生物分离工程 教学大纲

《生物分离工程》教学大纲

英文名称：Bioseparations Engineering

学 分：2.5学分 学 时：50学时

先修课程：生物化学、化工原理、微生物学

教学对象：生物工程、制药工程、药物制剂、食品工程、生物技术专业的本科生

教学目的：

本课程主要讲授各种生物活性物质中各种杂质的去除、分离、纯化和精制技术，是生物工程中不可缺少的组成部分，通过对本课程的学习，能使学生针对不同产品的特性，较好地运用各种分离技术来设计合理的提取、精制的工艺路线，并能从理论上解释各种现象，提高分析问题和解决问题的能力，是一门理论和实践密切结合的课程。

教学基本要求:

本课程的教学与学习要侧重于准确理解生物活性物质分离过程的特点和基本规律，本课程将生物分离过程分成不溶物的去除、提取、分离与精制四大部分。要求学生对重要的公式要会推导，明确公式的物理意义，结合课后的习题练习学会熟练运用公式进行一些生物分离过程的计算，加深对生物分离过程基本原理的理解，并学会正确选择各种分离设备的型号，使学生能顺利学习后续如发酵工厂设计等专业课，提高自学与更新本专业知识的能力。

教学内容：

第一章 绪论（2学时）

1. 生物分离工程的历史及应用

2. 生物分离过程的特点

基本要求

掌握生物分离工程在生物工程领域的地位，生物分离过程的特点以及生物分离过程的分类。 重 点：

准确理解生物分离过程的特点。

难 点：

正确理解生物分离过程与普通化工产品分离的区别，准确理解生物分离过程的特点。

第一部分 不溶物的去除

第二章 过滤（4学时）

1. 过滤的基本概念

过滤前物料的预处理方法、关于过滤过程的基本理论及方法、理想不可压缩滤饼及可压缩滤饼过滤过程方程。

2. 连续旋转式真空抽滤机的操作原理

连续旋转式真空抽滤过程的三个步骤即滤饼的形成、滤饼的洗涤、滤饼的去除过程的分析与计算。

3. 过滤的设备及其结构

过滤设备的分类、设备的选择、过滤介质的特征以及典型过滤设备的种类和结构。

基本要求：

掌握过滤前物料预处理的基本方法，过滤的基本理论及相关方程，了解连续旋转式真空抽滤机的操作原理与过程，以及过滤设备的基本结构及选择原则。

重 点：

准确理解过滤的基本理论及相关方程、过滤设备的基本结构与选型。

难 点：

理想不可压缩滤饼和可压缩滤饼过滤过程的相关计算方程。

第三章 离心与沉降（4学时）

1. 颗粒的沉降 2. 重力沉降式液固分离设备

重力沉降式分离设备的种类、特点及结构。

3. 离心式沉降分离设备及其原理

离心式沉降分离设备的分类、分离原理与计算。

4. 离心分离过程的放大

5. 离心过滤分离过程分析及其设备

离心过滤分离过程的分析计算，过滤设备的分类、结构及特点。

基本要求：

掌握颗粒沉降的计算，了解各种分离沉降设备的种类、结构和原理，离心分离过程的放大方法，掌握典型沉降设备的相关计算。

重 点：

颗粒沉降的计算，典型沉降设备的原理和相关计算。

难 点：

Stocks沉降公式，管式离心机及蝶片式分离机的有关计算。

第四章 细胞破碎（4学时）

1. 细胞壁

2. 化学破碎法

化学破碎的方法及原理。

3. 机械破碎

4. 其他破碎方法

基本要求：

了解细胞壁的结构、各种细胞破碎方法的原理和特点。

重 点：

原核细胞的细胞壁结构，化学破碎法。

难 点：

各种破碎方法的比较，渗透压的计算。

第二部分 生化、微生物产品的分离 第五章 萃取（4学时）

1. 萃取分离原理

2. 单级萃取和多级萃取过程

3. 微分萃取操作

典型萃取设备的结构、萃取过程的解析计算法。

4. 液-液萃取设备与流程

5. 固体浸取

固体浸取的原理与计算、典型浸取设备的工作原理。

6. 超临界萃取

超临界流体的性质、超临界萃取的特点及在多方面的应用。

7. 双水相萃取

双水相萃取的原理、影响因素及应用。

8. 反微团萃取

反微团结构：传质机理及影响因素。

9. 化学萃取

基本要求：

了解萃取分离原理、典型萃取设备，掌握萃取分离的基本方程、各种萃取过程的相关计算、典型萃取方法的分离原理。

重 点：

萃取分离的基本方程，单级萃取和多级萃取，超临界萃取，双水相萃取，反微团萃取。

难 点：

萃取分离的基本方程及计算，单级萃取和多级萃取的有关计算。

第六章 吸附及离子交换（4学时）

1. 吸附的有关概念

吸附类型、常用吸附剂、吸附等温线

2. 亲和吸附

亲和吸附的原理、特点、载体及吸附的影响因素。 3. 间歇吸附与连续搅拌吸附

Langmuir吸附等温线、操作方程。

4. 固定床吸附过程分析

动力学方程及解析。

5. 离子交换

基本概念、分类、分离原理及相关设备。

基本要求：

了解吸附的基本概念，掌握各种吸附过程的原理、特点。

重 点：

吸附等温线，影响吸附的因素，亲和吸附，间歇吸附，固定床吸附过程分析，离子交换的概念、分类及原理，离子交换树脂的命名、理化性能，离子交换选择性的影响因素，树脂的处理和再生，软水和无盐水的制备。

