CN109608350B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

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

技术领域

本发明涉及食品技术领域，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。

背景技术

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,et al.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,et al.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有效避免高粘度反应体系的过度反应、爆聚和产物热解等现象出现。

反应型双螺杆挤出机具有许多独特的优势，目前主要应用于高分子化合物合成、塑料共混与加工、橡胶硫化与混炼方面，将其做为一类新型反应装备的实践案例和相应的理论研究时间较短。与传统的应用装备技术相比，反应型双螺杆挤出机实际应用的反应体系还很少，尤其是食品行业。为了提高生产效率与产品质量，从拓宽反应型双螺杆挤出机的应用领域入手，在CN108157932A(复配食品添加剂乳酸粉的双螺杆挤出、混合免烘干制备方法)的基础上，发明人团队通过大量实验成功开发了一套工业化制备甘氨酸钙的装置及相应的甘氨酸钙生产方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有甘氨酸钙工业化生产方法存在的种种不足，以甘氨酸、氧化钙或氢氧化钙为原料，利用反应型双螺杆挤出机替代传统的反应釜，以简单的工艺、较低的成本、连续批量的制得了质量稳定、纯度较高的食品级甘氨酸钙产品。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种工业化制备甘氨酸钙的装置，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，一方面能够将大颗粒物料重新送入干燥器干燥，另一方面能将合格的产品送入包装装置。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，输送机A和与之相连的混合机至少设置两套，用于交替、连续不断为双螺杆挤出造粒机供料。

进一步的，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。

进一步的，所述包装装置包括输送机C(气流输送机)、混合机(二维混合机)、包装机，其中输送机C与筛分机的出料口相连，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。

利用上述整套装置工业化制备甘氨酸钙的方法，包括以下步骤：

(a)将原料甘氨酸(食品级)、钙源(食品级氢氧化钙、氧化钙或其混合物)输送至混合机中进行混合；

(b)所得混合物料与水一起输送至双螺杆挤出造粒机进行混合造粒；

(c)所得粒料(粒径2-6mm，潮湿感的硬颗粒)输送至双螺杆挤出反应器中进行反应，反应所得产物输送至干燥机中进行干燥；

(d)干燥所得产物通过筛分机进行分离，筛网上的物料重新输送至干燥机干燥，筛落后的物料输送至包装装置。

进一步的，步骤(a)中按照甘氨酸:钙元素＝2:1的摩尔比，将甘氨酸和钙源通过至少两套输送机连续不断输送至混合机A中，混合一定时间(验证时间，20-40min)后取样检测甘氨酸与钙元素的实际比例，合格(摩尔比2:1，误差精确至万分之一)后开动生产，否则补充加料进行调整直至合格。

进一步的，进入双螺杆挤出造粒机的混合物料与水的质量流量比为0.5-2:1，双螺杆挤出造粒机机腔内物料温度为60-80℃。

进一步的，双螺杆挤出反应器熔融段温度为70-90℃，反应段温度不超过150℃，常压脱挥段保持对空排气畅通，减压脱挥段真空度为2000-5000Pa，挤出段末端物料温度为50-70℃。

进一步的，干燥机的具体操作条件为：主机转速100-500r/min，热风温度130-150℃，物料温度110-130℃，出风温度70-90℃，主机真空度-2200至-1800Pa。

进一步的，双螺杆挤出造粒机及双螺杆挤出反应器的螺杆直径为40-160mm，长径比(L/D)为2-60:1，螺杆转速范围0-500r/min，主机功率10-100KW。

两台气流输送机和一台一维混合机(1-5m³或以上)组成配套的进、混料装置。两套进、混料装置(共计4台气流输送机+1台一维混合机)交替工作实现反向双螺杆挤出造粒机连续进料混合，并能保证进入反向双螺杆挤出造粒机的甘氨酸和钙源粉状物料充分混合。

反向双螺杆挤出造粒机的规格与系统装置整体产量规模相协调。反向双螺杆挤出造粒机的主要作用包括三方面：A.使充分混合的甘氨酸-钙源混合物再次与水混合均匀；B.利于水和甘氨酸-钙源混合物中的氧化钙作用生成氢氧化钙，同时保证该反应迅速、彻底的进行，使氢氧化钙充分溶解于水，在与甘氨酸接触的微环境下达到氢氧化钙饱和水溶液的理论碱度；C.便于后续启动甘氨酸与氢氧化钙的螯合反应。

