生物工程設(shè)備期末復(fù)習(xí)

1、13級生物工程設(shè)備期末總復(fù)習(xí)提綱2013級生物工程 游琳娜第二章1.空氣除菌有幾種方法？1) 熱殺菌:可用蒸汽或電來加熱空氣，以達(dá)到殺菌的目的；利用空氣被壓縮時所產(chǎn)生的熱量對空氣進(jìn)行加熱保溫殺菌，在生產(chǎn)上具有重要意義。2) 輻射殺菌：射線、X射線、射線、射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能起到殺菌作用。但紫外線殺菌效率低，時間長。一般要結(jié)合甲醛蒸汽或苯酚噴霧來保證無菌室的高度無菌。3) 靜電殺菌：利用靜電引力吸附帶電粒子以達(dá)到除菌除塵目的。4) 介質(zhì)過濾除菌法：采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來阻截流過空氣所含的微生物，從而獲得無菌空氣。 2. 請具體說明介質(zhì)過濾除菌的機(jī)理（空氣介質(zhì)相對過濾除菌基本原理

2、）。微粒隨空氣流動通過過濾層時，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流的前進(jìn)，使氣流無數(shù)次改變運動速度和運動方向而繞過纖維前進(jìn)，這些改變引起微粒對過濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、攔截、布朗擴(kuò)散、靜電吸附等作用把微粒滯留在纖維表面。1) 慣性沖擊滯留作用機(jī)理：（氣流速度較大時）由于微粒直沖到纖維表面，因摩擦粘附，微粒就滯留在纖維表面上，這稱為慣性沖擊滯留作用。2) 攔截滯留作用機(jī)理：（氣流速度較小時）在滯流區(qū)的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被粘附滯留。這就是攔截捕集作用。3) 布朗擴(kuò)散作用機(jī)理在很慢的氣流速度和較小的纖維間隙中，布朗擴(kuò)散作用大大增加了微粒與纖維的接觸機(jī)會，從而被捕集。（直徑很小的微粒在很慢的氣

3、流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的運動，稱為布朗運動）4) 重力沉降作用機(jī)理當(dāng)微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就發(fā)生沉降現(xiàn)象（大顆粒比小顆粒作用顯著）。微粒的沉降作用提高了攔截捕集作用。5) 靜電吸附作用機(jī)理干空氣對某些非導(dǎo)體的物質(zhì)如纖維和樹脂處理過的纖維，作相對運動摩擦?xí)r，會產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。懸浮在空氣中的微生物大多帶有不同的電荷。這些帶電荷的微粒會被帶相反電荷的介質(zhì)所吸附。 第三章1.自吸式發(fā)酵罐l 自吸式發(fā)酵罐概念：自吸式發(fā)酵罐是一種不需另行通入壓縮空氣，而依靠特殊的吸氣裝置自行吸入無菌空氣并同時完成液體和氣體的混合對流實現(xiàn)溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。l 自吸式發(fā)酵罐根據(jù)吸氣裝置不同分類：機(jī)械攪拌自吸式

4、、噴射自吸式、溢流噴射自吸式l 自吸式發(fā)酵罐特點：優(yōu)點：節(jié)約設(shè)備（壓縮機(jī))投資，減少廠房面積。溶氧速率和溶氧效率高；能耗較低。生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟(jì)效益好（酵母和醋酸的發(fā)酵）。缺點：(1)由于罐壓較低，對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易造成染菌。(2)必須配備低阻力損失的高效空氣過濾系統(tǒng)。l 自吸式發(fā)酵罐的主體結(jié)構(gòu)包括：（1）罐體（2）自吸攪拌器及導(dǎo)輪；（3）軸封；（4）換熱裝置；（5）消泡器l 機(jī)械攪拌自吸式發(fā)酵罐(1)構(gòu)造：自吸式發(fā)酵罐的主要的構(gòu)件是自吸攪拌器及導(dǎo)輪，簡稱為轉(zhuǎn)子及定子。轉(zhuǎn)子由箱底向上升入的主軸帶動。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，其框內(nèi)的液體被甩出，形成局部真空而由導(dǎo)氣管吸入空氣。轉(zhuǎn)子的形式有九葉輪、六葉輪、三葉

