tổ ng hơ ̣p.
Theo đă ̣c tiń h tiế n hành quá trin
̀ h ly tâm - chu kỳ và liên tu ̣c.

-

Theo dấ u hiê ̣u về kế t cấ u - nằ m ngang (có tru ̣c nằ m ngang), nghiêng (cótru ̣c
nghiêng) và đứng.

-

Theo phương pháp thải că ̣n ra khỏi rôto.

-

Khi sản xuấ t các chấ t hoa ̣t hoásinh ho ̣c thường sử du ̣ng các máy ly tâm tác
đô ̣ng chu kỳ, thải că ̣n bằ ng cơ khíhoáhay thủcông, còn khi sản xuấ t lớn - các
máy ly tâm tựđô ̣ng hoá tác đô ̣ng liên tu ̣c.

-

Khi lựa cho ̣n các máy ly tâm cầ n phải dựa vào các đă ̣c tin
́ h công nghê ̣ của

chúng vàcác tiń h chấ t lý ho ̣c của vâ ̣t liê ̣u đem gia công (đô ̣ phân tán của pha
rắ n, đô ̣ nhớt của pha lỏng và nồ ng đô ̣ của nó).

-

Nồ ng đô ̣ huyề n phù bằ ng tỷsố giữa lươ ̣ng pha rắ n vàtổ ng lươ ̣ng huyề n phù.
Nồ ng đô ̣ huyề n phùcóthể thể hiê ̣n bằ ng phầ n trăm theo khố i lươ ̣ng hay phầ n
trăm theo thể tić h. Hiê ̣u nồ ng đô ̣ giữa pha rắ n vàpha lỏng càng lớn thìnăng
suấ t của máy ly tâm lắ ng càng cao.

1.2.3. Hai loại máy ly tâm cơ bản
Máy ly tâm da ̣ng lắ ng và da ̣ng lọc. Các máy ly tâm thuô ̣c da ̣ng này đươ ̣c biṭ
kin
́ , có thiế t bi ̣điê ̣n an toàn vàthải că ̣n ở phiá trên bằ ng phương pháp thủ công. Dẫn
5


đô ̣ng máy ly tâm đươ ̣c thực hiê ̣n từđô ̣ng cơ qua truyề n đô ̣ng bằ ng dây đai hình thang.
Trong các máy loa ̣i này có khoá liên đô ̣ng cho đô ̣ng cơ vànắ p vỏ khi giảm áp suấ t khí
trơ trong các khoang vỏ dưới 1470 Pa. Các chi tiế t của máy tiế p xúc với sản phẩ m
đươ ̣c chế ta ̣o bằ ng thép 12X18H10T. Trong công nghiê ̣p vi sinh máy ly tâm đứng có
kić h thước nhỏ đươ ̣c sửdu ̣ng rô ̣ng raĩ do đô ̣ kin
́ vàtin
́ h an toàn cao. Loa ̣i này rấ t thuâ ̣n
lơ ̣i cho nhiề u quá trình tách và làm sa ̣ch mô ̣t lươ ̣ng vừa phải các chấ t hoa ̣t hoá sinh
ho ̣c.
Máy ly tâm lắ ng nằ m ngang đươ ̣c ứng du ̣ng để phân chia huyề n phù cóhàm
lươ ̣ng thể tić h pha rắ n từ1 đế n 40. Theo chức năng công nghê ̣, các máy ly tâm đươ ̣c
chia ra làm ba nhóm: làm trong và phân cấ p, lắ ng va ̣n năng và lắ ng bằ ng phương pháp
khử nước. 163/275 Ly tâm làm trong đươ ̣c ứng du ̣ng để tinh chế huyề n phù có pha rắ n

