一种用于生产γ-氨基丁酸的多功能装置的制作方法

本实用新型涉及植物加工设备技术领域，具体是一种用于生产γ-氨基丁酸的多功能装置。

背景技术：

在食品、医药和化工行业的生产过程中，有许多产品都需要将中间产物进行结晶、过滤、洗涤和干燥、收料、包装等工艺操作后才能得到最终产品。这些工艺操作需要各自设备来实施，而每一种单元操作又可以通过不同的设备来实现。例如结晶工艺包括蒸发结晶、降温结晶、喷雾结晶等，可以通过结晶罐、结晶槽、各种型号的蒸发结晶器来生成晶体；过滤工艺可以通过抽滤缸、板框过滤机、硅藻土过滤机、离心机、膜过滤设备来实施；晶体洗涤工艺可以通过抽滤缸、三足式离心机等设备来实现；干燥工艺包括常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、沸腾干燥、冷冻干燥等，可以通过真空干燥箱、双锥干燥机、沸腾床、喷雾干燥器等设备来实施；物料的收集往往通过机械卸料、真空收料机或是人工收料来完成。整个生产流程需要通过这些单元操作来完成，这些单元操作分别都有各自配套的设备装置，这些装置都会占有一定的地面和空间，单台设备的造价相对较高。并且单元与单元间物料的搬运或输送较困难，不但劳动强度大，还易造成物料的污染和损耗。另一方面，在医药和化工行业由于有许多挥发的气体对人体有害，如果不能在密闭情况下实现物料转移，会对操作工人身体造成一定的危害，并且在暴露环境中转运物料存在较大的污染风险。有些使用了易燃易爆炸溶剂，如果不是在密闭空间转运，安全风险较高。

目前γ-氨基丁酸生产有发酵法、酶法或合成法这几种方法，这些方法在产品提取纯化阶段都会涉及到结晶、晶体过滤及洗涤、晶体干燥、收料包装等工艺过程。γ-氨基丁酸结晶工艺采用降温结晶方式，结晶设备一般采用釜式结晶罐。国际上高品质γ-氨基丁酸晶体对晶体形态要求较为严格，晶体要求均匀粗大。γ-氨基丁酸晶体收集和洗涤工艺采用三足式离心机分离过滤方式，晶体洗涤采用高纯度乙醇溶液在离心机转鼓中旋转淋洗工艺，该操作单元由于溶剂和物料均暴露在生产现场的环境中，存在较高的污染及安全风险。而且该过程需要人工上下料，劳动强度极大。γ-氨基丁酸晶体干燥采用真空干燥箱、双锥干燥器或沸腾床，需要人工将洗涤甩干后的晶体从离心机中转运到干燥设备中，晶体干燥后仍然需要人工从干燥箱中搬运出来，运至包装工序，这些过程还存在污染及人工劳动强度大的问题。以上工艺过程需要使用四种设备进行五种单元操作才能完成，这些设备及辅助设施占用较大的车间面积和空间，且购置费用相对较高。

近年来，本领域技术人员也考虑了将一些化工单元操作整合到一种设备之中，用来简化操作过程，减少劳动强度，降低能耗，降低污染风险，减少设备投入等。如申请号为201510523737.6的发明专利，公开了一种滚筒式连续结晶干燥设备以及工艺，将现有技术中的结晶和干燥设备进行一体化整合，利用一套动力设备驱动两套系统的运行，与传统粉体设置的结晶和干燥设备相比，大大节省了能源的消耗，而且操作以及工艺控制都更加简便，能够实现连续、高效的工业化生产。但该发明采用的是蒸发结晶工艺和装置，中间没有晶体洗涤工艺，不适合一些采用降温结晶工艺的产品生产，也不适合有晶体洗涤要求及晶型要求的高纯度结晶产品。诸如此类的设备比比皆是，但都存在着各种各样的不方便实施的问题。因此，研发一种集结晶、过滤、洗涤、干燥、自动收料等功能于一体的全密闭多功能设备具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是要针对目前生产γ-氨基丁酸时，其中的结晶、晶体过滤及洗涤、晶体干燥、收料包装等步骤需要多台设备进行，存在人工劳动强度大、占地面积大，成本高等问题，提供一种用于生产γ-氨基丁酸的多功能装置。