5、輪、十字形葉輪等，葉輪均為空心形。(2)原理：它的攪拌器是一個空心葉輪，葉輪快速旋轉(zhuǎn)時液體被甩出，葉輪中形成負(fù)壓，從而將罐外的空氣吸到罐內(nèi)，并與高速流動的液體密切接觸形成細(xì)小的氣泡分散在液體之中，氣液混合流體通過導(dǎo)輪流到發(fā)酵液主體。l 文氏管吸氣自吸式發(fā)酵罐原理：用泵使發(fā)酵液通過文氏管吸氣裝置，由于液體在文氏管的收縮段流速增加，形成真空而將空氣吸入，并使氣泡分散與液體均勻混合，實現(xiàn)溶氧傳質(zhì)。l 溢流噴射自吸式發(fā)酵罐原理：液體溢流時形成拋射流，由于液體的表面層與其相鄰的氣體的動量傳遞，使邊界層的氣體有一定的速率，從而帶動氣體的流動形成自吸作用。2氣升式發(fā)酵罐 l 機(jī)械攪拌發(fā)酵罐不足：（采用氣升式

6、發(fā)酵罐可以克服以下的缺點）(1)設(shè)備構(gòu)造比較復(fù)雜(2)動能消耗較太(3)軸封易泄露和染菌l 工作原理 把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進(jìn)發(fā)酵液中，通過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細(xì)碎； 同時由于形成的氣液混合物密度降低故向上運動，而氣含量小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。 反應(yīng)器內(nèi)液體混合均勻，因不用機(jī)械攪拌器，減少了剪切作用對細(xì)胞的損傷。l 類型：常見：氣升環(huán)流式反應(yīng)器、氣液雙噴射氣升環(huán)流反應(yīng)器、設(shè)有雙層板的塔式氣升發(fā)酵罐根據(jù)結(jié)構(gòu)特點：內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式l 特點（無需攪拌器，定向循環(huán)流動，故有許多優(yōu)點）：1 反應(yīng)溶液分布均勻；有較高的溶氧速率和溶氧效率；剪切力小，對生物細(xì)

7、胞損傷?。粋鳠崃己?；結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造。操作和維修方便。l 主要結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)1)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：（1）反應(yīng)器的高徑比 h/D=5-9（2）導(dǎo)流筒徑與罐徑比 DE/D=0.6-0.8（3）空氣噴嘴直徑與反應(yīng)器直徑比D1/D以及導(dǎo)流筒上下面到罐頂及罐底的距離均對發(fā)酵液的混合和流動、溶氧等有重要作用2) 操作特性(1)平均循環(huán)時間tm 發(fā)酵液必須維持一定的環(huán)流速度以不斷補(bǔ)充氧，使發(fā)酵液保持一定的溶氧濃度，適應(yīng)微生物生命活動的需要。循環(huán)周期：發(fā)酵液在環(huán)流管內(nèi)循環(huán)一次所需要的時間。(循環(huán)周期時間必須符合菌種發(fā)酵的需要。)（2）液氣比R定義：發(fā)酵液環(huán)流量Vc和通風(fēng)量VG之比。(3) 氣升式反應(yīng)器的溶氧

8、傳質(zhì) 取決于發(fā)酵液的湍流及氣泡的剪切細(xì)碎狀態(tài)。計算題：一氣升環(huán)流式發(fā)酵罐中發(fā)酵液體積為10m3，導(dǎo)流筒半徑為200mm，導(dǎo)流筒內(nèi)發(fā)酵液的平均流速為1.5m/s，若通風(fēng)量為1m3/min。試計算發(fā)酵液的環(huán)流量VC（m3/min）、平均循環(huán)時間tm（s）及液氣比R。l 對氣升式發(fā)酵罐的看法：對于“節(jié)能”觀念很強(qiáng)的現(xiàn)今社會，再加上發(fā)酵行業(yè)的開始迅猛發(fā)展，氣升式發(fā)酵罐會逐漸成為生物反應(yīng)器的“罐中之王”由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，操作和維修簡便，有較高的溶氧速率與溶氧效率，傳熱良好，剪切力小，對生物細(xì)胞損傷小，更重要的是它與機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐相比節(jié)電70%-80%，降低成本，且無菌操作可靠性更高，給發(fā)酵行業(yè)