phân tán cao với nồ ng đô ̣ thấ p, để tinh chế huyề n phù khỏi các tiể u phầ n có kích thước
lớn hơn 5 ?m trước khi na ̣p chúng đế n các máy phân ly kiể u điã vàmáy phân ly siêu
tố c vàđồ ng thời để làm giảm nồ ng đô ̣ pha rắ n trong huyề n phù. Các máy ly tâm làm
trong và phân cấ p có yế u tố phân chia lớn hơn 2500. Các máy ly tâm lắ ng va ̣n năng
đươ ̣c ứng du ̣ng để phân chia huyề n phù có nồ ng đô ̣ pha rắ n nhỏ vàtrung bin
̀ h. Khi đó
nhâ ̣n đươ ̣c chấ t lỏng nguyên chấ t và chấ t lắ ng có đô ̣ ẩ m không lớn. Yế u tố phân chia
bằ ng 2000-3000, tỷsố giữa chiề u dài hoa ̣t đô ̣ng của rôto và đường kính 1,6. Ly tâm
lắ ng bằ ng phương pháp khử nước đươ ̣c ứng du ̣ng để phân chia các huyề n phù thô
cónồ ng đô ̣ cao. Tính theo chấ t rắ n loa ̣i này cónăng suấ t lớn, đồ ng thời chấ t rắ n nhâ ̣n
đươ ̣c có đô ̣ ẩ m không lớn lắ m. Yế u tố phân chia nhỏ hơn 2000, tỷ số chiề u dài hoa ̣t
đô ̣ng của rôto và đường kính không lớn hơn 2
2. Tính toán, thiết kế quá trình ly tâm:
2.1 Lựa chọn máy ly tâm:
Với đề tài này ta sử dụng máy ly tâm đĩa.
Mục đích chính của việc sử dụng máy ly tâm đĩa: giúp cho chất cần tạo ra có độ
tinh khiết cao nhất (lên đến 99,9%). Chúng sử dụng lực ly tâm cực lớn, số vòng quay
có thể lên đến 15000 vòng/phút, 1 con số ấn tượng kết hợp với cấu tạo bên trong của
máy ly tâm dạng đĩa giúp loại bỏ gần như hoàn toàn cặn còn sót lại.
Phù hợp cho quá trình ly tâm để tách sinh khối Bacillus licheniformis ra khỏi
canh trường với hiệu quả cao
6


Hình 1: Mặt cắt ngang của máy ly tâm đĩa

Hình 2: Mãy ly tâm đĩa quy mô công nghiệp
 Nguyên lý làm việc của máy ly tâm dạng đĩa:
Máy ly tâm đĩa là một hệ thống các ống hình nón nghiêng quay tập trung nhanh
chóng được đặt gần nhau để giảm thiểu thời gian để nắm bắt các hạt hoặc chất lỏng

đặc với các gia tốc có kích thước cao. Trong cấu hình này, hệ thống nhập liệu đi vào
trục quay và bị buộc vào dưới cùng của bát quay. Áp suất buộc sự đình chỉ lên trên.
Chất lỏng nặng hơn được ép qua các lỗ ở cuối mỗi kênh đĩa cho đến khi nó đạt đến
ngoại biên bên ngoài của bát. Chất lỏng nhẹ chảy lên các kênh đĩa và ra khỏi máy ly
tâm. Trầm tích nặng chảy ra qua một vòi phun nếu nó mở; Nếu không nó thu thập trên
7


tường bên ngoài của bát. Tùy thuộc vào việc vòi phun được mở hoặc đóng, máy ly tâm
này hoạt động ở chế độ liên tục hoặc hàng loạt, tương ứng. Bát có thể được thiết kế để
mở liên tục ở ngoại vi trong chế độ bán dẫn liên tục.

Hình 3: Sơ đồ dòng chảy vật chất trong máy ly tâm đĩa
Để xác định tốc độ cấp dữ liệu tối đa Q, một sơ đồ đơn giản của một vùng giữa
hai đĩa được sử dụng. Để thuận tiện, tọa độ x-y được đặt trong một mặt phẳng thẳng
đứng cắt trục trục rotor với trục x song song với bề mặt đĩa. Các phương trình chuyển
động của một hạt lơ lửng sau đó được xác định với ràng buộc rằng mỗi hạt phải lắng
đọng từ dưới lên trên của một cặp đĩa.

Hình 4: Sơ đồ vùng giữa hai đĩa và các thông số cho một máy ly tâm đĩa
 Sơ đồ quá trình ly tâm:

8


Chất lỏng cần xử
lý
Các ống nạp liệu
tĩnh
Trung tâm của

buồng
Các đĩa nhiều lớp

Chất rắn bị giữ lại và được

Chất lỏng tinh khiết chảy
ngược lên phía trên cùng của

thu thập tại vùng ngoại vi của

buồng tách

khoang tách

Hình 4: Sơ đồ quá trình ly tâm
2.2 Các thông số cần quan tâm trong quá trình ly tâm:
 pH=4:
9


Điều kiện pH acid được cho là tốt hơn vì vận tốc lắng sẽ tăng do sự trung hòa
của các điện tích âm trên bề mặt protein, điều đó sẽ thúc đẩy tương tác giữa các điện
tích và các hạt có kích thước lớn (Atkinson và Daoud, 1976).
Với giá trị pH ngày càng tăng, khối hệ thống sẽ ngày càng trở nên tiêu cực và
các hạt có tương tự trong cấu trúc khối sẽ gây ra lực đẩy. Điều này sẽ làm giảm khả
năng hấp thụ và gây ra sự gián đoạn dẫn đến kết quả sản phẩm thu được kém.
Mặc dù có nhiều lợi ích ở điều kiện pH giảm như: giảm bề mặt điện tích, giảm
độ nhớt, lắng động tốt hơn và nhiễm bẩn ít hơn. Tuy nhiên các nghiên cứu pH dưới 4.0
không được thực hiện, do hạ thấp độ pH dưới 4.0 có thể gây bất hoạt protein thông qua
ảnh hưởng các nhóm chức năng và ảnh hưởng đến việc xử lý tổng thể trong suốt quá

