生物分離工程 教學(xué)大綱

《生物分離工程》教學(xué)大綱英文名稱：BioseparationsEngineering學(xué)分：2.5學(xué)分學(xué)時(shí)：50學(xué)時(shí)先修課程：生物化學(xué)、化工原理、微生物學(xué)教學(xué)對(duì)象：生物工程、制藥工程、藥物制劑、食品工程、生物技術(shù)專業(yè)的本科生教學(xué)目的：本課程主要講授各種生物活性物質(zhì)中各種雜質(zhì)的去除、分離、純化和精制技術(shù)，是生物工程中不可缺少的組成部分，通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生針對(duì)不同產(chǎn)品的特性，較好地運(yùn)用各種分離技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)合理的提取、精制的工藝路線，并能從理論上解釋各種現(xiàn)象，提高分析問題和解決問題的能力，是一門理論和實(shí)踐密切結(jié)合的課程。教學(xué)基本要求:本課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)要側(cè)重于準(zhǔn)確理解生物活性物質(zhì)分離過程的特點(diǎn)和基本規(guī)律，本課程將生物分離過程分成不溶物的去除、提取、分離與精制四大部分。要求學(xué)生對(duì)重要的公式要會(huì)推導(dǎo)，明確公式的物理意義，結(jié)合課后的習(xí)題練習(xí)學(xué)會(huì)熟練運(yùn)用公式進(jìn)行一些生物分離過程的計(jì)算，加深對(duì)生物分離過程基本原理的理解，并學(xué)會(huì)正確選擇各種分離設(shè)備的型號(hào)，使學(xué)生能順利學(xué)習(xí)后續(xù)如發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)等專業(yè)課，提高自學(xué)與更新本專業(yè)知識(shí)的能力。教學(xué)內(nèi)容：第一章緒論（2學(xué)時(shí)）1.生物分離工程的歷史及應(yīng)用2.生物分離過程的特點(diǎn)基本要求掌握生物分離工程在生物工程領(lǐng)域的地位，生物分離過程的特點(diǎn)以及生物分離過程的分類。重點(diǎn)：準(zhǔn)確理解生物分離過程的特點(diǎn)。難點(diǎn)：正確理解生物分離過程與普通化工產(chǎn)品分離的區(qū)別，準(zhǔn)確理解生物分離過程的特點(diǎn)。第一部分不溶物的去除第二章過濾（4學(xué)時(shí)）1.過濾的基本概念過濾前物料的預(yù)處理方法、關(guān)于過濾過程的基本理論及方法、理想不可壓縮濾餅及可壓縮濾餅過濾過程方程。2.連續(xù)旋轉(zhuǎn)式真空抽濾機(jī)的操作原理連續(xù)旋轉(zhuǎn)式真空抽濾過程的三個(gè)步驟即濾餅的形成、濾餅的洗滌、濾餅的去除過程的分析與計(jì)算。3.過濾的設(shè)備及其結(jié)構(gòu)過濾設(shè)備的分類、設(shè)備的選擇、過濾介質(zhì)的特征以及典型過濾設(shè)備的種類和結(jié)構(gòu)?；疽螅赫莆者^濾前物料預(yù)處理的基本方法，過濾的基本理論及相關(guān)方程，了解連續(xù)旋轉(zhuǎn)式真空抽濾機(jī)的操作原理與過程，以及過濾設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及選擇原則。重點(diǎn)：準(zhǔn)確理解過濾的基本理論及相關(guān)方程、過濾設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)與選型。難點(diǎn)：理想不可壓縮濾餅和可壓縮濾餅過濾過程的相關(guān)計(jì)算方程。第三章離心與沉降（4學(xué)時(shí)）1.顆粒的沉降2.重力沉降式液固分離設(shè)備重力沉降式分離設(shè)備的種類、特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)。