9、帶來更多的利潤但是發(fā)酵液在環(huán)流管內(nèi)循環(huán)一次的時間，需根據(jù)培養(yǎng)的微生物種類及其耗氧的速率而定，且若控制不當(dāng)，會嚴(yán)重影響微生物的活力及減少發(fā)酵產(chǎn)率3. 酒精發(fā)酵的原理： (1)釀酒酵母是兼性厭氧菌，利用此類微生物生產(chǎn)酒精、啤酒等的發(fā)酵過程，無需通入空氣，所用的設(shè)備是厭氧發(fā)酵設(shè)備。(2)在無氧情況下，丙酮酸經(jīng)脫羧酶脫羧生成乙醛，再在乙醇脫氫酶還原下，將乙醛轉(zhuǎn)化為乙醇，并產(chǎn)生少量能量。4.啤酒發(fā)酵過程：前發(fā)酵（主發(fā)酵）：酵母繁殖、大部分可發(fā)酵性糖類代謝及發(fā)酵產(chǎn)物形成的階段；后發(fā)酵：殘?zhí)沁M(jìn)一步分解，形成二氧化碳，溶于啤酒中，啤酒進(jìn)一步得到成熟和澄清。5. 啤酒發(fā)酵罐的CIP清洗系統(tǒng)流程CIP清洗系統(tǒng)是在

10、密閉環(huán)境下，不拆動設(shè)備零部件或管件，對設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行清洗及消毒的過程。啤酒發(fā)酵罐的CIP清洗系統(tǒng)流程：用清水沖至無泡用2.0%4.0%堿液循環(huán)清洗30min用水沖至pH為中性用消毒劑循環(huán)殺菌10min以上。6. 微藻培養(yǎng)反應(yīng)器7.固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器l 固態(tài)發(fā)酵定義：是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度的水不溶性固態(tài)基質(zhì)中，用一種或多種微生物的一個生物反應(yīng)過程，因此固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過程。l 固態(tài)發(fā)酵與深層液體發(fā)酵的區(qū)別：(1) 固態(tài)發(fā)酵需要維持培養(yǎng)空間濕度的恒定或者補(bǔ)水，而液體發(fā)酵則不需要。(2) 微生物生長方式不同。(3) 傳質(zhì)特點不同。(4) 固態(tài)發(fā)酵散熱性能差。（最

11、大的缺點）(5) 固態(tài)發(fā)酵是非均勻相反應(yīng)。l 幾種固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器淺盤式生物反應(yīng)器：淺盤發(fā)酵是在無攪拌、無強(qiáng)制通風(fēng)的狀態(tài)下進(jìn)行的發(fā)酵。傳統(tǒng)的操作，一般是將蒸煮后的物料運到一個潔凈的接種室，經(jīng)冷卻后和菌種混勻，裝入淺盤。淺盤內(nèi)物料層的厚度對發(fā)酵溫度有直接影響，物料層厚度越大，微生物的濃度越低。淺盤內(nèi)物料層的厚度不宜超過5cm填料床式生物反應(yīng)器：采取強(qiáng)制通風(fēng)方式，具有一定壓力、溫度和濕度的空氣從底部通入，通過物料層，再從頂空排出。通風(fēng)的目的不僅是供氧，更重要的功能是去除代謝熱。由于強(qiáng)制通風(fēng)，故發(fā)酵熱的去除主要靠對流熱和蒸發(fā)水分散熱。主要操作參數(shù)：通風(fēng)量、進(jìn)口空氣的溫度、環(huán)境溫度。底部通風(fēng)、頂部排

12、氣的填充床反應(yīng)器，空氣入口處溫度最低，隨物料層高度的升高，物料溫度漸增，頂部出口空氣溫度最高。流化床式生物反應(yīng)器；是通過向上流動的氣流使顆?；蚍哿Ｎ锪暇S持在懸浮狀態(tài)形成流化床而培養(yǎng)微生物的裝置?？捎糜谛跄⑸?、固定化酶、固定化細(xì)胞反應(yīng)過程以及固體基質(zhì)的發(fā)酵。（優(yōu)點、缺點P89）轉(zhuǎn)鼓式生物反應(yīng)器：把固體培養(yǎng)基質(zhì)裝在一轉(zhuǎn)鼓式容器內(nèi)，可通風(fēng)并維持恒溫，隨著轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)，物料依靠自身的重力下落，從而實現(xiàn)翻料的裝置。由于經(jīng)典的轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器裝料系數(shù)較低，且耗能較大，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了內(nèi)筒體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器和彎葉式擋板傾斜式轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器。攪拌式生物反應(yīng)器；攪拌式生物反應(yīng)器的最高溫度比填料床的低。典型代表是圓盤