难 点：

吸附等温线及相关计算，间歇吸附的计算，固定床吸附的计算。

第三部分 生化、微生物产品的纯化

第七章 色谱分离（4学时）

1. 色谱分离基本概念

分类、分配系、阻滞因数、洗脱容积、塔板理论、回收率和纯度。

2. 基本色谱法

吸附色谱法、分配色谱法、离子交换色谱法、凝胶色谱法、纸色谱法、薄层色谱法、高压液相色谱。

3. 其他常用色谱法

免疫亲和色谱、疏水作用色谱、金属螯合色谱、共价作用色谱。

基本要求：

掌握色谱分离法的分类和基本概念，了解常用色谱分离方法的基本原理及应用。

重 点：

色谱分离的基本概念，吸附色谱法及载体的选择，凝胶色谱法的特点。

难 点： 色谱分离产物回收率的计算。

第八章 沉析（4学时）

1. 盐析

原理、影响因素、用盐的选择。

2. 有机溶剂沉析

原理、影响因素、溶剂的选择。

3. 等电点沉析法

原理、操作。

4. 其他沉析法

基本要求：

掌握各种沉析方法的原理及影响因素，了解沉析的操作。

重 点：

盐析及其影响因素，有机溶剂沉析及其影响因素，等电点沉析原理，大规模沉析的相关计算。

难 点：

大规模沉析的相关计算。

第九章 膜分离（4学时）

1. 基本概念

常用滤膜、渗透压。

2. 膜分离和电泳过程的传质动力学

3. 超滤

4. 渗透汽化膜分离

5. 电渗析过程及装置

基本要求：

了解膜分离和电泳的有关概念、各种膜分离装置，掌握超滤和电泳的传质方程和相关计算。

重 点： 超滤和电泳的传质方程和相关计算，超滤膜的选择，超滤过程分析。

难 点：

超滤和电泳的传质方程和相关计算，超滤过程分析。

第四部分 生化、微生物产品的精制

第十章 结晶（4学时）

1. 结晶过程的分析

Kelvin公式，过饱和溶解度曲线

2. 过饱和溶液的形成

3. 晶核形成及晶体的生长

成核速度，工业起晶法，晶体生长扩散学说

4. 晶体的纯度及大小分布

5. 间歇结晶过程分析

6. 提高晶体质量的方法

基本要求：

了解晶体形成过程及有关机理，掌握过饱和溶液的制备方法，结晶过程的分析及提高晶体质量的方法。

重 点：

结晶过程的影响因素，过饱和溶液的形成，成核速度及影响因素，晶体纯度的有关计算，间歇与连续结晶过程分析及相关计算，提高晶体质量的方法。

难 点：

正确理解过饱和溶解度曲线与溶解度曲线的不同，掌握晶体生长速度及相关计算，间歇与连续结晶过程的相关计算，

第十一章 干燥（2学时）

1. 基本概念

结合水，非结合水，平衡水分

2. 干燥过程分析

干燥速率曲线，恒速干燥，降速干燥

3. 干燥过程基本计算 水分蒸发量，干燥空气用量

4. 干燥设备的分类与选择原则

基本要求：

掌握干燥过程的基本概念及有关计算，了解各种干燥设备的原理、操作及应用。

重 点：

干燥过程的基本概念及有关计算。

难 点：

正确理解结合水与非结合水、平衡水分与自由水分的区别，准确理解干燥速率曲线，掌握干燥过程的有关计算。

第十二章 实验教学（10学时）

1. 活性炭吸附分离实验（3学时）

2. 微滤/超滤分离实验（2学时）

3. 离子交换法分离L-天冬氨酸（5学时）

基本要求：

掌握相关仪器设备的操作与检测方法，实践活性炭吸附操作;掌握相关仪器设备的操作与检测方法，实践微滤及超滤膜分离操作、掌握截留率与膜能量的计算方法;掌握阳离子交换树脂的预处理方法，实践转化液的预处理，了解离子交换树脂的作用原理，熟悉离子交换分离氨基酸的操作过程，熟练掌握洗脱液的脱色处理，掌握L-天冬氨酸的等电点结晶的就去，纪录分析实验结果。

重 点：

不同类型活性炭吸附性能比较，温度与pH对活性炭脱色性能的影响;微滤膜分离操作，超滤膜分离操作;离子交换树脂的预处理方法，转化液的预处理，离子交换树脂分离天冬氨酸与丙氨酸，脱色处理与L-天冬氨酸的等电点结晶。

难 点：

对活性炭吸附实验数据进行分析，讨论其中的一般性规律;膜分离设备的操作，对实验数据进行分析，讨论其中的一般性规律;层板柱的填装，离子交换分离氨酸酸操作过程中流速控制，结果的分析与判断。