反应型同向双螺杆挤出机(反应器)具有混合、反应、温控、脱挥等多重功能，其螺杆元件按理论与实验结果结合产量目标，采用具有目的功能结构的积木组合元件，与螺杆元件段对应的壳体具有相协调的功能(诸如：进料，升降温，自然脱挥，真空脱挥)，这些功能段可以顺序排列也可循环出现。以控制螺杆转速为代表的控制系统可保证物料到达反应型同向双螺杆挤出机各段的温度、压力(脱挥段)工艺参数维持在预定范围内，使得物料从进入到输出反应完全。反应型同向双螺杆挤出机功能段顺序为：熔融段-反应段-常压脱挥段-减压脱挥段-挤出段，熔融段位于进料斗后并与进料斗相连，各段都有腔内料温检测与腔体温控功能。同向双螺杆挤出反应器正常工作时，挤出段中部以前的物料都是处于熔融状态的，这种熔融状态是因为过量水的存在实现的，并且这种熔融状态既有利于各反应物充分接触、更新，有利于反应彻底进行，有利于生成物后移、排出。

齿状螺旋输送机的作用是将由反应型同向双螺杆挤出反应器输出的甘氨酸钙半成品输入干燥系统，在输送同时可使物料硬化，利于干燥系统运行稳定、质量得到保证。旋转闪蒸干燥机容量规格与整体装备产量规模协调，内部组成元件细化的功能结构与甘氨酸钙剂型目标(粒度、细度等)对应，保证干燥产品含量符合“食品安全国家标准-食品添加剂-甘氨酸钙GB30605-2014”对应指标。振动筛(筛分机)规格与整体装备的产量规模相配套，使符合甘氨酸钙剂型目标(粒度、细度)的产品进入甘氨酸钙成品收集系统，不符合甘氨酸钙剂型目标(粒度、细度)的产品回输进旋转闪蒸干燥机进料系统。二维混合机规格与整体装备的产量规模相配套，具有生产过程暂存和批次匀质的作用与效果。包装机规格与整体装备的产量规模相配套，用于甘氨酸钙产品包装。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：

(1)本发明方法属于一步法挤出反应合成工艺，从同向双螺杆挤出反应器输出的物料，无需传统合成工艺所必须的水洗(除碱)和醇洗(除酸)步骤，原料混合更均匀，反应更加彻底，工艺更加简单也更安全环保；

(2)通过精确投料、反应前检测、调节确认配比、选用新型反应器，确保了反应的彻底进行，同向双螺杆挤出反应器既充当了传统反应釜的角色，又能同时起到杂质分离、提纯的作用；

(3)在甘氨酸-钙源混合物从一维混合机持续输入反向双螺杆挤出造粒机进料斗的同时，配合通入纯水，以保证和实现在双螺杆挤出造粒机机腔内氧化钙基于充分接触下的完全消解、氢氧化钙的溶解及其同甘氨酸初始反应的启动。所使用的双螺杆挤出机物料行程较短，既能保证混合反应效果，又可避免局部过热造成物料甘氨酸、甘氨酸钙分解，通过调节挤出机参数及进料量，可使上述反应过程稳定保持在最佳状态。

附图说明

图1为本发明各装置连接及物料输送图；

图2为本发明同向双螺杆挤出反应器结构示意图。

其中T和P分别代表温度、压力传感器。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明以食品添加剂甘氨酸和食品添加剂氧化钙(或新制的食品添加剂氢氧化钙，或食品添加剂氢氧化钙与食品添加剂氧化钙的混合物)为原料，按照严格的配比通过多套输送系统将其输送至一维混合机充分混合均匀，所得混合物料与水按照一定比例输送至反向双螺杆挤出造粒机中进行造粒，挤出的粒料直接落入反应型同向双螺杆挤出机(反应器)进料口，依设定的工艺参数维持规定的螺杆转速、各反应段温度、脱挥段真空度进行反应，保证甘氨酸与氧化钙(或氢氧化钙)完全反应生成甘氨酸钙螯合物，反应所得产物通过齿状螺旋输送机输入配套的旋转闪蒸干燥机中完成干燥，干燥后的产物经筛分机后一部分经二维混合机批量匀质后进入包装机，得到符合食品添加剂标准的甘氨酸钙；另外一部分通过齿状螺旋输送机进入旋转闪蒸干燥机再次进行干燥。

