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第一章绪论一、生物分离工程概述1.生物分离在生物技术中所占位置(1) 生物技术(biotechnology)所谓生物技术就是指有机体的操作（如：培养微生物、动物细胞、植物细胞）和利用有机体生产有用物质、改善人类生存环境的技术。
其主要目标是生物物质的高效生产。
因而，按上述定义，早在公元前428年就有了应用生物技术酿酒、制奶酪等的记载。
狭义生物技术的产物仅为化学产品，约有100年的历史。
(2)生物加工过程（bioprocess）即生物技术领域生物产品的生产过程，包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应过程（酶反应、微生物发酵、动植物细胞培养）及目标产物的分离纯化过程(3)生物技术的下游加工过程（downstream processing）：即目标产物的分离纯化过程，也就是生物分离工程因此，生物分离处于生物技术的下游加工过程。
(4)生物技术的上中下游上游：菌种选育，基因工程，分子生物学，遗传学中游：微生物发酵工程，动植物细胞，海洋生物培养——生物反应过程下游：生物分离工程(5) 获得产品的有效途径原料、预处理、生物反应、生物分离、产品工程2. 什么是生物分离工程（Bioseparation Engineering）？从微生物、动植物细胞及其生物化学产品中提取有用物质的技术，包括目标产物的提取（isolation）、浓缩（concentration）、纯化（purification）及成品化（product polishing）等过程。
生物分离工程的发展历史已经有几百年的历史了——最早的分离技术有蒸馏(从鲜花和香草料中提取天然的香料)、过滤等原始方法。
其特性主要体现在生物产物的特殊性、复杂性和对生物产品要求的严格性上。
分离过程的成本往往占整个生产过程成本的大部分。
而分离过程的质量往往决定整个生物加工过程的成败。
3.生物分离的应用（1）医药：抗生素、激素、维生素（2）食品：乳酪（3）化工：氨基酸（4）精细化工：化妆品、香料（5）农业：农药（6）生物：酶4.生物分离的历史生物分离工程的发展已经有几百年的历史了——最早的分离技术有蒸馏、过滤等原始方法如：从牛奶中提取奶酪；16世纪人们发明了用水蒸气蒸馏从鲜花与香草料中提取天然香料的方法；近代生物分离技术是在欧洲工业革命以后逐渐发展形成的最早的开发是由于发酵制酒精以及有机酸分离提取的需要；20世纪40年代初，开始出现大规模深层发酵生产抗菌素；近年来发展起来的利用基因工程菌生产人造胰岛素，人与动物疫苗等产品5．生物物质和生物分离（1）生物物质A. 种类繁多，包括小分子化合物、生物大分子、细胞、生物体组织等B. 来源：自然界存在的各种生物资源、生物反应过程生产的各种有用生物物质，如生物医药、疫苗、生物材料、食品添加剂、饲料、化妆品等等，其中与人类健康直接相关的治疗药物和疫苗是生物分离工程研究的重要内容。
生化分离工程知识点归纳第一章绪论1、生物物质分离工程：在工业规模上，通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现生物物质（产品）制备的过程，是生物产业的一个重要组成部分。
2、生物工程下游加工过程的特点：（1）成分复杂：固体成分、液体成分（2）悬液中的目标产物浓度低（3）稳定性差：化学（温度和pH值）或微生物引起的降解（4）生物产品质量要求高：纯度、卫生、生物活性3、下游加工过程的一般流程（4个阶段）：发酵液的预处理与固液分离、初步纯化（提取）、高度纯化（精制）、成品加工。
4、某一具体产品的分离提取工艺设计中应考虑的问题：①产物本身的性质；②是胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦不同分离方法的技术经济比较及废液的处理方法等。
第二章发酵液的预处理与过滤1、发酵液的预处理发酵液的预处理的方法：（1）加热：最简单、最经济的预处理方法是加热，降低料液黏度，也可以对其进行灭菌。
但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。
（2）调节料液的pH值：促进全细胞聚集。
（3）凝聚和絮凝：凝聚是指通过加入简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位，从而使得范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。
常用凝聚剂多为阳离子型如明矾、三氯化铁。
絮凝是指预处理时加入絮凝剂（通常指天然或合成的生物大分子聚电解质）既能降低排斥电位，又吸附了周围的微粒，形成桥架作用，促使胶粒形成粗大，密度低的絮凝团。
这些絮凝团很容易被过滤得到。
主要絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物。
（4）使用惰性助滤剂：硅藻土、珍珠岩。
2、真空过滤器的优点：连续自动操作,节省人力，生产能力大。
真空过滤器的缺点：附属设备多，投资费用高，推动力小适用于量大易过滤的料液。
3、压滤器的优点：过滤推动力大，过滤面积大。
压滤器的：缺点：板框压滤机劳动强度大，投资、维护费用高。
一、教学目的：通过本课程教学，使学生典型分离技术的基本内容，掌握多组分精馏和吸收、吸附、膜分离等单元操作的原理和有关计算；能进行典型化工单元操作的工艺计算。
