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1、蒸发与干燥第1页，此课件共29页哦蒸发n n蒸发是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的过程。n n蒸发两个必要组成部分是加热使溶液沸腾汽化和不断排除水蒸气。第2页，此课件共29页哦蒸蒸发的操作方法的操作方法n n根据操作压力的不同可分为：常压蒸发和减压蒸发（真空蒸发）n n根据二次蒸汽是否来作为另一种蒸发器的加热蒸汽，可分为：单效蒸发：二次蒸气不利用或用于蒸发以外的用途多效蒸发：二次蒸气继续用于蒸发过程第3页，此课件共29页哦蒸发工艺的确定n n蒸发方式的选择主要取决于在蒸发过程中料液主要成分（热敏性成分）的损失和蒸发的能耗等。n n措施：n n降低蒸发时料液的
2、沸点n n降低料液在蒸发器中的停留时间第4页，此课件共29页哦确定蒸发工艺应考虑的因素.料液的性质：成分组成、粘度、热稳定性、发泡性、是否易结垢等。.工程技术要求：处理量、蒸发量、料液进出口的浓度和温度、设备投资等。.公用系统的情况：可以利用的热源、蒸汽供应量及压力、能利用的冷却水的水量、水质和温度等。第5页，此课件共29页哦干燥n n通常是通常是产品成品化前的最后加工品成品化前的最后加工过程。程。n n干燥干燥过程中注意的程中注意的问题：控制操作温度和控制操作温度和时间 在在洁净的的环境中境中进行行第6页，此课件共29页哦干燥方法干燥方法n n导热干燥：以传热壁作为介质传到热能，亦称间接加热
3、干燥n n辐射干燥：以电磁波作为传热形式n n介电加热干燥：以高频电场的交变作用加热n n对流干燥：通过对流给热方式加热物料第7页，此课件共29页哦干燥工干燥工艺的确定的确定了解的被干燥物料的物化性了解的被干燥物料的物化性了解的被干燥物料的物化性了解的被干燥物料的物化性质质：n n物料的化学性物料的化学性质质：组组成、成、热热敏性、物料的毒性、可敏性、物料的毒性、可燃性、氧化性和酸碱性、吸水性等。燃性、氧化性和酸碱性、吸水性等。n n物料的物料的热热性性质质：物料含水率、密度、比：物料含水率、密度、比热热容、容、导热导热系数、粒度和粒度分布。系数、粒度和粒度分布。对对于原料液于原料液还应还应知
4、道其知道其浓浓度、粘度及表面度、粘度及表面张张力等。力等。n n其他性其他性质质：膏糊状物料的粘附性、触：膏糊状物料的粘附性、触变变性等。性等。了解干燥器的性能了解干燥器的性能了解干燥器的性能了解干燥器的性能第8页，此课件共29页哦流化床干燥（流化床干燥（气流干燥技术）n n原理：在原理：在热热气流吹气流吹动动下固形物半下固形物半悬悬浮状浮状态连续态连续干燥干燥 n n设备设备：流化床干燥器：流化床干燥器 n n特点：特点：干燥速度快，干燥速度快，热热效率高、效率高、处处理量大、易大理量大、易大规规模使用；模使用；适于制适于制备颗备颗粒状粒状产产物。物。设备简单设备简单、应应用范用范围围广。广
5、。n n缺点：缺点：不适合不适合热稳热稳定性差的定性差的产产物；物；设备设备投投资较资较高。高。第9页，此课件共29页哦喷雾干燥干燥n n原理：依靠原理：依靠喷雾喷雾形成含形成含产产物的小液滴，在物的小液滴，在热热气流气流中迅速干燥。中迅速干燥。n n设备设备：喷雾喷雾干燥机干燥机 n n特点：干燥速度快，特点：干燥速度快，干燥干燥过过程中液滴的温度不高，程中液滴的温度不高，部分生物活性物可以干燥。部分生物活性物可以干燥。n n产产品具有良好的分散性和溶解性，生品具有良好的分散性和溶解性，生产过产过程程简简化，化，操作控制方便，操作控制方便，可大可大规规模生模生产产。n n缺点：干燥能力小，占