本发明各实施例所使用的反向双螺杆挤出造粒机参数为：螺杆公称直径150mm，长径比(L/D)2，螺杆转速范围20-50r/min，主机功率约11KW；反应型同向双螺杆挤出机(反应器)参数为：螺杆公称直径51.4mm，长径比(L/D)48，螺杆转速范围0-500r/min，主机功率约48KW。产量范围100-300kg/h。所使用的甘氨酸、氧化钙、氢氧化钙为食品级或优于食品级，水为去离子水或蒸馏水，电导率≤5μA。

实施例1

食品添加剂甘氨酸：1000kg，标示含量(随货检验报告单)：99.56％，干燥减量0.15％。将其通过气流输送机输入一维混合机中，启动一维混合机，混合至经标定了的验证时间(40min)，接着从一维混合机出料端取样送检。不经干燥减量烘干直接测定的甘氨酸含量为：99.4366％。

准备5000kg食品添加剂氧化钙，规格500kg/袋，包装标示含量95.0-100.5％，随货检验报告单显示所有项目符合食品安全GB30614-2014标准，新进同批号。临用时刻随机取样送检，不经灼烧减量测定程序直接测定钙元素含量，再折算成氧化钙含量，结果为：88.4337％。依食品安全GB30614-2014标准检测的部分项目数据为：灼烧减量：11.22％；镁及碱金属0.56％；酸不溶物0.22％。

按测定结果计算两种物料精确比例，通过气流输送机向已经盛装甘氨酸的一维混合机中共计输入419.99kg氧化钙，关闭进出料口，启动混合程序使其运转40min(该装置能充分混合的验证时间)。停机打开一维混合机出料口，取样送检测定混合物料中钙元素含量，折合成氧化钙含量为26.15％。由两种原料的总投料量1419.99kg折算，刚好同甘氨酸与钙元素摩尔比2:1的理论值吻合。同一批次原料最少测定一次确定以上投料比合格，之后连续开动生产后可间断抽检。

设定好各项工艺参数，其中反向双螺杆挤出造粒机进料口的混合物料输送量为142kg/h(即约2.37kg/min)，水的输送量为120kg/h(即约2kg/min，电导率2μA)，机腔内物料温度为70±5℃。依次启动一维混合机、反向双螺杆挤出造粒机及连续加水系统，随后连续、均匀得到白色、温热、有潮湿感的绿豆状均匀颗粒(约2mm)。

从双螺杆挤出造粒机挤出的粒料直接进入反应型同向双螺杆挤出反应器料斗中。当料斗填充至约80％时，启动反应型同向双螺杆挤出反应器并设置好参数：熔融段温度设置为80±5℃；反应段温度设置为≦150℃；常压脱挥段保持对空排气畅通，减压脱挥段在初始进料阶段从视镜观察以不出现爆沸现象为前提，调节、设置适当真空度(全过程在5000-2000Pa)，以便最大限度排除水蒸气及痕量副反应产物；挤出段设置末端料温60±5℃。在系统装置运行的过程中，实验验证反应器挤出的粒料确实反应完全。

从反应型同向双螺杆挤出反应器挤出的甘氨酸钙含水粒料由齿状螺旋输送机持续输入旋转闪蒸干燥机中，控制主机转速300r/min，热风温度140±2℃，物料温度120±2℃，出风温度80±5℃，主机真空度-2000±200Pa。从旋转闪蒸干燥机出来的产物由筛分机筛分，含量与剂型合格的甘氨酸钙产品通过气流输送机依次输入二维混合机、包装机得到成品；剂型不合格的回输到齿状螺旋输送机，与新进物料混合后再次干燥、筛分。

批次生产完成后，得到剂型符合要求、含量及各项指标完全符合GB30605-2014标准的甘氨酸钙产品1406kg。停车时刻，筛分回料与齿状螺旋输送机以后系统装置清空所得的半成品折合到成品含量约5.6kg。计算可知，批次成品收率达到99％，总收率达到99.41％。

实施例2

食品添加剂甘氨酸：1000kg，标示含量(随货检验报告单)：99.56％，干燥减量0.15％。将其通过气流输送机输入一维混合机中，启动一维混合机，混合至经标定了的验证时间(40min)，接着从一维混合机出料端取样送检。不经干燥减量烘干直接测定的甘氨酸含量为：99.4358％。