13、制曲機(jī)。圓盤制曲機(jī)或多層圓盤制曲機(jī)是在箱式發(fā)酵裝置上發(fā)展起來的。圓盤制曲機(jī)也可以設(shè)計成集殺菌（或蒸料）與制曲培養(yǎng)與一體，在發(fā)酵容器內(nèi)設(shè)置蒸汽加熱系統(tǒng)對物料進(jìn)行滅菌或汽蒸。壓力脈動固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器；利用無菌空氣對密閉恒溫的低壓容器的氣相壓力施以周期性脈動，強(qiáng)制實現(xiàn)氣體擴(kuò)散，然后通過瞬時排氣泄壓，松動培養(yǎng)基固體顆粒，從而實現(xiàn)供氧和攪拌的裝置。l 反應(yīng)器(1) 反應(yīng)器的攪拌翻料方式：完全靜止發(fā)酵、間歇攪拌發(fā)酵、連續(xù)攪拌發(fā)酵(2) 反應(yīng)器通風(fēng)換氣方式：自然對流通風(fēng)、強(qiáng)制通風(fēng)8.植物細(xì)胞培養(yǎng)特性及培養(yǎng)方式l 植物細(xì)胞培養(yǎng)特性：植物細(xì)胞培養(yǎng)具有周期長、細(xì)胞抗剪切能力弱、易團(tuán)聚等特點。植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器的

14、設(shè)計不僅要考慮有利于細(xì)胞生長，還要考慮有利于產(chǎn)物的積累和分離?？傮w上，適合植物細(xì)胞培養(yǎng)的反應(yīng)器應(yīng)具有適宜的氧傳遞、良好的流動性和較低的剪切力。l 植物細(xì)胞培養(yǎng)方式：懸浮培養(yǎng)和固定化細(xì)胞培養(yǎng)第四章1.生物反應(yīng)過程的狀態(tài)參數(shù)物理、工程參數(shù)生物、化學(xué)參數(shù)2.生化過程檢測儀器分類：在線檢測和離線檢測3.液位和泡沫高度的檢測：1）液位檢測的主要方法：電容法、壓差法和稱重法2）泡沫高度的檢測常用方法：電極探針測定法l 培養(yǎng)基和液體流量測定1） 科里奧利斯質(zhì)量流量計（CMF）：利用流體在直線運動的同時處于一旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利斯力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。它在原理上消除了溫度、壓

15、力、流體狀態(tài)、密度等參數(shù)的變化對測量精度的影響，可以適應(yīng)多種流體和糊狀介質(zhì)的測量。2） 渦街流量計：當(dāng)非流線型阻流體垂直插入流體中，隨著流體流動，阻流體就產(chǎn)生旋渦分離，此旋渦形成了有規(guī)則的排列，稱此排列為渦街。在一定的流量范圍內(nèi)旋渦分離頻率正比于管道內(nèi)的平均流速，通過采用各種形式的檢測元件測出渦街頻率就可以推算出流體的流量。但不適用于低雷諾數(shù)測量（Re2104適用）在高粘度、低流速、小口徑情況下應(yīng)用受到限制。3） 橢圓流量計：在測試室內(nèi)有一對橢圓齒輪，在進(jìn)口與出口兩端液體壓差作用下，一對橢圓齒輪在轉(zhuǎn)軸上不停地轉(zhuǎn)動，把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，測出其轉(zhuǎn)數(shù)即可知道充滿和排放該體積部分

16、流體的次數(shù)，從而計量出流經(jīng)儀表的液體的體積總量。其流量測定范圍為1.510-3100m3/h。l 氣體流量的測定1） 分類：體積流量型和質(zhì)量流量型。2） 體積流量型：根據(jù)流體動能的轉(zhuǎn)換以及流體流動類型的改變而設(shè)計的測量裝置。主要類型有同心孔板壓差流量計和轉(zhuǎn)子流量計。3） 質(zhì)量流量型：利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源之間熱量交換關(guān)系來測量流量的儀表。對一定的氣體，輸出的電勢與質(zhì)量流量成正比：E=kcqm。根據(jù)流體的固有性質(zhì)（如質(zhì)量、導(dǎo)電性、電磁感應(yīng)性、離子化和熱傳導(dǎo)性能）等設(shè)計的氣體流量計。流量范圍：0.6250L/h。主要類型有氣體熱質(zhì)量流量計。l pH的檢測1） 工作原理：利用玻璃電極與參