6、地面缺点：干燥能力小，占地面积积大，大，产产品密度低，粒度品密度低，粒度小，耗能高。小，耗能高。第10页，此课件共29页哦真空干燥真空干燥n n原理：在一定真空度下增加溶原理：在一定真空度下增加溶剂剂分子分子挥发挥发速度速度n n设备设备：真空干燥器：真空干燥器n n特点：适合生物活性物特点：适合生物活性物质质干燥，干燥物性状干燥，干燥物性状较较差。差。n n缺点：耗能高，慢。缺点：耗能高，慢。第11页，此课件共29页哦真空冷真空冷冻干燥干燥n n原理：原理：原理：原理：在高真空度下加速固在高真空度下加速固态态水的水的挥发进挥发进行干燥行干燥 n n设备设备：真空冷真空冷冻冻干燥机干燥机n n
7、特点：特点：特点：特点：适合生物活性物适合生物活性物质质干燥；干燥；产产物不起泡，不粘物不起泡，不粘结结，蓬松，易溶；，蓬松，易溶；活性收率高。活性收率高。n n缺点：缺点：缺点：缺点：耗能高，耗能高，过过程需控制程需控制严严格；格；操作复操作复杂杂，设备设备投投资资高。高。第12页，此课件共29页哦n n水分以冰的状水分以冰的状态态直接升直接升华华成水蒸气，故物料的物理成水蒸气，故物料的物理结结构和分子构和分子结结构构变变化极小。化极小。n n在低温真空条件下在低温真空条件下进进行干燥操作，因此行干燥操作，因此对热对热敏感的敏感的物料，仍能保持原有性物料，仍能保持原有性质质，并可，并可长长期
8、保存，十分期保存，十分稳稳定。定。n n物料被除去水分后，其原物料被除去水分后，其原组织组织的多孔性能不的多孔性能不变变，易于复，易于复水，可在短水，可在短时间时间内基本上完全恢复干燥前的原来状内基本上完全恢复干燥前的原来状态态。n n干燥后物料的残存水分很低，包装干燥后物料的残存水分很低，包装优优良下，可在常良下，可在常温条件下温条件下长长期保存。期保存。真空冷真空冷冻干燥的特点：干燥的特点：P401第13页，此课件共29页哦干燥干燥技术名称技术名称 原理原理 设备设备 特点特点 缺点缺点真空干燥真空干燥 在一定真空度下增加溶剂在一定真空度下增加溶剂 真空真空 适合生物活性物质干燥，适合生物
9、活性物质干燥，耗能高，慢。耗能高，慢。分子挥发速度分子挥发速度 干燥器干燥器 干燥物性状较差。干燥物性状较差。真空冷冻真空冷冻 在高真空度下加速固态水在高真空度下加速固态水 真空冷真空冷 适合生物活性物质干燥，适合生物活性物质干燥，耗能高，过程需控制严格耗能高，过程需控制严格干燥干燥 的挥发进行干燥的挥发进行干燥 冻干燥冻干燥 产物不起泡，不粘结，产物不起泡，不粘结，操作复杂，设备投资高操作复杂，设备投资高 机机 蓬松，易溶，活性收率高蓬松，易溶，活性收率高流化床流化床 在热气流吹动下固形物在热气流吹动下固形物 流化床流化床 干燥速度快，易大规模干燥速度快，易大规模 不适合热稳定性差的产物不适
10、合热稳定性差的产物 干燥干燥 半悬浮状态连续干燥半悬浮状态连续干燥 干燥器干燥器 使用，适于制备颗粒状使用，适于制备颗粒状 设备投资高设备投资高 产物产物喷雾干燥喷雾干燥 依靠喷雾形成含产物的依靠喷雾形成含产物的 喷雾干喷雾干 干燥速度快，部分生物干燥速度快，部分生物 干燥能力小，占地面积干燥能力小，占地面积 小液滴，在热气流中迅小液滴，在热气流中迅 燥机燥机 活性物可以干燥，可大活性物可以干燥，可大 大，产品密度低，粒度大，产品密度低，粒度 速干燥。速干燥。规模生产。规模生产。小，耗能高小，耗能高。第14页，此课件共29页哦Chapter 10 清洁生产清洁生产Cleaner Product