二、时间安排：60学时1、绪论2学时2、精馏12学时3、特殊精馏8学时3、吸收12学时4、吸附14学时5、膜分离技术10学时6、复习2学时7、合计60学时三、重点与难点1、重点：精馏、吸收2、难点：吸附、膜分离四、授课1．2节（一）引入：《化工原理》课中，我们学习了双组分物料分离的单元操作。
但是自然界存在的绝大多数物质，多数是以多种成分的混合物形式存在，当我们需要其中的某一组分物质时，往往需要对多组分混合物重新进行混合和分离，如选矿、冶炼、食盐的制取、石油的分馏等，所以，在工程上，多组分分离更具有实际意义，为此，特开设分离工程课程以满足工程需要。
（二）授课：第一章绪论第一节概况一、分离工程的作用、意义和分类：1、概括化工生产过程：1）原料的预处理（粉碎、加热、分离）；2）经预处理的原料通过化学反应而生成产物（包括中间品、产品）；3）产物的分离和提纯。
4）物料的输送5）化工过程可概括为：化学反应、分离、加热（冷）等预处理、输送------产生学科：反应工程、分离工程、传热、流体（粉体）的输送。
2、关于分离过程1）物质(组分)的混合为自发的自然过程，并拌有熵增大，也是所谓的无序程度的增加。
相反，将混合物分离则不是自发过程，需要消耗一定能量。
2）如果被分离的混合物存在两个或多个互不溶的相，一般先利用机械方法分离各相，如利用重力场、离心力常或电场等予以分离。
随后对每相采用适当的分离技术分离之。
3）对于均相混合物（气相、液相或固相），通常是产生或加入一个与其不互溶的另一相物质，而实现混合物的分离的。
此不互溶的物质可以利用能量分离剂)(MSA加入。
(ESA产生，或作为质量分离剂) 4）能量分离剂包括热、压力、电、磁、离心运动、辐射等；质量分离剂指过滤介质、吸收剂、表面活性剂、吸附剂、离子交换树脂、膜材料等。
第一章绪论Chapter1 Introduction§1-1分离操作在化工生产中的地位（Position of separation process in chemical industry）化工分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的，生产实践是分离工程形成与发展的源泉。
先了解早期人类生产活动中的分离过程，早在数千年前，人们已利用各种分离方法制作许多人们生活和社会发展中需要的物质。
例如，利用日光蒸发海水结晶制盐；农产品的干燥；从矿石中提炼铜、铁、金、银等金属；火药原料硫磺和木炭的制造；从植物中提取药物；酿造葡萄酒时用布袋过滤葡萄汁；制造蒸馏酒等等。
这些早期的人类生产活动都是以分散的手工业方式进行的，主要依靠世代相传的经验和技艺，尚未形成科学的体系。
而早期的化学工厂是由化学家根据实验室研究结果直接建立的。
通过生产实践发现，生产用的大装置中的化学或物理过程与实验室玻璃器皿中的现象有很大的不同。
而在不同产品的生产过程中，却有许多过程遵循相似的原理。
由此提出的单元操作原理奠定了化学工程学科最初的理论基础。
现代化学工业是开始于18世纪产业革命以后的欧洲。
当时，三酸二碱等无机化学工业成为现代化学工业的开端。
而19世纪以煤为基础原料的有机化工在欧洲也发展起来。
当时的煤化学工业规模不是很大，主要着眼于苯、甲苯、酚等各种化学品的开发。
在这些化工生产中需要将产品或生产过程的中间体从混合物中分离出来。
例如，当时著名的索尔维制碱法中，使用了高达二十余米的纯碱碳化塔，同时应用了吸收、蒸馏、过滤、干燥等分离操作。
但在当时，这项成就是由化学家在进行化学工艺过程开发的同时完成的，他们并没有意识到他们同时在履行着化学工程师的职责。
这时的分离技术是结合在具体的化工生产工艺的开发过程中，单独而分散地发展的。
19世纪末，20世纪初大规模的石油炼制业促进了化工分离技术的成熟与完善。
单元操作概念的建立对化学工程的发展起了重大的作用。
《分离工程》复习提要第一章绪论1、质分离过程的分类：机械分离过程、传质分离过程（分为平衡分离过程和速率分离过程）2平衡分离过程——借助分离媒介（如热能、溶剂和吸附剂），使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡中不等同的分配为依据而实现分离。
分离媒介分为：能量媒介ESA和物质媒介MSA。
3、分离因子、固有分离因子的定义第二章多组分分离基础（一）设计变量1、概念设计变量-——在计算前，必须由设计者赋值的变量。
固定设计变量N x 描述进料物流的变量设计变量数N i 系统压力可调设计变量N aN x是指描述进料物流的变量（如进料组成、流量、温度和压力等）及系统压力。
事实上已被给定或最常被给定的量。
N a则是由设计者来决定的。
2、单元的设计变量.（会用下法求单设计变量）单元的设计变量N i = N v– N c（1）独立变量数N vN v可由①出入系统的各物流的独立变量数；②系统和环境进行能量交换的情况决定。
1）物流的独立变量数任一单相物流N v = f + 1＝c + 22）当系统和环境有能量交换时，N v应加上描述能量交换的变量数。
（2）约束关系数N c的确定约束关系包括：1）物料平衡式数目等于组分数c；2）能量平衡式每个系统只有一个；3） 相平衡关系式 有c （π- 1）个； 4）化学平衡式 一般不予考虑；5）内在关系式 指约定关系，如物流间温差、压力.N a e== N i e- N x e3、装置的设计变量（会确定分离装置的设计变量数） 步骤：（1）按每一单相物流有c+ 2个变量，计算进料物流所确定的固定设计变量数；（2）确定装置中具有不同压力的数目（压力等级数），当忽略由于摩擦阻力而引起的微小压力降时，装置内共有几个操作压力；（3）上两项之和即为固定设计变量数N x u；（4）将①串级单元的数目；②分配器的数目；③侧线采出单元的数目；④传热单元的数目相加，便是整个装置的可调设计变量数N a u。
