生物分离工程复习资料

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有各种对称的晶体,其特征为离子和分子在空间晶格的结点上呈规则的排列。

重结晶:经过一次粗结晶后,得到的晶体通常会含有一定量的杂质。此时工业上常常需要采用重结晶的方式进行精制。

重结晶是利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同,将晶体用合适的溶剂再次结晶,以获得高纯度的晶体的操作。

结晶用途:结晶过程广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。 特点:(1) 选择性高;(2) 纯度高;(3) 设备简单,操作方便;(4) 影响因素多 结晶基本原理:溶液的饱和与过饱和度、溶解度、饱和溶液、过饱和溶液

饱和溶液:当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶解度时,该溶液称为饱和溶液; 过饱和溶液:溶质浓度超过饱和溶解度时,该溶液称之为过饱和溶液; 溶质只有在过饱和溶液中才能析出;

饱和曲线与过饱和曲线 干燥速率曲线(预热→恒速阶段→降速阶段)

结晶过程:(1) 过饱和溶液的形成 (2) 晶核生成 (3) 晶体的生长 结晶的步骤:过饱和溶液的形成、晶核的形成、晶体生长。

其中,溶液达到过饱和状态是结晶的前提;过饱和度是结晶的推动力。 结晶与溶解度之间的关系:

晶体产量取决于溶液与固体之间的溶解—析出平衡;固体溶质加入未饱和溶液——溶解; 固体溶质加入饱和溶液——平衡(Vs=Vd);固体溶质加入过饱和溶液——晶体析出。

过饱和溶液的形成方法(1) 冷却 (2) 溶剂蒸发 (3) 改变溶剂性质 (4) 化学反应产生低溶解度物质 晶核的形成(1) 初级成核:过饱和溶液中的自发成核现象

a 均相成核:没有外来表面的均相溶液中 b 非均相成核:外来表面的溶液中 (2) 二次成核:向介稳态过饱和溶液中加入晶种,会有新晶核产生

机理: 附着在晶体表面的微小晶体受到剪切作用或碰撞而脱离晶体,形成新的晶核。 晶体纯度计算 p / i β—分离因素 Ep—结晶因素,晶体中P的量与其在滤液中的? ?EE量的比值Ei—结晶因素,晶体中杂质的量与其在滤液中的量的比值 饱和曲线

晶种控制:晶种起晶法中采用的晶种直径通常小于0.1mm;晶种加入量由实际的溶质附着量以及晶种和产品尺寸决定。

影响晶体生长速度的因素

杂质:改变晶体和溶液之间界面的滞留层特性,影响溶质长入晶体、改变晶体外形、因杂质吸附导致的晶体生长缓慢;

搅拌:加速晶体生长、加速晶核的生成;

温度:促进表面化学反应速度的提高,增加结晶速度; 干燥(Drying)

干燥概念:用热能加热物料,使物料中水分蒸发而干燥或者用冷冻法使水分结冰后升华而除去的单元操作;通常是生物产品分离的最后一步。

干燥的基本流程:新鲜空气→过滤器→鼓风机→加热器 ↓

排放←引风机←二次除尘←一次除尘←干燥器←湿料 ↓ 产品 物料内水分的种类

化学结合水:水分与物料的离子型结合和结晶型分子结合(结晶水),结晶水的脱除必将引起晶体的崩溃; 物化结合水:包括吸附、渗透和结构水分,其中吸附水分结合力最强; 机械结合水:毛细管水、湿润水分、孔隙水份。 湿基含水量(ω):??湿物料中水分质量湿物料的总质量?100%;X?湿物料中水分质量湿物料中绝对干物料的质量?100%

可能涉及的英文部分:

生物分离工程:Bio-Separation Engineering

生物工业下游技术:Downstream Processing of Bio-industry 预处理:pre-treatment

固液分离:solid-liquid separation 分离因子:separation factor 浓缩率:Concentration factor 离心:Centrifugation

超离心:Ultracentrifugation

微生物细胞破碎:Disruption of Microorganisms 过滤:filtration 萃取:Extraction

双水相萃取:two aqueous phase extraction 超临界萃取:supercritical fluid extraction

膜分离:membrane separation(膜过滤:membrane filtration)微滤(Microfiltration,MF) 超滤(Ultrafiltration,UF) 反渗透(Reverse osmosis,RO) 纳滤(Nano- Filtration ) 透析(Dialysis,DS)

电渗析(Electrodialysis,ED) 离子交换:Iron exchange

阳离子交换树脂:cation exchange 阴离子交换树脂:anion exchange

截留分子量(Molecular Weight Cut-off,MWCO) 结晶:crystalliazation 重结晶:recrystallization 纯化:Purification 干燥:Drying

干基含水量χ):

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