11、ion第15页，此课件共29页哦n n清清洁生生产（Cleaner Production）:综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中,以期减少对人类和环境的风险。(联合国环境规划署)n n涉及两个全涉及两个全过程的控制程的控制：P412-413 生产全过程控制 产品整个生命周期控制第16页，此课件共29页哦n n清洁生产应该包括三方面的内容：清洁生产工艺技术和过程 清洁产品 清洁能源n n清洁生产的评价标准：技术评价、经济评价、环境评价第17页，此课件共29页哦实现清清洁生生产的有效途径的有效途径n n资源综合利用:原料资源的综合利用 水资源的综合利用 二次资源综合利用 废物综合利用n
12、 n改革工艺和装备n n改进操作和加强管理n n必要的末端治理第18页，此课件共29页哦第19页，此课件共29页哦课程总结第20页，此课件共29页哦生物下游加工过程n n定义、特点n n一般流程n n分离的机理：物理、化学、生物学性质上的差异.n n分离效率的评价：目标产品的浓缩程度、纯度、回收率、成本第21页，此课件共29页哦需考需考虑的因素和条件的因素和条件n n整体：整体：整体：整体：简单简单有效。回收率、有效。回收率、纯纯度、活性高、度、活性高、稳稳定性、重复性、定性、重复性、可靠性好。可靠性好。n n样样品：品：品：品：目的目的产产品的名称与品的名称与类类型，分子量、离解度、型，分子
13、量、离解度、亲亲疏水性、疏水性、稳稳定性、定性、组组成成分成成分起始起始浓浓度与度与环环境状境状态态（存在的位置等）。（存在的位置等）。n n方法和材料：方法和材料：方法和材料：方法和材料：方法易掌握学方法易掌握学习习和使用，材料成本低易回收和再生和使用，材料成本低易回收和再生使用。使用。第22页，此课件共29页哦常用的分离常用的分离纯化流程化流程n n培养液的预处理n n细胞分离n n破碎菌体及粗品分离n n纯化第23页，此课件共29页哦工工艺的建立与的建立与筛选发发酵液后酵液后酵液后酵液后处处理的工理的工理的工理的工艺艺流程与各流程与各流程与各流程与各阶阶段的段的段的段的单单元操作：元操作
14、：元操作：元操作：胞外产物胞外产物 发酵液发酵液 预处理预处理 细胞分离细胞分离 细胞破碎细胞破碎 碎片分离碎片分离 初步纯化初步纯化 高度纯化高度纯化 成品加工成品加工 分离提取分离提取 纯化精制纯化精制加热加热 沉降沉降 匀化匀化 离心分离离心分离 沉淀沉淀 电泳电泳 无菌过滤无菌过滤调调PH PH 离心分离离心分离 研磨研磨 萃取萃取 吸附吸附 离子交换离子交换 超滤超滤絮凝絮凝 过滤过滤 溶解溶解 过滤过滤 萃取萃取 亲和层析亲和层析 冷冻干燥冷冻干燥凝聚凝聚 切向过滤切向过滤 破壁破壁 切向过滤切向过滤 超滤超滤 疏水层析疏水层析 喷雾干燥喷雾干燥 吸附层析吸附层析 结晶结晶 第24
15、页，此课件共29页哦离心离心 原理原理原理原理 设备设备设备设备 特点特点特点特点 缺点缺点缺点缺点在离心在离心在离心在离心 高速冷冻离高速冷冻离高速冷冻离高速冷冻离 适于粒度小，热不稳定的物质适于粒度小，热不稳定的物质适于粒度小，热不稳定的物质适于粒度小，热不稳定的物质 容量小，连续操作困难，大容量小，连续操作困难，大容量小，连续操作困难，大容量小，连续操作困难，大产生的产生的产生的产生的 心机心机心机心机 回收，实验室适用。回收，实验室适用。回收，实验室适用。回收，实验室适用。规模工业应用性差规模工业应用性差规模工业应用性差规模工业应用性差重力场重力场重力场重力场作用下作用下作用下作用下
16、高速冷冻连高速冷冻连高速冷冻连高速冷冻连 适于粒度小，热不稳定的物质适于粒度小，热不稳定的物质适于粒度小，热不稳定的物质适于粒度小，热不稳定的物质 规模受限制，拆装烦琐，设备规模受限制，拆装烦琐，设备规模受限制，拆装烦琐，设备规模受限制，拆装烦琐，设备颗粒沉颗粒沉颗粒沉颗粒沉 续离心机续离心机续离心机续离心机 回收，可连续操作，中试适用。回收，可连续操作，中试适用。回收，可连续操作，中试适用。回收，可连续操作，中试适用。投资高。投资高。投资高。投资高。降速度降速度降速度降速度加快而加快而加快而加快而 碟片式离心碟片式离心碟片式离心碟片式离心 大规模工业应用，可连续，也大规模工业应用，可连续，也