3.離心式沉降分離設(shè)備及其原理離心式沉降分離設(shè)備的分類、分離原理與計(jì)算。4.離心分離過程的放大5.離心過濾分離過程分析及其設(shè)備離心過濾分離過程的分析計(jì)算，過濾設(shè)備的分類、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)?；疽螅赫莆疹w粒沉降的計(jì)算，了解各種分離沉降設(shè)備的種類、結(jié)構(gòu)和原理，離心分離過程的放大方法，掌握典型沉降設(shè)備的相關(guān)計(jì)算。重點(diǎn)：顆粒沉降的計(jì)算，典型沉降設(shè)備的原理和相關(guān)計(jì)算。難點(diǎn)：Stocks沉降公式，管式離心機(jī)及蝶片式分離機(jī)的有關(guān)計(jì)算。第四章細(xì)胞破碎（4學(xué)時(shí)）1.細(xì)胞壁2.化學(xué)破碎法化學(xué)破碎的方法及原理。3.機(jī)械破碎4.其他破碎方法基本要求：了解細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)、各種細(xì)胞破碎方法的原理和特點(diǎn)。重點(diǎn)：原核細(xì)胞的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，化學(xué)破碎法。難點(diǎn)：各種破碎方法的比較，滲透壓的計(jì)算。第二部分生化、微生物產(chǎn)品的分離第五章萃取（4學(xué)時(shí)）1.萃取分離原理2.單級(jí)萃取和多級(jí)萃取過程3.微分萃取操作典型萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)、萃取過程的解析計(jì)算法。4.液-液萃取設(shè)備與流程5.固體浸取固體浸取的原理與計(jì)算、典型浸取設(shè)備的工作原理。6.超臨界萃取超臨界流體的性質(zhì)、超臨界萃取的特點(diǎn)及在多方面的應(yīng)用。7.雙水相萃取雙水相萃取的原理、影響因素及應(yīng)用。8.反微團(tuán)萃取反微團(tuán)結(jié)構(gòu)：傳質(zhì)機(jī)理及影響因素。9.化學(xué)萃取基本要求：了解萃取分離原理、典型萃取設(shè)備，掌握萃取分離的基本方程、各種萃取過程的相關(guān)計(jì)算、典型萃取方法的分離原理。重點(diǎn)：萃取分離的基本方程，單級(jí)萃取和多級(jí)萃取，超臨界萃取，雙水相萃取，反微團(tuán)萃取。難點(diǎn)：萃取分離的基本方程及計(jì)算，單級(jí)萃取和多級(jí)萃取的有關(guān)計(jì)算。第六章吸附及離子交換（4學(xué)時(shí)）1.吸附的有關(guān)概念吸附類型、常用吸附劑、吸附等溫線2.親和吸附親和吸附的原理、特點(diǎn)、載體及吸附的影響因素。3.間歇吸附與連續(xù)攪拌吸附Langmuir吸附等溫線、操作方程。4.固定床吸附過程分析動(dòng)力學(xué)方程及解析。5.離子交換基本概念、分類、分離原理及相關(guān)設(shè)備。基本要求：了解吸附的基本概念，掌握各種吸附過程的原理、特點(diǎn)。重點(diǎn)：吸附等溫線，影響吸附的因素，親和吸附，間歇吸附，固定床吸附過程分析，離子交換的概念、分類及原理，離子交換樹脂的命名、理化性能，離子交換選擇性的影響因素，樹脂的處理和再生，軟水和無(wú)鹽水的制備。難點(diǎn)：吸附等溫線及相關(guān)計(jì)算，間歇吸附的計(jì)算，固定床吸附的計(jì)算。第三部分生化、微生物產(chǎn)品的純化第七章色譜分離（4學(xué)時(shí)）1.色譜分離基本概念分類、分配系、阻滯因數(shù)、洗脫容積、塔板理論、回收率和純度。2.基本色譜法吸附色譜法、分配色譜法、離子交換色譜法、凝膠色譜法、紙色譜法、薄層色譜法、高壓液相色譜。3.其他常用色譜法免疫親和色譜、疏水作用色譜、金屬螯合色譜、共價(jià)作用色譜?；疽螅赫莆丈V分離法的分類和基本概念，了解常用色譜分離方法的基本原理及應(yīng)用。重點(diǎn)：色譜分離的基本概念，吸附色譜法及載體的選擇，凝膠色譜法的特點(diǎn)。