准备2000kg新制同批号的食品添加剂氢氧化钙并在最短时间运至工厂。规格25kg/袋，防水、充氮包装，包装标示含量95.0-100.5％，随货检验报告单显示所有项目符合食品安全GB25572-2010标准。临用时刻随机取样送检，直接测定钙元素含量，再折算成氧化钙含量，结果为：99.2588％。

按测定结果计算两种物料精确比例，通过气流输送机向已经盛装甘氨酸的一维混合机中共计输入494.35kg氢氧化钙，关闭进出料口，启动混合程序使其运转40min。停机打开一维混合机出料口，取样送检测定混合物料中钙元素含量，折合成氢氧化钙含量为32.84％。由两种原料的总投料量1494.35kg折算，刚好同甘氨酸与钙元素摩尔比2:1的理论值吻合。

设定好各项工艺参数，其中反向双螺杆挤出造粒机进料口的混合物料输送量为150kg/h(即约2.5kg/min)，水的输送量为36kg/h(即约0.6kg/min，电导率2μA)，机腔内物料温度为70±8℃。依次启动一维混合机、反向双螺杆挤出造粒机及连续加水系统，随后连续、均匀得到白色、温热、有潮湿感的绿豆状均匀颗粒(约2-4mm)。

从双螺杆挤出造粒机挤出的粒料直接进入反应型同向双螺杆挤出反应器料斗中。当料斗填充至约80％时，启动反应型同向双螺杆挤出反应器并设置好参数：熔融段温度设置为80±10℃；反应段温度设置为≦150℃；常压脱挥段保持对空排气畅通，减压脱挥段在初始进料阶段从视镜观察以不出现爆沸现象为前提，调节、设置适当真空度(全过程在5000-2000Pa)，以便最大限度排除水蒸气及痕量副反应产物；挤出段设置末端料温60±10℃。在系统装置运行的过程中，实验验证反应器挤出的粒料确实反应完全。

从反应型同向双螺杆挤出反应器挤出的甘氨酸钙含水粒料由齿状螺旋输送机持续输入旋转闪蒸干燥机中，控制主机转速300r/min，热风温度140±2℃，物料温度120±2℃，出风温度80±5℃，主机真空压力-2000±200Pa。从旋转闪蒸干燥机出来的产物由筛分机筛分，含量与剂型合格的甘氨酸钙产品通过气流输送机依次输入二维混合机、包装机得到成品；剂型不合格的回输到齿状螺旋输送机，与新进物料混合后再次干燥、筛分。

批次生产完成后，得到剂型符合要求、含量及各项指标完全符合GB30605-2014标准的甘氨酸钙产品1404kg。停车时刻，筛分回料与齿状螺旋输送机以后系统装置清空所得的半成品折合到成品含量约6.0kg。计算可知，批次成品收率达到98.87％，总收率达到99.30％。

实施例3

食品添加剂甘氨酸：1000kg，标示含量(随货检验报告单)：99.56％，干燥减量0.15％。将其通过气流输送机输入一维混合机中，启动一维混合机，混合至经标定了的验证时间(40min)，接着从一维混合机出料端取样送检。不经干燥减量烘干直接测定的甘氨酸含量为：99.4343％。

准备2000kg新制同批号的食品添加剂氢氧化钙并在最短时间运至工厂。规格25kg/袋，防水、充氮包装，包装标示含量95.0-100.5％，随货检验报告单显示所有项目符合食品安全GB25572-2010标准。临用时刻随机取样送检，直接测定钙元素含量，再折算成氧化钙含量，结果为：99.2588％。

准备5000kg食品添加剂氧化钙，规格500kg/袋，包装标示含量95.0-100.5％，随货检验报告单显示所有项目符合食品安全GB30614-2014标准，新进同批号。临用时刻随机取样送检，不经灼烧减量测定程序直接测定钙元素含量，再折算成氧化钙含量，结果为：88.2258％。依食品安全GB30614-2014标准检测的部分项目数据为：灼烧减量：11.43％；镁及碱金属0.56％；酸不溶物0.22％。