trình xây dựng công thức (cần phải sử dụng quy trình thiết bị chịu được acid). Hơn nữa
pH thấp hơn nhiều so với 4.0 trong công thức có thể gây ra ăn mòn bể chứa trong máy
bay.
 Thời gian t:
Đối với cách tiếp cận thực tế, thời gian ly tâm phải được tính theo thứ tự giờ
chứ không phải số ngày. Ở đề tài này, với công suất 200 tấn/năm. Ta lựa chọn thời
gian ly tâm theo mẻ, cụ thể với các thông số cố định ta sẽ tính ra được giá trị t là 5,2
giờ.

 Nhiệt độ 20oC:
Tiến hành ly tâm ở các nhiệt độ khác nhau (5,10,15,20,25,30) thì thấy được ở
nhiệt độ =20oC cho khả năng tách sinh khối ra khỏi canh trường tối ưu nhất. Giảm
nhiệt độ sẽ làm tăng độ nhớt và giảm vận tốc lắng., trong khi tăng nhiệt độ sẽ giảm độ
nhớt và tăng vận tốc lắng, nhiệt độ cao làm bất hoạt enzym ở mức nhiệt độ cao..
 Lực ly tâm:
Lực ly tâm để tách sinh khối trong các loại canh trường lên men khác nhau tốt
nhất ở 9000g và 48 000g.
Ở 48000g ,RCF cao ở quy mô thương mại có thể gây bất lợi cho việc vận hành
bằng cách gia tăng sự hao mòn,các hạt flocculated, và mức độ khó khăn trong cuộn
lắng đọng chất rắn, do lực trượt tăng lên. Chính vì thế, hiện nay RCF thực tế không thể
10


làm thương mại rộng rãi. Bởi vậy ở quy mô thương mại lực ly tâm là 9000g còn ở quy
mô phòng thí nghiệm 48 000g.
Tuy nhiên để biến được chính xác RCF trong trường hợp này ta phải tiến hành
tính toán từ các thông số đã cho (Được tiến hành trong phần 2.3).
 Độ nhớt:
Theo các nghiên cứu trước đó thì độ nhớt  = 0,001 kg.m-1.s-1 đối sẽ cho quá
trình ly tâm đạt năng suất cao nhất.

2.3 Tính toán thiết bị
Năng suất nhà máy tách sinh khối Bacillus licheniformis ra khỏi canh trường là
200 tấn/năm.
Giả sử chọn phương pháp lên men gián đoạn để thu sinh khối Bacillus
licheniformis và thời gian 1 mẻ là 45 giờ, thời gian nghỉ giữa các mẻ là 5 giờ (Theo 1
nghiên cứu của BioMed Central). Hiệu suất của các quá trình trước li tâm đạt 100%
Một năm 355 ngày, trừ các ngày lễ (15 ngày) và thời gian bảo trì máy móc thiết
bị (30 ngày). Số giờ làm việc của công ty trong 1 năm:
Tlàm việc= (355 – (15 + 30)) * 24 = 7680 (giờ)
Thời gian một mẻ là: 45 giờ. Thời gian nghỉ giữa mỗi mẻ là 5 giờ. Vậy tổng thời
gian cho một mẻ là tmẻ= 50 giờ
Vậy số mẻ một năm là:

𝟕𝟔𝟖𝟎

Năng suất của nhà máy:

𝟓𝟎

= 153 mẻ.

𝟐𝟎𝟎
𝟏𝟓𝟑

= 𝟏. 𝟑𝟎𝟕 (tấn/mẻ) = 1307 (kg/mẻ)

Theo Rajiv Datar thì hao hụt do quá trình ly tâm là 5%.
Tỉ lệ hao hụt: 5%
Năng suất thật của nhà máy do hao hụt trong ly tâm thu sinh khối:
1307 ×


𝟏𝟎𝟎
𝟗𝟓

= 1375 (kg/mẻ)

Để quá trình lên men đạt hiệu quả thì nồng độ sinh khối Bacillus licheniformis
trong canh trường X = 17.6 g/l (Theo Hanjing Huang, 2004).
Với nồng độ sinh khối trên thì thể tích cần ly tâm sau 1 mẻ là:
11


𝟏𝟑𝟕𝟓
𝟏𝟕,𝟔∗𝟎,𝟎𝟎𝟏

= 78125 (lít) = 78,125 (m3)

Tham khảo các thiết bị ly tâm công nghiệp, cuối cùng nhóm quyết định chọn máy
ly tâm đĩa với các thông số cụ thể như sau:
Bảng 1. Bảng thông số thiết bị ly tâm

