发布时间 : 星期六 文章生物分离工程复习资料更新完毕开始阅读
24. 简述结晶的必备条件；
25. 请绘制典型的物料干燥速率曲线简图，并说明恒速干燥阶段及降速干燥阶段的特点； 26. 简述晶体生长扩散学说；
27. 何谓重结晶？重结晶的一般过程是怎样的？ 28. 简述亲和吸附剂的制备过程；
29. 何谓萃取？物理萃取体系一般由哪些基本要素构成？
三.计算题
1、用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m3，萃取平衡常数为K=40，处理能力为H=0.5m3/h，萃取溶剂流量为L=0.03m3/h，若要产品收率达96%，试计算理论上所需萃取级数。
2、应用离子交换树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量。
3、一种耐盐细胞其能积累细胞内低分子量卤化物，适应高渗透压，能在含有0.32mol/LNaCl, 0.02mol/LMgCl2 , 0.015mol/LCaCl2, 0.01mol/LFeCl3 的培养基这培养，当其从含盐量高的培养基中转移至清水中，在数分钟内能将胞内产物释放出来，试估计细胞膜所受渗透压的大小。（设操作温度为25℃）
4、应用转鼓真空过滤机处理柠檬酸发酵液，已知发酵液中柠檬酸含量为86kg/m3，过滤面积15m2，转鼓转速0.75r/min，过滤压强0.08Mpa，过滤介质阻力可忽略不计，滤饼层不可压缩，其过滤常数为8.5×105s/m2，滤饼洗涤效率为60％，过滤结束时滞留于滤饼的滤液占7％，工艺要求通过洗涤把滞留于滤饼上的柠檬酸洗出90％。求处理量为2.5m3/h时，过滤机回转一周的过滤时间和洗涤时间。
5、应用一管式离心机从发酵液分离回收面包酵母，当离心机转速为5000r/min，进料流速为0.75m2/h时，可回收50%的酵母菌体，求：
（1） 把酵母回收率提高到95%，使用上述的离心机时的料液流速。
（2） 若离心机转速增至10000r/min，其它条件维持不变，求此时进料流速。
6、使用喷嘴碟片式离心机从培养液中增浓绿藻细胞，然后用管式高速离心机分离得浓浆。所用的管式离心机转鼓高1.2m，内径0.15m，回转分离操作时，液面至管壁距离为0.11m，回转速度6500r/min，料液密度1.01g/cm3，粘度1.03×10-3 Pa〃s，绿藻细胞视为球状，其直径不小于1.0×10-5m，细胞密度为1.03kg/m3。若要回收全部绿藻细胞，则允许的料液最高流速应为多少？
7、应用基因工程菌株生产乙肝疫苗。在产物提取过程中，须从发酵液离心分离出菌体。已知离心机转鼓直径0.125m，转速12000r/min，发酵液的粘度为2×10-2 Pa〃s，细胞浓度是50kg/m3，若转鼓壁面滤饼的最大厚度为0.04m，菌体细胞直径1.0×10-6m，求： （1） 上述分离条件下的生产能力。
（2） 若细胞破碎后离心，此时细胞碎片平均直径为5.0×10-7m，料液粘度升至2×10-2 Pa〃s，其它条件
维持不变，估算离心分离生产能力。
8、用管式离心机从发酵液中分离大肠杆菌细胞，已知离心管内径为0.127m，高0.73m，转速为16000r/min，生产能力Q＝0.2m3/h。求： （1） 细胞的离心沉降速度?g；
（2） 若大肠杆菌细胞破碎后，微粒直径平均降低一倍，细胞浆液粘度升高3倍。试估算用上述离心机对
细胞破碎液的处理能力。
9、用一开口水池培养绿藻，计划用一台碟片式离心机从培养液中收获绿藻细胞，经测定，绿藻细胞的终端沉降速度?g?1.84?10?6m/s；已知离心机的碟片数为80，碟片倾角为??40o，外径R0?0.157m，内径
R1?0.06m，转鼓额定转速6000r/min。
求：离心机对这种绿藻培养液的处理能力Q（m3/h）
10、用改性葡聚糖树脂吸附分离氧化酶，饱和吸附量为8?10?3mol/m3，且吸附遵循Langmuir吸附等温式，吸附常数K?2.2?10?5mol/m3。现有含酶量为4?10?3mol/m3的该种酶液，拟用葡聚糖树脂吸附1.5m3该种酶液，若要实现95％的吸附提取率，求所需的吸附剂用量。
生物分离工程复习资料
根据最后两节课笔记整理，已经包含老师提到但是最后没有重复的内容，请根据个人笔记和情况选择记忆，个人水平有限,如有赘余和错误
之处请见谅。
一、绪论
从发酵液、反应液和培养液中分离、精制有关产品的过程称为生物分离工程（Bio-Separations Engineering）亦称下游技术（Downstream Processing） 生物产品的成本构成
? 传统液体混合物产品（分离成本约10%）
? 啤酒、葡萄酒等发酵饮料 （简单固液分离和无菌处理）
? 小分子生物产品（分离成本约30%，分离、精制部分的投资占整个投资的60% ） ? 酒精，丙酮，丁醇，抗生素，有机酸，核酸，酶制剂，单细胞蛋白 ? 生物活性产品（分离成本约占整个生产费用的80%-90%） ? 动物细胞培养 ? 植物细胞培养 ? 基因工程发酵产品
如：疫苗、单克隆抗体（规模小，纯度要求高）
原料及产品特性：成分复杂（细胞、代谢物、培养基残余物）目标产物浓度低（1%---10%，杂质含量高）收率低 易失活 不稳定性
收率计算：由于起始浓度低，杂质多，而产品要求纯度高，因此常需好几步操作，其结果使得生物产品的收率较低。 例：假设每步操作的收率为90%，若包含3步操作，则总收率为（0.9）=72.9%，若包含6步操作，则总收率真为53.1%。
生物分离过程设计的原则：时间短 (放罐后 必须尽快提取) 温度低 PH适中 清洁卫生，勤清洗消毒。 生物安全（bio-safety）问题，要在密闭状态下将菌体排放到指定位置防止菌体扩散。