17、大规模工业应用，可连续，也大规模工业应用，可连续，也 半连续或批式操作时，出渣清半连续或批式操作时，出渣清半连续或批式操作时，出渣清半连续或批式操作时，出渣清沉淀沉淀沉淀沉淀 机机机机 可批式操作，操作稳定性较好可批式操作，操作稳定性较好可批式操作，操作稳定性较好可批式操作，操作稳定性较好 洗烦杂，连续操作固形物含水洗烦杂，连续操作固形物含水洗烦杂，连续操作固形物含水洗烦杂，连续操作固形物含水 易放大，推广。易放大，推广。易放大，推广。易放大，推广。高，总的分离效率低。高，总的分离效率低。高，总的分离效率低。高，总的分离效率低。管式离心机管式离心机管式离心机管式离心机 批式操作，转速高，固形分
18、离批式操作，转速高，固形分离批式操作，转速高，固形分离批式操作，转速高，固形分离 容量有限，处理量小，拆装容量有限，处理量小，拆装容量有限，处理量小，拆装容量有限，处理量小，拆装 效果好，含水低，易放大推广。效果好，含水低，易放大推广。效果好，含水低，易放大推广。效果好，含水低，易放大推广。频繁，噪声大频繁，噪声大频繁，噪声大频繁，噪声大 第25页，此课件共29页哦沉淀沉淀 技术名称技术名称技术名称技术名称 原理原理原理原理 特点特点特点特点 缺点缺点缺点缺点 有机溶剂法有机溶剂法有机溶剂法有机溶剂法 破坏蛋白质分子的水破坏蛋白质分子的水破坏蛋白质分子的水破坏蛋白质分子的水 沉淀各种蛋白质，分
19、级沉淀沉淀各种蛋白质，分级沉淀沉淀各种蛋白质，分级沉淀沉淀各种蛋白质，分级沉淀 需低温下进行，需低温下进行，需低温下进行，需低温下进行，化层，使之凝集成更化层，使之凝集成更化层，使之凝集成更化层，使之凝集成更 达到粗分和浓缩的目的，应达到粗分和浓缩的目的，应达到粗分和浓缩的目的，应达到粗分和浓缩的目的，应 沉淀时会发生蛋白沉淀时会发生蛋白沉淀时会发生蛋白沉淀时会发生蛋白 大的分子团而沉淀大的分子团而沉淀大的分子团而沉淀大的分子团而沉淀 用广，简便，可大规模应用用广，简便，可大规模应用用广，简便，可大规模应用用广，简便，可大规模应用 质变性质变性质变性质变性 失活失活失活失活 盐析法盐析法盐析法
20、盐析法 破坏蛋白质分子的水破坏蛋白质分子的水破坏蛋白质分子的水破坏蛋白质分子的水 用于蛋白质分级沉淀或沉淀，用于蛋白质分级沉淀或沉淀，用于蛋白质分级沉淀或沉淀，用于蛋白质分级沉淀或沉淀，蛋白质回收率一般，蛋白质回收率一般，蛋白质回收率一般，蛋白质回收率一般，化层，电荷中和，使化层，电荷中和，使化层，电荷中和，使化层，电荷中和，使 粗分离和浓缩作用，对活性粗分离和浓缩作用，对活性粗分离和浓缩作用，对活性粗分离和浓缩作用，对活性 产生废水含盐高产生废水含盐高产生废水含盐高产生废水含盐高 之聚集成更大的分子之聚集成更大的分子之聚集成更大的分子之聚集成更大的分子 有保护作用，简便，可广泛有保护作用，简
21、便，可广泛有保护作用，简便，可广泛有保护作用，简便，可广泛 对环境有影响对环境有影响对环境有影响对环境有影响 团而沉淀团而沉淀团而沉淀团而沉淀 大规模应用大规模应用大规模应用大规模应用 化学沉淀法化学沉淀法化学沉淀法化学沉淀法 通过化学试剂与目的通过化学试剂与目的通过化学试剂与目的通过化学试剂与目的 可针对性沉淀目的产物可针对性沉淀目的产物可针对性沉淀目的产物可针对性沉淀目的产物 通过性差，需分离通过性差，需分离通过性差，需分离通过性差，需分离 产物形成新的化合物，产物形成新的化合物，产物形成新的化合物，产物形成新的化合物，沉淀回收目的产物沉淀回收目的产物沉淀回收目的产物沉淀回收目的产物 改变