为了实现上述目的，本实用新型的具体方案是：

一种用于生产γ-氨基丁酸的多功能装置，具有通过管道及阀门连接的结晶干燥系统、热风系统、真空收料系统、溶剂回收系统和尾料回收系统，所述结晶干燥系统具有罐体，所述罐体的顶部装有搅拌电机，罐体的底部设有出料口，所述罐体的外壁上装有用于通入水蒸气和冷却水的夹套，夹套上开设有水蒸气入口和冷却水入口，罐体内设有过滤装置，罐体通过过滤装置被分割为干燥室和结晶室两个部分，所述搅拌电机下装有搅拌轴，搅拌轴的底部直达结晶室的底部，位于干燥室内的搅拌轴上装有摊平桨叶，位于结晶室的搅拌轴的底部装有搅拌桨叶，所述干燥室的顶部装有两组喷淋管、晶体流入管、排气孔和温度探头，底部装有四组真空收料管，所述结晶室的罐壁上装有温度探头和ph探头，结晶室的上部装有料液流入管，中下部还设有视镜，所述出料口通过管道分别与热风系统和离心泵连接，离心泵的出口通过管道与晶体流入管连通，所述真空收料管通过管道及阀门与真空收料系统连接，所述排气孔通过管道及阀门分别与溶剂回收系统和尾料回收系统连接。

优选地，本实用新型中所述罐体的顶部还设有人孔。

优选地，本实用新型中所述热风系统包括通过管道连接的止回阀、电加热管、蒸汽加热器以及空压机或鼓风机。

优选地，本实用新型中所述真空收料系统包括通过管道连接的球阀和真空上料机。

优选地，本实用新型中所述溶剂回收系统包括通过管道连接的阀门及列管式冷凝器。

优选地，本实用新型中所述尾料回收系统包括通过管道连接的阀门及旋风分离器。

优选地，本实用新型中所述过滤装置由底层的不锈钢筛板和上层的不锈钢筛网组成，所述筛网为60目。

进一步地，本实用新型中所述真空收料管均匀地分布在罐壁上，真空收料管的底部距离筛网的垂直距离为20mm，真空收料管底部的中心与罐壁之间的水平距离等于罐体半径的0.15倍。

优选地，本实用新型中所述摊平桨叶具有轴套，轴套的四周焊接有通过不锈钢钢板制作而成的四个桨叶，四个桨叶的长度分别罐体半径的0.25倍、0.4倍、0.6倍和0.8倍，四个桨叶与轴套的连接端呈倾斜布置，四个桨叶所在的平面与水平面的夹角为60°，所述轴套的顶部与过滤装置的垂直距离为8-12mm。

进一步地，本实用新型中所述晶体流入管伸入罐体的干燥室内，晶体流入管的底部与轴套顶部的垂直距离为100mm，晶体流入管底部的中心位置与搅拌轴的水平距离为95-105mm。

本实用新型结构简单，设备整体造价成本低，生产效率高，解决了多台设备造价高、占地面积大、不同单元操作间物料的搬运或输送较困难的问题，同时能够有效防止物料在不同工艺过程中转移可能造成的污染。本实用新型是集合结晶、过滤、洗涤、干燥、自动收料等功能于一体的全密闭五合一设备，利用该设备生产出来的产品的纯度、晶型、微生物能满足客户的要求，可以广泛于食品、医药、化工产品的生产中。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是本实用新型中的过滤装置的主视图；

图3是本实用新型中的过滤装置的俯视图；

图4是本实用新型的四组真空收料管的分布图；

图5是本实用新型的摊平桨叶的主视图；

图6是本实用新型的摊平桨叶的俯视图；

其中：1-罐体，2-搅拌电机，3-出料口，4-夹套，5-水蒸气入口，6-冷却水入口，7-干燥室，8-结晶室，9-搅拌轴，10-摊平桨叶，11-搅拌桨叶，12-喷淋管，13-晶体流入管，14-排气孔，15-温度探头，16-真空收料管，17-温度探头，18-ph探头，19-料液流入管，20-视镜，21-离心泵，22-阀门，23-人孔，24-止回阀，25-电加热管，26-蒸汽加热器，27-空压机，28-球阀，29-真空上料机，30-阀门，31-列管式冷凝器，32-阀门，33-旋风分离器，34-筛板，35-筛网，36-轴套，37-桨叶，38-玻璃管视盅，39-真空泵。