17、比電極浸泡于某一溶液時具有一定的電位。pH電極的最重要的部位為玻璃敏感膜（微孔膜），若電極微孔膜部分受蛋白質(zhì)等大分子污染吸附，必須用蛋白酶浸泡使蛋白質(zhì)酶解溶出。2） 結(jié)構(gòu)：P121l 溶解CO2濃度的測定: 原理是利用對CO2分子有特殊選擇滲透性的微孔膜，并使擴(kuò)散通過的CO2進(jìn)入飽和碳酸鈉緩沖液中，平衡后顯示的pH與溶解的CO2濃度成正比，由此可測出溶解CO2濃度。l 氧化還原電位（ORP）的檢測: 是基于溶液中的金屬電極上進(jìn)行的電子交換達(dá)到平衡時，具有相應(yīng)的氧化還原電位值。4.全細(xì)胞濃度的測定：P1245.生物反應(yīng)過程控制：l 主要參數(shù)的控制：溫度、pH、溶氧濃度、基質(zhì)和細(xì)胞濃度l 高級控制

18、方式：P1311） 概念：2） PLC控制（可編程控制器）第五章1.細(xì)胞破碎設(shè)備包括：高速珠磨機(jī)、高壓勻漿機(jī)、超聲波振蕩器方法：1）機(jī)械法:珠磨破碎、高壓勻漿破碎和超聲波破碎等 2）非機(jī)械法:酶溶法、化學(xué)法、物理法和干燥法等2.過濾分離設(shè)備 過濾操作包括過濾、洗滌、干燥、卸渣4個階段。l 板框壓濾機(jī)1） 工作原理：過濾：濾漿由濾漿通路經(jīng)濾框上方進(jìn)入濾框，固體被濾布截留，在框內(nèi)形成濾餅，濾液穿過濾餅和濾布流向兩側(cè)的濾板，再經(jīng)濾板的溝槽流至下方通孔排出。洗滌：洗滌板下端出口關(guān)閉，洗滌液穿過濾布和濾框的全部向過濾板流動，從過濾板下部排出。結(jié)束后除去濾餅，進(jìn)行清理，重新組裝。 （由若干濾板和濾框間隔排

19、列而組成，板和框之間夾有濾布，當(dāng)板框壓緊后即形成若干濾室。料液由離心泵或齒輪泵打入由板和框組成的通道并分別進(jìn)入各濾室，濾液經(jīng)濾布由濾板下方流出，濾渣即停留在濾室中，最后形成濾餅。）2）板框式過濾機(jī)的優(yōu)點： 單位過濾面積占地少； 對物料的適應(yīng)性強(qiáng)； 過濾面積的選擇范圍寬； 過濾壓力高，濾餅的含水率低； 結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，故障少，保養(yǎng)方便，機(jī)器壽命長； 固相回收率高； 過濾操作穩(wěn)定。缺點：裝卸板框勞動強(qiáng)度大,濾布磨損嚴(yán)重。l 板框式硅藻土過濾機(jī)：P1393.離心分離設(shè)備l 離心機(jī)的分離因數(shù)離心分離因素：離心力與重力的比值，或離心加速度與重力加速度的比值，用Fr表示。（分離因數(shù)是衡量離心機(jī)性能的主

20、要指標(biāo)，F(xiàn)r越大，離心分離的推動力就越大，離心機(jī)的分離性能越好。）l 管式離心機(jī)1）原理：待處理的物料以一定壓力由進(jìn)料管經(jīng)底部空心軸進(jìn)入鼓底，靠圓形折轉(zhuǎn)擋板分布于鼓四周。鼓內(nèi)設(shè)有十字形擋板，液體在鼓內(nèi)由擋板被加速到轉(zhuǎn)鼓速度，在離心力場作用下，乳濁液（或懸浮液）沿軸向上流動的過程被分成輕液相和重液相，通過上方溢環(huán)狀流口排出。P1412）特點：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，運轉(zhuǎn)可靠，操作維修方便，但單機(jī)轉(zhuǎn)筒容量有限，處理量較小。適用于含固量較低、固相粒度較小、黏度較大的料液澄清，或用于重液相和輕液相密度差小、分散性高的乳濁液及液-液-固三相混合物的分離。l 碟片式離心機(jī)1） 原理：兩種不同密度的混合液進(jìn)入離心