22、溶解度而沉淀改变溶解度而沉淀改变溶解度而沉淀改变溶解度而沉淀 第26页，此课件共29页哦溶溶剂萃取萃取n n萃取的概念和基本原理萃取的概念和基本原理萃取的概念和基本原理萃取的概念和基本原理n n超超超超临临界流体萃取、双水相萃取、反胶界流体萃取、双水相萃取、反胶界流体萃取、双水相萃取、反胶界流体萃取、双水相萃取、反胶团团萃取的萃取的萃取的萃取的基本原理、特点和基本原理、特点和基本原理、特点和基本原理、特点和应应用用用用n n萃取与其他分离方法（如沉淀，离子交萃取与其他分离方法（如沉淀，离子交萃取与其他分离方法（如沉淀，离子交萃取与其他分离方法（如沉淀，离子交换换等）等）等）等）相比的相比的相比
23、的相比的优优点有：点有：点有：点有：分离效果好分离效果好 生生产产能力大能力大 便于快速便于快速连续连续操作操作 易于易于实现实现自自动动控制控制第27页，此课件共29页哦膜分离膜分离 微微滤滤、超、超滤滤、反渗透、透析、反渗透、透析、电电渗析、渗析、纳滤纳滤等方法等方法的原理、操作、的原理、操作、应应用范用范围围 与与传统传统分离操作（如沉淀、萃取等）相比分离操作（如沉淀、萃取等）相比优优点有：点有：n n可避免可避免组组分分变变性或混入性或混入杂质杂质n n能耗低能耗低n n化学品消耗低化学品消耗低n n操作方便操作方便n n效率高，效率高，设备设备易于放大易于放大n n可在室温或低温下澡
24、作可在室温或低温下澡作n n不不产产生二次生二次污污染染n n经济经济效益效益显显著著第28页，此课件共29页哦层析析技术名称技术名称 原理原理 设备设备 特点特点 缺点缺点离子交换离子交换 利用各被分离组分电荷利用各被分离组分电荷 低低 适于带有电荷的具生物活性或适于带有电荷的具生物活性或 操作较复杂，测试消操作较复杂，测试消 性质及数量的不同，与性质及数量的不同，与 或或 非生物活性物质的分离钝化，非生物活性物质的分离钝化，耗较大，成本高，有耗较大，成本高，有 离子交换剂的吸附和交离子交换剂的吸附和交 中中 其效率高，应用广，实验室与其效率高，应用广，实验室与 稀释作用，放大困难，稀释作用
25、，放大困难，换能力不同而达到分离换能力不同而达到分离 压压 工业化，柱式或搅拌操作均可。工业化，柱式或搅拌操作均可。交换剂需再生。交换剂需再生。吸附层析吸附层析 依靠依靠 范德华力，极性氡范德华力，极性氡 层层 吸附剂种类繁多，可选择范围吸附剂种类繁多，可选择范围 选择性低，柱式操作放大选择性低，柱式操作放大 键等作用将分离物吸附键等作用将分离物吸附 析析 和应用范围广，吸附和解吸条和应用范围广，吸附和解吸条 困难。困难。于吸附剂上然后改变条于吸附剂上然后改变条 系系 件温和，不需要复杂的再生，件温和，不需要复杂的再生，件洗脱，达到钝化目的件洗脱，达到钝化目的 统统 可柱式或搅拌式操作。可柱式
26、或搅拌式操作。亲和层析亲和层析 具目的物与专业配基的具目的物与专业配基的 选择性极高，钝化倍数和效率高，选择性极高，钝化倍数和效率高，成本高，配基稳定性差，成本高，配基稳定性差，相互作用进行分离相互作用进行分离 生物活性收率高，可直接从较复生物活性收率高，可直接从较复 使用寿命有限，亲和材料使用寿命有限，亲和材料 杂的混合物分离产物。杂的混合物分离产物。制备复杂，放大困难。制备复杂，放大困难。疏水层析疏水层析 依靠疏水相互作用分离依靠疏水相互作用分离 应用广，选择性，稳定性较好应用广，选择性，稳定性较好 成本高，放大难，条件严成本高，放大难，条件严凝胶层析凝胶层析 依靠分子大小分离依靠分子大小分离 适合生物大分子的分离钝化，分适合生物大分子的分离钝化，分 放大较困难，稀释度高，放大较困难，稀释度高，离条件温和，活性收率、选择性、离条件温和，活性收率、选择性、操作不易掌握。操作不易掌握。分辨率较高，可工业化。分辨率较高，可工业化。第29页，此课件共29页哦