一种工业化制备甘氨酸钙的装置及相应的甘氨酸钙生产方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种工业化制备甘氨酸钙的装置及相应的甘氨酸钙生产方法。以甘氨酸、氧化钙或氢氧化钙及其混合物为原料，通过两套进料‑混合设备将其输送至反向双螺杆挤出造粒机中与水混合均匀，接着造粒并输送至同向双螺杆挤出反应器内进行反应和除杂，所得产物进入旋转闪蒸干燥机干燥后筛分，合格的产品进行后续匀质包装处理，不合格的产品与新物料混合后再次输送至旋转闪蒸干燥机。本发明专利技术不仅实现了甘氨酸钙的工业化大规模量产，而且创造性的引进双螺杆挤出机用作混合、反应、输送、除杂多合一的生产设备，具有工艺简单、自动化程度高、单位时间产量高、产品质量好等优点，省去了传统合成方法中必不可少的除碱和除酸操作，在实际应用中取得了较好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种工业化制备甘氨酸钙的装置及相应的甘氨酸钙生产方法
本专利技术涉及食品
，具体涉及一种由反应型同向双螺杆挤出机组成的工业化制备甘氨酸钙的装置及其生产方法。
技术介绍
钙对于维持人体正常生理活动十分重要。如果钙摄入不足，就会出现佝偻病、骨质软化、骨质疏松等症状，此时就需要服用补钙制剂。甘氨酸钙、天冬氨酸钙、苏糖酸钙是继第一代补钙剂——无机钙(碳酸钙、磷酸钙、氯化钙、磷酸氢钙、硫酸钙和骨粉、蛋壳、贝壳粉等)，第二代补钙剂——有机钙(醋酸钙、葡萄糖酸钙、柠檬酸钙、乳酸钙等)之后，已经推广应用且效果明显的新一代补钙剂品种。甘氨酸钙又名氨基乙酸钙、甘氨酸钙络合物、甘氨酸螯合钙等，属于氨基酸螯合钙或短肽钙的范畴。甘氨酸钙的分子式为C4H8CaN2O4(H2NCH2COOCaOOCCH2NH2)，分子量188.20，沸点240.9℃(1atm)，熔点290℃(分解)，闪点99.5℃。甘氨酸钙通常为白色结晶性粉末，易吸潮，化学性质稳定，在生物环境中不易与水分子或其他物质(如维生素和其他矿物质)发生化学反应。甘氨酸钙水溶性好，其水溶液呈弱酸性，对胃肠道刺激性较小，不会引起呕吐、胃疼等不良反应。甘氨酸钙是分子量最小的氨基酸络合钙，以甘氨酸钙为补钙剂相当于提前完成了食物在胃里的消化，其可以直接被小肠刷状缘细胞吸收，克服了小肠处发生阴离子污染这一影响钙吸收的主要障碍，理论上甘氨酸钙近乎于全部被吸收。考虑到吸收和利用问题，传统补钙制剂通常需要搭配维生素D一起使用，而甘氨酸钙则不需要，因此更受市场欢迎。甘氨酸钙如此多的优点使其成为一种广受追捧的新型补钙剂，如何工业化大批量、稳定的生产甘氨酸钙是急需解决的难题。事实上，甘氨酸钙的实验室合成早已取得成功。李籽萱等人以甘氨酸和氯化钙为原料，无水乙醇为溶剂，用超声化学法合成了甘氨酸螯合钙(李籽萱,张美善.甘氨酸螯合钙的超声化学法合成[J].中国食品添加剂,2017(1).)。武伦福等人以甘氨酸、氯化钙、碳酸钠为原料，通过水热反应、旋转蒸发、结晶等步骤获得了甘氨酸钙螯合物(武伦福,黄劲苗,林亦斌,etal.甘氨酸螯合钙的合成与性能研究[J].广东微量元素科学,2014(12):7-12.)。钟国清等人以甘氨酸和氧化钙为原料，通过研磨、微波辐射、溶解、浓缩等步骤制得了甘氨酸钙螯合物(钟国清.甘氨酸钙螯合物的微波固相合成与表征[J].合成化学,2004,12(6):591-594.)。张大飞等人以甘氨酸和氢氧化钙为原料，经高温(120-150)熔融反应得到了甘氨酸钙络合物(张大飞,照日格图,刘建华,etal.甘氨酸钙络合物的熔融法合成及表征[J].光谱实验室,2006,23(1):91-95.)。魏凌云等人以谷氨酸钠和氢氧化钙为原料，采用两步法制得了纯净的谷氨酸钙。