難點(diǎn)：色譜分離產(chǎn)物回收率的計(jì)算。第八章沉析（4學(xué)時(shí)）1.鹽析原理、影響因素、用鹽的選擇。2.有機(jī)溶劑沉析原理、影響因素、溶劑的選擇。3.等電點(diǎn)沉析法原理、操作。4.其他沉析法基本要求：掌握各種沉析方法的原理及影響因素，了解沉析的操作。重點(diǎn)：鹽析及其影響因素，有機(jī)溶劑沉析及其影響因素，等電點(diǎn)沉析原理，大規(guī)模沉析的相關(guān)計(jì)算。難點(diǎn)：大規(guī)模沉析的相關(guān)計(jì)算。第九章膜分離（4學(xué)時(shí)）1.基本概念常用濾膜、滲透壓。2.膜分離和電泳過程的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)3.超濾4.滲透汽化膜分離5.電滲析過程及裝置基本要求：了解膜分離和電泳的有關(guān)概念、各種膜分離裝置，掌握超濾和電泳的傳質(zhì)方程和相關(guān)計(jì)算。重點(diǎn)：超濾和電泳的傳質(zhì)方程和相關(guān)計(jì)算，超濾膜的選擇，超濾過程分析。難點(diǎn)：超濾和電泳的傳質(zhì)方程和相關(guān)計(jì)算，超濾過程分析。第四部分生化、微生物產(chǎn)品的精制第十章結(jié)晶（4學(xué)時(shí)）1.結(jié)晶過程的分析Kelvin公式，過飽和溶解度曲線2.過飽和溶液的形成3.晶核形成及晶體的生長(zhǎng)成核速度，工業(yè)起晶法，晶體生長(zhǎng)擴(kuò)散學(xué)說(shuō)4.晶體的純度及大小分布5.間歇結(jié)晶過程分析6.提高晶體質(zhì)量的方法基本要求：了解晶體形成過程及有關(guān)機(jī)理，掌握過飽和溶液的制備方法，結(jié)晶過程的分析及提高晶體質(zhì)量的方法。重點(diǎn)：結(jié)晶過程的影響因素，過飽和溶液的形成，成核速度及影響因素，晶體純度的有關(guān)計(jì)算，間歇與連續(xù)結(jié)晶過程分析及相關(guān)計(jì)算，提高晶體質(zhì)量的方法。難點(diǎn)：正確理解過飽和溶解度曲線與溶解度曲線的不同，掌握晶體生長(zhǎng)速度及相關(guān)計(jì)算，間歇與連續(xù)結(jié)晶過程的相關(guān)計(jì)算，第十一章干燥（2學(xué)時(shí)）1.基本概念結(jié)合水，非結(jié)合水，平衡水分2.干燥過程分析干燥速率曲線，恒速干燥，降速干燥3.干燥過程基本計(jì)算水分蒸發(fā)量，干燥空氣用量4.干燥設(shè)備的分類與選擇原則基本要求：掌握干燥過程的基本概念及有關(guān)計(jì)算，了解各種干燥設(shè)備的原理、操作及應(yīng)用。重點(diǎn)：干燥過程的基本概念及有關(guān)計(jì)算。難點(diǎn)：正確理解結(jié)合水與非結(jié)合水、平衡水分與自由水分的區(qū)別，準(zhǔn)確理解干燥速率曲線，掌握干燥過程的有關(guān)計(jì)算。第十二章實(shí)驗(yàn)教學(xué)（10學(xué)時(shí)）1.活性炭吸附分離實(shí)驗(yàn)（3學(xué)時(shí)）2.微濾/超濾分離實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）3.離子交換法分離L-天冬氨酸（5學(xué)時(shí)）基本要求：掌握相關(guān)儀器設(shè)備的操作與檢測(cè)方法，實(shí)踐活性炭吸附操作;掌握相關(guān)儀器設(shè)備的操作與檢測(cè)方法，實(shí)踐微濾及超濾膜分離操作、掌握截留率與膜能量的計(jì)算方法;掌握陽(yáng)離子交換樹脂的預(yù)處理方法，實(shí)踐轉(zhuǎn)化液的預(yù)處理，了解離子交換樹脂的作用原理，熟悉離子交換分離氨基酸的操作過程，熟練掌握洗脫液的脫色處理，掌握L-天冬氨酸的等電點(diǎn)結(jié)晶的就去，紀(jì)錄分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。重點(diǎn)：不同類型活性炭吸附性能比較，溫度與p