通过气流输送机向已经盛装甘氨酸的一维混合机中共计输入200kg氢氧化钙，关闭进出料口，启动混合程序使其运转40min。停机打开一维混合机出料口，取样送检测定混合物料中钙元素含量，折合成氢氧化钙含量为16.45％。以甘氨酸原料的总投料量1000kg为基准，要使甘氨酸与钙元素摩尔比达到2:1的理论值，经计算需添加氧化钙原料250.66kg。按计算数据通过气流输送机向已经盛装甘氨酸-氢氧化钙混合物的一维混合机中准确输入250.66kg氧化钙，关闭进出料口。再次启动混合程序使其运转40min。停机打开一维混合机出料口，取样送检测定混合物料中钙元素含量，折合成氧化钙含量为26.15％。由三种原料的各自投料量(甘氨酸1000kg；氢氧化钙200kg；氧化钙250.66kg)折算，刚好同甘氨酸与钙元素摩尔比2：1的理论值吻合。

设定好各项工艺参数，其中反向双螺杆挤出造粒机进料口的混合物料输送量为145kg/h(即约2.4kg/min)，水的输送量为60kg/h(即约1.0kg/min，电导率2μA)，机腔内物料温度为70±8℃。依次启动一维混合机、反向双螺杆挤出造粒机及连续加水系统，随后连续、均匀得到白色、温热、有潮湿感的绿豆状均匀颗粒(约2mm)。

从双螺杆挤出造粒机挤出的粒料直接进入反应型同向双螺杆挤出反应器料斗中。当料斗填充至约80％时，启动反应型同向双螺杆挤出反应器并设置好参数：熔融段温度设置为80±10℃；反应段温度设置为≦150℃；常压脱挥段保持对空排气畅通，减压脱挥段在初始进料阶段从视镜观察以不出现爆沸现象为前提，调节、设置适当真空度(全过程在5000-2000Pa)，以便最大限度排除水蒸气及痕量副反应产物；挤出段设置末端料温60±10℃。在系统装置运行的过程中，实验验证反应器挤出的粒料确实反应完全。

从反应型同向双螺杆挤出反应器挤出的甘氨酸钙含水粒料由齿状螺旋输送机持续输入旋转闪蒸干燥机中，控制主机转速400r/min，热风温度140±2℃，物料温度120±2℃，出风温度80±5℃，主机真空压力-2000±200Pa。从旋转闪蒸干燥机出来的产物由筛分机筛分，含量与剂型合格的甘氨酸钙产品通过气流输送机依次输入二维混合机、包装机得到成品；剂型不合格的回输到齿状螺旋输送机，与新进物料混合后再次干燥、筛分。

批次生产完成后，得到剂型符合要求、含量及各项指标完全符合GB30605-2014标准的甘氨酸钙产品1405kg。停车时刻，筛分回料与齿状螺旋输送机以后系统装置清空所得的半成品折合到成品含量约6.0kg。计算可知，批次成品收率达到98.94％，总收率达到99.37％。

Claims (5)

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：并且输送机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；

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；

所述输送机A具体为气流输送机，所述输送机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，所述双螺杆挤出造粒机的两个螺杆反向旋转；

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。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述双螺杆挤出反应器的两个螺杆同向旋转。

3.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）按照甘氨酸:钙元素=2:1的摩尔比，将原料甘氨酸、钙源输送至混合机中进行混合；

（b）按照0.5-2:1的质量流量比，将所得混合物料与水一起输送至双螺杆挤出造粒机混合造粒，双螺杆挤出造粒机机腔内物料温度为60-80℃；

（c）所得粒料输送至双螺杆挤出反应器中进行反应，反应所得产物输送至干燥机中进行干燥；双螺杆挤出反应器熔融段温度为70-90℃，反应段温度不超过150℃，常压脱挥段保持对空排气畅通，减压脱挥段真空度为2000-5000Pa，挤出段末端物料温度为50-70℃；双螺杆挤出造粒机及双螺杆挤出反应器的螺杆直径为40-160mm，长径比为2-60:1，螺杆转速范围0-500r/min，主机功率10-100KW；干燥机的具体操作条件为：主机转速100-500r/min，热风温度130-150℃，物料温度110-130℃，出风温度70-90℃，主机真空度-2200至-1800Pa；

（d）干燥所得产物通过筛分机进行分离，筛网上的物料重新输送至干燥机干燥，筛落后的物料输送至包装装置。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（a）中将甘氨酸和钙源通过至少两套输送系统连续不断输送至混合机A中，混合一定时间后取样检测甘氨酸与钙元素的实际比例，合格后开动生产，否则补充加料进行调整，直至合格。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述钙源选自氢氧化钙、氧化钙或两者以任意比形成的混合物，钙源为食品级。

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