21、分離機(jī)，通過碟片上圓孔形成的垂直通道進(jìn)入碟片間的隙道，被帶著高速旋轉(zhuǎn)，兩種液體的離心沉降速度不同，重液的離心沉降速度大，離開軸線向外運動，輕液的離心沉降速度小，則向軸線流動。兩種不同密度液體在碟片間隙道流動的過程中被分開。在轉(zhuǎn)鼓中加入了許多重疊的碟片，縮短了顆粒的沉降距離，提高了分離效率。2） 特點：a.分離能力強(qiáng)，分離因數(shù)在5000-10000之間；b.生產(chǎn)能力大，可達(dá)10 m³/h以上；c.結(jié)構(gòu)簡單，操作維修方便，價格便宜。d.缺點:轉(zhuǎn)鼓與碟片之間留有較大的沉渣容積，這部分空間不能發(fā)揮碟片式離心機(jī)高效率分離的特點；間歇人工排渣生產(chǎn)效率較低，勞動強(qiáng)度較大。l 三足離心機(jī)主要部件是一

22、個籃式轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓懸掛于三個支足上。轉(zhuǎn)鼓壁面鉆有許多小孔，內(nèi)壁襯濾布。適用：一般用于間歇生產(chǎn)過程中的小批量物料處理。在生物工程產(chǎn)業(yè)中主要用于活性炭與分離液的分離、結(jié)晶與母液的分離以及菌體收集。4.膜分離設(shè)備l 根據(jù)孔徑大小分類：l 板式膜分離裝置原理：由導(dǎo)流板、膜、支撐板交替重疊組成。板式膜組件的過濾介質(zhì)是膜，支撐板的兩側(cè)表面有窄縫，內(nèi)有供濾液通過的通道，支撐板的表面與膜相貼，對膜起支撐作用。料液通過導(dǎo)流板流過膜面，濾液透過膜，經(jīng)支撐板面上的窄縫流入支撐板的內(nèi)腔，然后從支撐板外側(cè)的出口流出；濃縮液沿導(dǎo)流板上的流道與孔道一層層往上流，從膜器上部的出口流出。導(dǎo)流板面上設(shè)有不同形狀的流道，以使料液在膜

23、面上流動時保持一定的流速與湍動，減少濃差極化和防止微粒、膠體等的沉積。l 中空纖維膜分離裝置：料液流向：內(nèi)壓式，料液從空心纖維管內(nèi)流過，透過液經(jīng)纖維管膜流出管外。外壓式，料液從一端經(jīng)分布管在纖維管外流動，透過液從纖維膜管內(nèi)流出。中空纖維種類：細(xì)絲型、粗絲型無論用哪種形式的膜分離裝置，都必須對料液進(jìn)行預(yù)處理。l 錯流膜過濾的基本原理：P1475.液-液萃取分離設(shè)備l 溶劑萃取分類：按操作方式可分為單級萃取和多級萃取，后者又可分為錯流萃取和逆流萃取。多級逆流萃?。憾嗉壞媪鬏腿≈?，在第一級加入料液，并逐漸向下一級移動，而在最后一級加入萃取劑，并逐漸向前一級移動，即料液移動方向和萃取劑移動方向。l 雙

24、水相萃取原理：P150l 液-液萃取設(shè)備包括3個部分：混合設(shè)備、分離設(shè)備、離心萃取設(shè)備。多級離心萃取機(jī)：立式逐級接觸式離心萃取設(shè)備。三個單級混合和分離設(shè)備的疊合裝置，分上、中、下三段，下段是第級混合和分離區(qū)，中段是第級，上段是第級，每段的下部是混合區(qū)域，中部是分離區(qū)域，上部是重液引出區(qū)域。新鮮的輕液由第級加入，原始重液由第級加入，萃取后的輕液在第級引出，萃余有重液則在第級引出。 （優(yōu)點：靠離心力的作用處理密度差小或易產(chǎn)生乳化現(xiàn)象的物系；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，效率較高。缺點：動能消耗大，設(shè)備費用較高。） 6.液-固萃取分離設(shè)備l 原理:利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系