类似的技术还包括CN105439880A、CN1436770A、CN1187991A等。目前实验室合成甘氨酸钙的原料大同小异，钙源主要有氧化钙、氢氧化钙、氯化钙、醋酸钙等，通常以溶解、高温熔融、微波等方式促使甘氨酸与钙源反应，再分离纯化。但是这些合成方法仅仅在实验室中取得了成功，并未进行工业化放大生产或中试，由实验室到工厂还有很长的一段路要走。这是因为实验室和工厂差异巨大：①混合问题，实验室中通常几克、几十克、最多百克左右投料，反应器通常为几十毫升的烧杯、研钵、坩埚，不用过多考虑物料混合分散问题；而工业化生产时往往是成百上千斤的批量投料，物料如何稳定连续输送、均匀混合是个棘手问题；②反应控制问题，大批量物料反应需要严格控制投料比、温度、加热、散热、输送等工艺参数，对于放热反应如何有效散热使体系温度不会剧烈波动，反应之后的物料如何分离提纯也至关重要；③成本问题，实验室为了探索新的合成路径和方法，可以不惜代价使用价格较高的谷氨酸钠等原料以及微波、高温熔融等复杂的工艺和相关装置，但是对于工业化生产则需要力求原料价廉易得、工艺简单、易于实现。中国专利CN106146328A虽然公开了一种利用甘氨酸、氧化钙、醋酸钙为原料工业化制备甘氨酸螯合钙的方法，但是该方法一方面需要消耗大量水和乙醇(易燃易挥发)，使得企业生产成本以及环保、安全风险大增；另一方面该方法操作较为复杂，每一次从投料到得到产品耗时长(12h以上)，合成和提纯分开进行不利于连续生产，并且每一批次反应环境不易控制，产品稳定性不够好。反应挤出是上世纪60年代后期兴起的一种新技术。反应挤出可保证化学反应连续进行，能消除反应时的凝胶效应，具有操作简单、经济易行等优点，近年来越来越受到人们的重视，不断有新的化学反应采用反应挤出工艺，反应挤出技术也从理论研究转向工业化实际应用并获得了巨大成功。反应型双螺杆挤出机与传统的反应器相比，具有停留时间分布窄、停留时间分布可控、脱挥效果好、反应动力强、传热效果好等优势，具体如下：(a)反应体系在反应器中的停留时间分布越窄，所得的反应产物就越均一、纯净，这是由反应型双螺杆挤出机自身的特点决定的。相互啮合且旋转的两根螺杆能够相互刮擦，具有良好的自清理功能，消除了反应器中的死角。螺杆与螺杆之间(小于2mm)、螺杆与机筒之间(小于1mm)的间隙小，因此反应体系中非受控的物料返流量很小。双螺杆挤出机螺杆的积木式设计可以获得期望的停留时间分布和剪切曲线。输送元件有不同的螺距，以便于在固定的螺杆转速下，能够改变加料量和停留时间；反向输送元件可以提供100％的逆向料流，可限制物料流动，增大填充量。捏合元件主要用于增强剪切，提高物料的分散混合程度。不同捏合元件的组合可以实现不同长度的捏合段向前、向后、或中性的交错角度，借助捏合段可以完成物料的捏合和扩散。输送部件上连续变化的螺旋样式在捏合段上间断交错排列。由于保持有啮合曲线，捏合元件也具有自清理功能。(b)反应型双螺杆挤出机采用饥饿式喂料，除阻尼段和计量挤出段物料全充满外，在挤出机的其他功能段物料基本都处于非充满状态。挤出机螺杆的积木式结构，便于在螺杆不同的功能段采用输送效率不同的螺纹元件从而改变物料的填充率。因此反应型双螺杆挤出机(尤其在脱挥口处)反应体系的比表面积比传统反应器大，有利于反应副产物和低分子挥发分脱除。螺杆旋转产生的强剪切混合能力，使得反应型双螺杆挤出机中的物料具有极高的表面更新率，进一步有利于挥发分的脱除。物料在挤出机中连续反应且返流量很小，因此可以根据反应进行的程度和挥发分产生的时刻及挥发量的大小在挤出机的不同位置设置一个或多个脱挥口。采用真空脱挥的情况下，还可以根据反应体系的粘度、温度及所要脱除的挥发分种类，在各真空脱挥口处采用不同的真空度，既可以防止反应物脱离反应体系又能根据工艺要求脱除不同的低分子挥发分，方便回收反应体系中的溶剂。