生物分离工程第九章课件.pptx

生物分离工程第九章课件

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目录

01

生物分离工程概述

02

分离技术的基本原理

03

常用生物分离技术

04

分离过程的设计与优化

05

分离设备与操作

06

案例分析与实践应用

生物分离工程概述

章节副标题

01

定义与重要性

生物分离工程的定义

生物分离工程是应用物理、化学和生物学原理，从生物体系中分离和纯化目标产物的科学与技术。

01

02

对生物技术产业的贡献

该工程对生物技术产业至关重要，它确保了从实验室到工业规模生产的有效转化，支撑了生物医药和食品工业的发展。

分离工程在生物技术中的作用

通过分离工程，可以有效去除杂质，提高生物制品如药物和酶的纯度，确保其疗效和稳定性。

提高产品纯度

高效的分离技术能够加速实验室到生产规模的转化，缩短新药和生物制品的研发周期。

加快研发进程

优化分离工艺可以减少原材料浪费，降低能耗，从而在生物技术生产中显著降低整体成本。

降低生产成本

分离技术的发展历程

19世纪末，科学家们开始使用简单的过滤和沉淀方法进行物质分离，奠定了现代分离技术的基础。

早期分离技术

20世纪中叶，膜分离技术的出现，如反渗透和超滤，为生物大分子的分离提供了新的途径。

膜分离技术的发展

20世纪初，米哈伊尔·茨维特发明了色谱法，极大地提高了分离效率和分析的准确性。

色谱技术的兴起

随着生物技术的进步，生物分离工程开始利用生物反应器和特定的生物识别技术进行更精细的分离操作。

生物技术与分离工程的结合

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02

03

04

分离技术的基本原理

章节副标题

02

物理分离原理

利用不同物质密度不同，通过离心力实现分离，如血液中血细胞与血浆的分离。

01

不同物质在特定溶剂中的溶解度不同，通过调节温度或溶剂比例实现分离，如结晶过程。

02

通过筛分、过滤等方法，根据颗粒大小差异进行分离，如沙子和水的分离。

03

利用物质的磁性差异，通过磁场作用实现分离，如磁选矿技术中分离磁铁矿和脉石。

04

基于密度差异的分离

基于溶解度差异的分离

基于粒径大小的分离

基于磁性的分离

化学分离原理

利用不同物质在特定溶剂中的溶解度差异进行分离，如盐和糖在水中的溶解度不同。

溶解度差异

01

通过调节溶液的pH值使某些物质沉淀或溶解，从而实现分离，例如蛋白质的等电点沉淀。

酸碱反应

02

利用溶剂对不同物质的亲和力差异，通过萃取剂将目标物质从混合物中分离出来，如使用乙醚萃取脂类。

萃取原理

03

生物分离原理

01

利用分子或颗粒大小差异，如过滤和离心，实现生物分子的初步分离。

02

通过电泳等方法，根据生物分子的电荷差异进行分离，如凝胶电泳。

03

利用特定分子间的亲和作用，如亲和层析，实现目标分子的高纯度分离。

基于大小的分离技术

基于电荷的分离技术

基于亲和力的分离技术

常用生物分离技术

章节副标题

03

离心分离技术

离心机通过高速旋转产生强大的离心力，使不同密度的物质在离心力作用下分离。

离心机的工作原理

在生物制药中，离心分离用于细胞培养液的澄清，有效去除细胞碎片和大分子杂质。

离心分离的应用实例

根据分离目的不同，离心分离分为差速离心、密度梯度离心等多种类型。

离心分离的类型

离心分离技术效率高，但高速旋转可能对细胞造成损伤，需谨慎选择离心条件。

离心分离的优缺点

过滤分离技术

微孔过滤利用孔径极小的膜来分离固体颗粒，广泛应用于实验室和工业中。

微孔过滤

纳滤技术介于超滤和反渗透之间，用于分离小分子有机物和二价离子。

纳滤技术

超滤通过半透膜分离大分子物质，常用于蛋白质浓缩和水处理。

超滤技术

萃取分离技术

液液萃取是利用两种不相溶的液体之间的溶解度差异来分离混合物中的目标物质。

液液萃取

超临界流体萃取利用超临界状态下的流体（如二氧化碳）作为溶剂，以提高萃取效率和选择性。

超临界流体萃取

固液萃取涉及将固体样品与溶剂混合，通过溶解和过滤来分离目标化合物。

固液萃取

分离过程的设计与优化

章节副标题

04

分离流程设计原则

设计分离流程时，应考虑降低能耗，例如采用节能型设备和优化操作条件，减少能源消耗。

最小化能耗原则

流程设计应确保分离效率最大化，通过选择合适的分离技术与参数，提高产品纯度和收率。

最大化效率原则

在设计分离流程时，应考虑环境影响，采用可回收材料和减少废物排放的工艺，以实现绿色生产。

环境友好原则

分离效率的优化方法

通过改进分离设备的设计，如增加塔板数或优化填料结构，可以提高分离效率和处理能力。

调整温度、压力、流速等操作参数，以达到最佳分离效果，减少能耗和成本。

根据物料特性选择最适宜的分离技术，如蒸馏、萃取或色谱法，以提高分离效率。

选择合适的分离技术

优化操作参数

改进设备设计

分离过程的模拟与控制

使用如ASPENPlus等模拟软件进行分离过程的模