Đặc điểm

Thông số

Năng suất của máy

15 m3/h

Đường kính đĩa


450-1000 mm

Công suất mô tơ

22 kW

Dài

1730 mm

Rộng

1 285 mm

Cao

1 700 mm

Khối lượng máy phân ly

1 000 kg

Số đĩa

85

Tốc độ quay

5120 vòng/ phút


Với công suất 15 m3/h thì thời gian ly tâm của máy cho 1 mẻ là:

𝟕𝟖,𝟏𝟐𝟓
𝟏𝟓

= 5,2 (giờ)

Thời gian này hợp lí với một mẻ ly tâm nên chỉ cần sử dụng một thiết bị ly tâm
Rpm cần thực hiện để thu tủa là 4500 vòng/ phút (Giáo trình Công nghệ
enzyme). Đường kính trong và ngoài của máy ly tâm là 0.45 và 1 m ( theo thông số kỹ
thuật của máy)
 Tính RCF:
RCF =

Với 𝜔 =

𝒓 × 𝝎𝟐

𝑟𝑝𝑚 × 2𝜋
60

𝒈

 RCF =

𝟏−𝟎,𝟒𝟓

12


𝟗,𝟖𝟏

𝟒𝟓𝟎𝟎 ×𝟐𝝅 𝟐

×(

𝟔𝟎

)


= 12 450 g
Chọn RCF = 12 500 g
 Yếu tố sigma:
∑

=
𝑫𝑺𝑪

𝟐𝝅𝒏𝝎𝟐 (𝒓𝟑𝟎 − 𝒓𝟑𝒊 )
𝟑𝒈𝒕𝒂𝒏𝜽

Trong đó:
n - lươ ̣ng điã , thiết bị DHC400 có 85 đĩa
𝜃- góc nghiêng ta ̣o nên con điã , độ (chọn 𝜃 = 45 độ)
r0 và ri- bán kiń h ngoài và bán kin
́ h trong của điã (m)
∑𝑫𝑺𝑪 =

𝟐𝝅𝟖𝟓

𝟒𝟓𝟎𝟎×𝟐𝝅 𝟐
×
(
)
𝟑×𝟗,𝟖𝟏×𝒕𝒂𝒏𝟒𝟓
𝟔𝟎

x (13 – 0,453)

= 3 662 646
 Vận tốc dịch đi vào máy ly tâm:
𝝑=

𝑸



=

𝟕𝟖𝟏𝟐𝟓
𝟑 𝟔𝟔𝟐 𝟔𝟒𝟔

= 0,021 (L/p)

Trong đó:
Q: thể tích canh trường cần ly tâm (lít)
 Vận tốc lắng của hạt:
Vlắng= d2𝝎𝟐 𝒓𝟎 (𝝆𝟏 − 𝝆𝟐 ) : 18
Trong đó:
𝜌1 = 1100 kg/m3 : tỷ tro ̣ng pha rắ n;

𝜌2 = 1044 kg/ m3: tỷ trọng môi trường;
d - bán kiń h quy đổi của ha ̣t rắ n (m) ( d= 0,5 µm = 0,5 x 10-6m )
ω – số vòng quay của đĩa, vòng/phút; ω = 4 500 (vòng/phút)
 - độ nhớt ( = 0,01 g.cm-1.s-1 = 0,001 kg.m-1.s-1)
Vlắng = (0,5 x 10-6 )2 × (

𝟏
𝟒 𝟓𝟎𝟎 ×𝟐𝝅 𝟐
) × 1 × (1100 – 1044) ×
𝟔𝟎
𝟏𝟖 ×𝟎,𝟎𝟎𝟏

= 1,677×10-4(m/s)

13


3. Kết luận:
Để tách sinh khối Bacillus licheniformis ra khỏi canh trường với công suất (nhà
máy) 200 tấn/năm, nhóm đã lựa chọn thiết bị ly tâm đĩa.
Qua tính toán sau khi cố định một số thông số của máy, ta thu được kết quả như
sau:
 Thời gian ly tâm: t = 5,2 giờ
 Nhiệt độ ly tâm: 20˚C
 Tốc độ quay: ω = 4500 rpm
 Vận tốc lắng của máy ly tâm: Vlắng = = 1,677×10-4(m/s)
 Yếu tố Sigma: ∑𝑫𝑺𝑪 = 3 662 646
 Vận tốc dịch đi vào: 𝝑 = 0,021 (L/p)

14



TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Centrifugation.
2. Efficient centrifugal recovery of Bacillus thuringiensis biopesticides from fermented
wastewater and wastewater sludge_ Satinder K. Brara, M. Vermaa, R.D. Tyagia, R.Y.
Surampallic.
3. Recovery of Bacillus licheniformis Alkaline Protease from Supernatant of
Fermented Wastewater Sludge Using Ultrafiltration and Its Characterization.

15