25、數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中，經(jīng)過反復(fù)多次萃取，將絕大部分的化合物提取出來。l 液-固萃取方法：1）浸?。菏怯萌軇┙n固體混合物以分離可溶組分及殘渣的單元操作，又稱固液萃取。浸取可分為：物理浸取、化學(xué)浸取、細(xì)菌浸取2）滲漉3） 回流提取7.超臨界流體萃?。⊿FE）l 原理：利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把有極性大小、沸點高低和相對分子質(zhì)量大小的成分依次萃取出來。l 特點：P157第六章1.層析設(shè)備l 層析原理：利用物質(zhì)的理化性質(zhì)差異建立起來的分離技術(shù)。由固定相、流動相和待分離樣品三部分組成。固定相：固體

26、吸附劑或涂漬于惰性載體表面上的液體薄膜，流動相：惰性氣體、液體或超臨界流體。當(dāng)待分離樣品混合物隨流動相通過固定相時，混合物中的組分與兩相之間多次發(fā)生相互作用，各組分與兩相發(fā)生相互作用的能力不同。隨著流動相的向前移動，各組份不斷在兩相中進(jìn)行分配。與固定相相互作用力弱的組份，隨流動相移動時受到的阻滯作用小，向前移動的速度快；反之，與固定相相互作用強(qiáng)的組份，向前移動的速度慢。分部收集流出液，可得到樣品中所含的各單一組份，達(dá)到將混合物各組份分離的目的。l 層析柱：由柱體、液體分配盤、集液板、流動相進(jìn)口和出口構(gòu)成。圓柱形，柱材料為玻璃、不銹鋼柱、搪瓷等。（實驗室用的層析柱多為玻璃柱，工業(yè)生產(chǎn)中的層析柱多

27、采用金屬內(nèi)涂防腐層或不銹鋼、搪瓷玻璃等材料制成。 ） 尺寸：層析柱的高徑比（L/D）一般為1030，高徑比大，有利于物質(zhì)的分離。柱直徑一般從幾毫米到幾十厘米。 層析柱的入口端有液體分配盤，使進(jìn)入柱內(nèi)的流動相均勻分布于柱中。 制備型層析柱普遍采用動態(tài)軸向壓縮法（也稱DAC法）裝填。DAC法裝填的層析柱床層均勻，密度高，柱效高，性能穩(wěn)定。2離子交換設(shè)備l 離子交換原理：利用離子交換樹脂作為交換劑，通過離子之間的交換反應(yīng)，將溶液中的物質(zhì)吸附在交換劑上，然后用合適的洗脫液將吸附物質(zhì)從交換劑上洗脫下來，從而達(dá)到分離、溶縮和提純的目的。l 離子交換樹脂的分類：按樹脂骨架的化學(xué)成分，分為聚苯乙烯型樹脂、聚丙

28、烯酸型樹脂、酚-醛型樹脂等；按聚合的化學(xué)反應(yīng)分為共聚型樹脂和縮聚型樹脂；按樹脂骨架的物理結(jié)構(gòu)分為凝膠型樹脂(微孔樹脂)、大網(wǎng)絡(luò)樹脂(大孔樹脂)及均孔樹脂；按樹脂的酸堿性分為強(qiáng)酸性、弱酸性陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿性、弱堿性陰離子交換樹脂。l 離子交換樹脂的主要性能1） 交聯(lián)度：離子交換樹脂中的交聯(lián)劑的百分含量。陽離子交換樹脂中交聯(lián)劑二乙烯苯的含量為8%，則樹脂的交聯(lián)度為8。交聯(lián)度的大小，決定著樹脂的機(jī)械強(qiáng)度和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏密。2） 粒度：樹脂顆粒在水中充分膨脹后的直徑，一般用篩孔目數(shù)或顆粒直徑（mm）表示。3） 含水量：樹脂經(jīng)水充分膨脹后，樹脂內(nèi)部水分占樹脂的百分比。交聯(lián)度小的樹脂，因為內(nèi)部空隙大，所

29、以含水量高。一般樹脂的含水量在40%60%。4） 密度：樹脂的密度有濕真密度和視密度。視密度：指樹脂經(jīng)充分膨脹后的濕樹脂質(zhì)量與濕樹脂在離子交換柱中所占體積之比，其值一般在600850kg/m35） 膨脹性6） 交換量：理論交換量（全交換量）：指樹脂交換基團(tuán)中所有可交換離子全部被交換時的交換量，也就是離子交換樹脂全部可被交換離子的物質(zhì)量。工作交換量：樹脂處在工作狀態(tài)下的實際交換量。l 離子交換設(shè)備1） 離子交換設(shè)備的分類按照設(shè)備的結(jié)構(gòu)：罐式、塔式和槽式離子交換設(shè)備；按照操作方式：間歇式、連續(xù)式、周期式離子交換設(shè)備；按照樹脂與被分離物質(zhì)的接觸方式分：固定床、移動床和流化床離子交換設(shè)備。2） 結(jié)構(gòu)：