具体实施方式

本实施例的一种用于生产γ-氨基丁酸的多功能装置，参见图1，具有通过管道及阀门连接的结晶干燥系统、热风系统、真空收料系统、溶剂回收系统和尾料回收系统，所述结晶干燥系统具有罐体1，所述罐体1的顶部装有搅拌电机2，罐体1的底部设有出料口3，所述罐体1的外壁上装有用于通入水蒸气和冷却水的夹套4，夹套4上开设有水蒸气入口5和冷却水入口6，罐体1内设有过滤装置，罐体1通过过滤装置被分割为干燥室7和结晶室8两个部分，所述搅拌电机2下装有搅拌轴9，搅拌轴9的底部直达结晶室8的底部，位于干燥室7内的搅拌轴7上装有摊平桨叶10，位于结晶室8内的搅拌轴7的底部装有搅拌桨叶11，所述干燥室7的顶部装有两组喷淋管12、晶体流入管13、排气孔14和温度探头15，底部装有四组真空收料管16，所述结晶室8的罐壁上装有温度探头17和ph探头18，结晶室8的上部装有料液流入管19，中下部还设有视镜20，所述出料口3通过管道分别与热风系统和离心泵21连接，离心泵21的出口通过管道与晶体流入管13连通，所述真空收料管16通过管道及阀门22与真空收料系统连接，所述排气孔14通过管道及阀门22分别与溶剂回收系统和尾料回收系统连接。

优选地，本实施例中所述罐体1的顶部还设有人孔23。

优选地，本实施例中所述热风系统包括通过管道连接的止回阀24、电加热管25、蒸汽加热器26以及空压机27，所述空压机27可以替换为鼓风机。

优选地，本实施例中所述真空收料系统包括通过管道连接的球阀28和真空上料机29。

优选地，本实施例中所述溶剂回收系统包括通过管道连接的阀门30、列管式冷凝器31和真空泵39。

优选地，本实施例中所述尾料回收系统包括通过管道连接的阀门32及旋风分离器33。

优选地，本实施例中所述过滤装置由底层的不锈钢筛板34和上层的不锈钢筛网35组成，所述筛网35为60目，参见图2-3。

进一步地，本实施例中所述真空收料管16均匀地分布在罐壁上，参见图4，真空收料管16的底部距离筛网35的垂直距离为20mm，真空收料管16底部的中心与罐壁之间的水平距离等于罐体1半径的0.15倍。

优选地，本实施例中所述摊平桨叶10具有轴套36，轴套36的四周焊接有通过不锈钢钢板制作而成的四个桨叶37，四个桨叶37的长度分别罐体1半径的0.25倍、0.4倍、0.6倍和0.8倍，四个桨叶37与轴套36的连接端呈倾斜布置，四个桨叶37所在的平面与水平面的夹角为60°，参见图5-6，本实施例中所述轴套36的顶部与过滤装置的垂直距离为8-12mm，本实施例中轴套36的顶部与过滤网的垂直距离为10mm。

进一步地，本实施例中所述晶体流入管13伸入罐体1的干燥室7内，晶体流入管13的底部与轴套36顶部的垂直距离为100mm，晶体流入管13底部的中心位置与搅拌轴9的水平距离为95-105mm。本实施例中，晶体流入管13底部的中心位置与搅拌轴9的水平距离为100mm。

本实施例中，所述出料口3的管道上还装有用于观察结晶室8的玻璃管视盅38。

本实施例的工作原理是：γ-氨基丁酸是2013年被国家认定为新资源食品原料，本实施例以酶法生产γ-氨基丁酸为例，首先以谷氨酸为底物，通过酶将底物转为γ-氨基丁酸，再通过多级膜过滤，去掉杂质，并将料液进一步浓缩成预结晶液，然后将配好的预结晶液通过料液流入管19进入至结晶室8内，结晶室8可以实现蒸发溶剂结晶及冷却结晶的功能。

蒸发溶剂结晶操作如下：蒸汽通过水蒸气入口5进入夹套4加热结晶室8内的液体，加热的同时开启排气孔14的阀门，使挥发的溶剂进入溶剂回收系统，经过列管式冷凝器31及真空泵39回收溶剂。蒸发溶剂的同时开启搅拌桨叶11，可以通过视镜20观察结晶室8晶体生成情况，来决定搅拌的转速，随着溶剂的蒸发，能够实现结晶。