(c)反应型双螺杆挤出机具有良好的混合能力，反应器中反应体系具有较高的物料表面更新率和比表面积，使得反应型双螺杆挤出机具有很强的传质效果，能防止某一区域的反应物过于集中及产物浓度过高，从而促进反应向正反应方向进行。传统反应器的传热效率较低，即便达到极限值也难以满足放热量大的反应，反应型螺杆挤出机较好的解决了这一难题。反应型双螺杆挤出机的换热效率可以达到400-500kcal/㎡.Hr.℃，甚至更高，且基本不受反应体系粘度的影响。反应型双螺杆挤出机还能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业化制备甘氨酸钙的装置，其特征在于该装置包括输送机、混合机、双螺杆挤出造粒机、双螺杆挤出反应器、干燥机、筛分机、包装装置，所述混合机的进料口与输送机A的出料口相连，用于在进料的同时对物料进行初步混合：所述双螺杆挤出造粒机的进料口与混合机的出料口、输水管路相连，用于对物料进行进一步混合并得到颗粒状的混合物料；所述双螺杆挤出反应器的进料口、出料口分别与双螺杆挤出造粒机的出料口、输送机B的进料口相连，用于完成反应和进行杂质分离；所述干燥机的进料口、出料口分别与输送机B的出料口、筛分机的进料口相连，用于对反应产物进行干燥；筛分机的出料口分别与输送机B的进料口、包装装置相连。

【技术特征摘要】
1.一种工业化制备甘氨酸钙的装置，其特征在于该装置包括输送机、混合机、双螺杆挤出造粒机、双螺杆挤出反应器、干燥机、筛分机、包装装置，所述混合机的进料口与输送机A的出料口相连，用于在进料的同时对物料进行初步混合：所述双螺杆挤出造粒机的进料口与混合机的出料口、输水管路相连，用于对物料进行进一步混合并得到颗粒状的混合物料；所述双螺杆挤出反应器的进料口、出料口分别与双螺杆挤出造粒机的出料口、输送机B的进料口相连，用于完成反应和进行杂质分离；所述干燥机的进料口、出料口分别与输送机B的出料口、筛分机的进料口相连，用于对反应产物进行干燥；筛分机的出料口分别与输送机B的进料口、包装装置相连。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述输送机A具体为气流输送机，输送机B具体为齿状螺旋输送机，所述混合机具体为一维混合机，所述干燥机具体为旋转闪蒸干燥机；输送机A和与之相连的混合机至少设置两套，用于交替、连续不断的为双螺杆挤出造粒机供料。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述双螺杆挤出造粒机的两个螺杆反向旋转，所述双螺杆挤出反应器的两个螺杆同向旋转。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述包装装置包括输送机C、二维混合机、包装机，其中输送机C与筛分机的出料口相连，二维混合机的进料口、出料口分别与输送机C的出料口、包装机的进料口相连，所述输送机C具体为气流输送机。5.利用权利要求1所述装置工业化制备甘氨酸钙的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将原料甘氨酸、钙源输送至混合机中进行混合；(b)所得混...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑修萍，付振宇，周水明，陈传武，丁广健，郭慧颖，汪芳芳，
申请(专利权)人：湖北壮美生物科技有限公司，明富上海健康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42