30、固定床離子交換罐、反吸附離子交換罐、擴(kuò)口式反吸附離子交換罐、篩板式連續(xù)離子交換設(shè)備 P167第七章l 蒸發(fā)（或稱濃縮）：將稀溶液加熱沸騰，使溶劑汽化而將溶液濃縮的過程 。蒸發(fā)操作用于發(fā)酵濾液、樹脂洗脫液及各種提取液的濃縮，以有利于下一工序的進(jìn)行。結(jié)晶：將高濃度的溶液或過飽和溶液緩慢冷卻（或蒸發(fā)），使溶質(zhì)慢慢形成晶體析出的過程。加熱蒸汽：蒸發(fā)操作一般在溶液沸點下進(jìn)行。要維持溶液在沸騰條件下汽化，需要不斷供應(yīng)熱量，熱源主要是飽和蒸汽水。二次蒸汽：溶液蒸發(fā)濃縮過程中溶劑汽化產(chǎn)生的蒸汽。1. 真空蒸發(fā)的特點：1）物料的沸騰溫度降低，可避免物料因受高溫而變質(zhì)。2）提高加熱蒸汽與物料的溫度差，增大單位面積

31、單位時間的傳熱量，或者使蒸發(fā)時需要的傳熱面積相應(yīng)減少，加速蒸發(fā)過程。3）可采用多效蒸發(fā)，為二次蒸汽的利用創(chuàng)造條件，節(jié)約加熱蒸汽。4）對設(shè)備要求較高，需要減壓裝置，系統(tǒng)的投資費用和操作費用較大。2.真空蒸發(fā)設(shè)備l 薄膜蒸發(fā)：1）概念：溶液在蒸發(fā)設(shè)備的加熱器內(nèi)以很薄的液層通過，溶液就會很快受熱升溫，汽化而濃縮，濃縮的溶液迅速離開加熱表面。2）分類：a.長管式薄膜蒸發(fā)器(又分升膜式蒸發(fā)器，降膜式蒸發(fā)器，升降膜式蒸發(fā)器)b.刮板式薄膜蒸發(fā)器；c.離心薄膜蒸發(fā)器l 長管式薄膜蒸發(fā)器1) 升膜式長管蒸發(fā)器：是指在蒸發(fā)器管壁上形成的液膜與蒸發(fā)的二次蒸汽的氣流方向均由下而上并流上升。特點：優(yōu)點：濃縮物料時間短

32、，對熱敏性物料影響小。缺點：不適用于粘度大和受熱后易積垢及濃縮后產(chǎn)生結(jié)晶的物料。2）降膜式長管蒸發(fā)器：是指在蒸發(fā)器管壁上形成的液膜與蒸發(fā)的二次蒸汽的氣流方向均由上而下并流下降。（加料口位于蒸發(fā)器頂部，分離器位于蒸發(fā)器的下部）特點：（1）可以濃縮高粘度的液體；（2）停留時間短，可以處理熱敏性物料；（3）適用于易發(fā)泡的料液；（4）一次通過的濃縮比不大于7，蒸發(fā)量不大于進(jìn)料量的80%；（5）形成的液膜與蒸發(fā)的汽流方向相同，物料自上面進(jìn)下面出。3）升降膜式長管蒸發(fā)器：將蒸發(fā)器用隔板隔開成兩個區(qū)，一半為升膜區(qū)，另一半為降膜區(qū)，相當(dāng)于把升、降膜式蒸發(fā)器串聯(lián)在一起，是一種高蒸發(fā)速率的蒸發(fā)器。（了解）特點：（1）經(jīng)升膜蒸發(fā)后的汽液混合物，進(jìn)入降膜蒸發(fā)，有利于降膜的液體均勻分布。（2）用升膜來控制降膜的進(jìn)料分配，有利于操作控制。（3）兩個濃縮過程串聯(lián)，可提高產(chǎn)品的濃縮比，減低設(shè)備高度。l 刮板式薄膜蒸發(fā)器1） 工作原理：刮板式蒸發(fā)