生物下游技术的一般操作流程：发酵液→预处理→固液分离→固：细胞（液：发酵液）→细胞破碎→细胞碎片分离→初步纯化→高度纯化（精制）→成品加工
工业应用的生物分离技术
回收技术: 絮凝，离心，过滤，微过滤。
细胞破碎技术: 球磨，高压匀浆，化学破碎技术 超声波 酶
初步纯化技术: 沉淀，离子交换，萃取，膜分离技术，盐析法，有机溶剂沉淀
高度纯化技术:离子交换，结晶，重结晶，各类层析如：亲和，疏水，聚焦，离子交换，凝胶等 成品加工 喷雾干燥，气流干燥，沸腾干燥，冷冻干燥，结晶
细胞碎片的分离（与细胞液比重相差不大，故较难分离）：膜分离、梯度离心、双水相萃取 提取方法：吸附、沉淀、萃取、超滤、结晶
精制方法：重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离 成品加工方法：浓缩、干燥、无菌过滤、成型
分离效率的评价：评价一个分离过程的效率主要有三个标准。即：目标产物浓缩程度(concentration factor) 分离纯化程度(separation factor) 回收率(recovery rate)
C-浓度 、F-流速 下标：T-目标产物、X -杂质、c-原料、p-产品、w-废料 例如CTC：指原料中目标产物的浓度
Fc Fp
原料 分离器 废料 CTC CTX CTP CXP FW CTW CXW
废料
mT=CTP/CTC mX= CXP/CXC α= （CTP/CTC）/( CXP/CXC)=mT/mX=AP/AC
R=FPCTP/FCCTC×100% R=VPCTP/VCCTC×100% C、P、W分别表示原料、产品和浓缩率m 二、预处理
预处理的目的：有利于固液分离;变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率（改善发酵液过滤特性）；尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。
检测空气生物催化剂 控制系统 除菌副产品
提取纯化
产品生物反应器
灭菌废弃物
原材料
机械能、热能
发酵培养液的特性:成分复杂;目标产物浓度低;浮物颗粒小，（相对）密度与液相相差不大，故较难分离；压缩性大，粘稠，非牛顿流体，流变行为复杂；质不稳定，随时间发生变化。含有大量杂质。
由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与许多杂质夹杂在一起，同时发酵液或生物溶液又属于非牛顿型流体，所以必须进行预处理。
常用的改善发酵液过滤特性的方法及原理：加水稀释 降低液相粘度提高过滤速率。 升温 降低液相粘度提高过滤速率。 调整PH 改变电荷性质和温度，使两性物质溶解度下降，产生絮凝，继而沉淀。凝聚与絮凝 采用凝聚与絮凝，促使胶体物质分离。 加入助滤剂 改变固相可压缩性，助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，主要使滤饼疏松，滤速加大。 加入反应剂 使某些物质沉淀或分解。
若加水一倍，则稀释后液体的粘度必须下降50%以上才能有效提高过滤速率。
凝聚：是指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层排斥电位的降低而使胶体体系不稳定的现象。 胶体脱稳后粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的过程。
絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。 胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。可见絮凝颗粒大于凝聚颗粒 电解质的凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔／升），称为凝聚值。 在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，由于能降低ζ电位和脱除胶粒表面的水化膜，就能导致胶粒间的凝聚作用。
菌体和蛋白质表面一般带负电荷，吸引正电荷而形成双电层，加入电解质后，双电层被破坏，使菌体或蛋白质脱稳的过程叫异电离作用。
＋
反离子的价数越高，凝聚值就越小，即凝聚能力越强，阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为A13＞
＋十
Fe3+＞H＞Ca2＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+
絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联接时，就形成较大的絮团，这就是絮凝作用。聚丙烯酰胺类絮凝剂有毒，有时絮凝时还加入助凝剂。
根据来源不同常用絮凝剂有: 有机高分子聚合物 无机高分子聚合物 天然有机高分子絮凝剂 微生物絮凝剂
根据活性基团在水中解离情况不同，可分为非离子型、阴离子型（含有羧基）和阳离子型（含有胺基）三类。
对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子高分子絮凝剂，同时具有降低胶粒双电层电位和产生吸附桥架的双重机理，所以可单独使用。
对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，则主要通过分子间引力和氢键作用产生吸附桥架，所以它们常与