降温结晶可以通过以下过程来实现：将冷却水通过冷却水入口6进入夹套4给结晶室8的饱和料液降温，降温同时开启搅拌桨叶11，在搅拌的作用下，结晶室8的饱和料液可以逐步产生晶体实现结晶功能。

γ-氨基丁酸易溶于水，微溶于乙醇，结晶工艺采取的是在γ-氨基丁酸饱和水溶液中加入一定量的乙醇，使得其在降温的条件下，在乙醇相中结晶。通过采用本实用新型中特定结构的搅拌桨叶13，通过控制温度和搅拌的转速，使得晶体生成得比较粗大，其晶体大小一般在在4-20目之间。

结晶室8的料液结晶完成后，开启出料阀门，混合有晶体的料液流经出料口3、玻璃管视盅38、球阀，通过离心泵21将结晶体料液泵入罐体1的晶体流入管13，由晶体流入管13将结晶体料液回流到罐体1的干燥室7中。由于晶体流入管13管口靠近搅拌轴9位置，处于罐体1中心位置，当夹带有晶体的料液流到筛网35时，晶体被截留在筛网35表面，并逐步形成堆积，而溶剂则透过筛网35回流到结晶室8中。随着料液量的增加，晶体在筛网35上堆积起来，此时开动搅拌，摊平桨叶10的特殊结构使得桨叶在转动的时候能够将堆积的晶体摊平，并推动晶体向罐壁的方向移动。当大部分晶体进入干燥室7后，停止料液输送，并停止搅拌，让结晶室7剩余的料液静置一段时间，使得晶体能够沉降到罐体1的锥形底部。然后再开启泵和搅拌，继续上述操作，直到流经玻璃管视盅38的料液观察不到晶体。此时停止离心泵21，开启相关阀门，使溶剂流入相关储存容器。

当所有晶体转入干燥室7后，开启搅拌带动摊平桨叶10翻转晶体，同时使用适当的溶剂通过两组喷淋管12对摊平在筛网35上的晶体进行喷淋洗涤，通过摊平桨叶10的翻转来增加洗涤效果，提高晶体的纯度。淋洗液通过筛网35流入结晶室8，最后通过出料管道流入相关容器中。

淋洗完成后，向罐体1夹套4中通入蒸汽加热，开启排气孔14上的阀门，开启溶剂回收系统上的阀门30、列管式冷疑器31和真空泵39，关闭罐体1上其它阀门。此时的罐体1相当于一个真空干燥箱，由夹套4进行加热，加热时缓慢开启搅拌，让电机反转，摊平桨叶10反转，搅动晶体，使之受热均匀。干燥一定时间后，去掉了大部分溶剂后，通过列管式冷疑器31将这部分溶剂回收。关闭溶剂回收系统，开启尾料回收系统，开启热风系统，空压机27产生的压缩空气经过电加热管25和蒸汽加热器26变成热空气流进入罐体1内，透过筛网35对堆积在筛网面上的晶体进行加热。这个过程相当于气流干燥过程，由热风带走剩余的溶剂和水分。此时搅拌仍然开启，通过摊平桨叶10使晶体翻动使之受热均匀。在晶体量少的时候，甚至可以产生沸腾干燥的效果。加热晶体后的尾气通过排气孔14由尾料回收系统排出，其中带走的少了晶体通过旋风分离器33回收。

当晶体干燥至规定的水分后，进行收料操作。开启真空收料机29的电机及球阀28，关闭尾料回收系统，开启搅拌正转摊平桨叶10，使干燥后的晶体被摊平桨叶10推向罐壁，四组真空收料管16通过真空抽吸作用将管口周围晶体抽吸至罐外。摊平桨叶10不断将中间位置晶体推至边缘，连续被抽吸走。当剩下少量物料时，由于压缩空气的吹动，使得物料能够被吹动吸入真空收料管16中。

上述的γ-氨基丁酸结晶、晶体过滤、晶体洗涤、干燥、收料均在同一个设备之中进行，晶体和溶剂均没有同外界接触，保证了产品的卫生以及减少溶剂的挥发损失，减少了安全隐患。同时所有的物料运输通过泵和管道，减少了劳动力强度，节省了劳力。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。