发酵设备.docx
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发酵设备
教 案 首 页
1
授课日期
2007年10月24日（第9周星期三）
2
班级
2006级生物制药1、2、3、4班
专业
生物制药技术
3
课次
第20次课
累计学时
40学时
4
课题
内容
第一节液液萃取设备第二节萃取工艺流程
5
教学目的
与要求
理解萃取过程和萃取原理。
理解萃取分配定律的含义，掌握分配常数的计算公式。
掌握单级萃取、多级逆流萃取、多级错流萃取的物料流动过程
6
重点
与难点
教学重点：
萃取过程和萃取原理。
单级萃取、多级逆流萃取的物料流动过程。
教学难点：
萃取分配定律的含义，分配常数计算公式的具体应用。
7
演示实验、教具、挂图准备
实物，多媒体演示
8
作业及其它
P119一、二
9
教参资料
名称、页次
姚玉英《化工原理》）（下）第七章
10
教学过程
及内容
见附页
第六章萃取与层析设备
第一节液液萃取设备
教学目标：
理解萃取过程和萃取原理。
理解萃取分配定律的含义，掌握液液萃取设备的结构和工作原理。
掌握液液萃取设备的结构和工作原理。
教学重点：
萃取设备和萃取工艺。
教学难点：
萃取分配定律的含义，分配常数计算公式的具体应用。
教学内容：
一、萃取基本知识
1.萃取过程
假设一种溶液的溶剂A与另一个溶剂B互不相容，且溶质C在B中的溶解度大于在A中的溶解度，当将溶剂B加入到溶液中经振摇静置后，则会发生分层现象，且大部分溶质C转移到了溶剂B中。
这种溶质从一种体系转移到另一个体系的过程称为萃取过程。
在萃取过程中起转移溶质作用的溶剂称为萃取剂，由萃取剂和溶质组成的溶液叫萃取液，原来的溶液在萃取后则称为萃余液。
如果萃取前的体系是液态则称为液—液萃取，如果是固态则称为固——液萃取，又称固液浸取，如用石油醚萃取青蒿中的青蒿素就是典型的固液浸取实例。
2.萃取原理
物质的溶解能力是由构成物质分子的极性和溶剂分子的极性决定的，遵守“相似相溶”原则的，即分子极性大的物质溶于极性溶剂，分子极性小的物质溶解于弱极性或非极性溶剂中。
例如，还原糖、蛋白质、氨基酸、维生素B族等物质，其分子极性大，可溶于极性溶剂水中，而不溶解于非极性溶剂石油醚中。
又如大多数萜类化合物的分子极性小，易溶于石油醚和氯仿等极性小的溶剂中，但不溶于水等极性强的溶剂。
因此，同一种化合物在不同的溶剂中有不同的溶解能力。
当一种溶质处于极性大小不相当的溶剂中时，其溶解能力小，有转移到相当极性的溶剂中去的趋势，假设这种极性相当的溶剂与原来的溶剂互不相溶，则绝大部分溶质就会从原来的相态扩散到新的溶剂中，形成新的溶液体系，即形成萃取液。
在萃取过程时，溶质转移到萃取剂中的程度遵守分配定律。
指出，在其他条件不变的情况下，萃取过程达到平衡后，萃取液中溶质浓度与萃余液中溶质浓度的比值是常数，这个规律叫分配定律，常数
叫分配系数。
在进行第一次萃取时，设原料液中溶质的摩尔浓度为C,萃取相中溶质的摩尔浓度为X，萃余相中溶质的摩尔浓度为Y，则：
假设进行多次萃取才能将目的产物提取完，则进行第n次萃取时，原料液中的溶质浓度为
，萃取相中溶质的浓度为
，萃余相中的浓度为
，因分配定常数不变，故随着萃取次数的增加，残留在原料体系中的溶质越来越少，但无论进行多少次萃取，都不可能完全将溶质从原料体系中萃取出来。
因此在实际生产过程中，往往要综合考虑萃取操作生产成本，只进行有限次的萃取操作。
如在中药提取生产时，一般对中药材进行三次萃取后，有效成分基本上被最大程度的萃取，同时经济上也达到最好的效益。
第二节萃取工艺流程
在工业生产中，萃取操作有单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取等流程。
一、单级萃取
将萃取剂加入原料液中只萃取一次的操作方式叫单级萃取。
具体操作过程是：
将原料液和萃取剂都加入到混合器中，用搅拌器搅拌，促使溶质从原料液中转移到萃取剂中，经过一段时间后，静置分层，用分离器把萃取相和萃余相分离后即完成一个萃取操作周期。
工业上常用液—液单级萃取设备是高速管式离心机和碟片式离心机，进行固液萃取的设备是各种形式的提取罐。
二、多级萃取
1.三级逆流萃取
如果原料的流向从第1级经过若干级后到末级的萃余液，而萃取溶剂从末级逆向流动，经过若干级后到达第1级而得到萃取液，这种萃取操作方式成为多级逆流萃取。
一般萃取级数是三级。
如青霉素生产中，用乙酸戊酯从澄清的发酵液中分离青霉素时，就采用了三级逆流萃取系统。
进行多级逆流萃取的设备主要有：
①由单级混合—澄清器串联组成的多级逆流萃取系统
②多级筛板塔。
在生物制药生产过程中，萃取是一个非常重要的单元操作，通过萃取可以把目的产物从复杂的体系中提取出来，以便于进行更进一步的纯化分离。
2.三级错流萃取
原料经过多个串联的萃取器，并在每个萃取器中进行萃取操作，这种萃取方式叫多级萃取。
按原料的流向与萃取剂的流向关系可分为多级错流萃取、多级逆流萃取、多级平流萃取。
在多级错流萃取操作中，原料液从第1级经过第2级流向第3级，最后得到萃余相，萃取剂则由总管道分别注入三个萃取器，原料在每级萃取器经萃取操作后，所得萃取相都回收到同一个储罐中贮存。
在多级错流萃取中由于溶剂分别加入各级萃取器，故萃取推动力较大，
萃取效果好，所以在中药提取分离中被广泛采用。
其缺点是要加入大量的萃取溶剂，产品浓度稀，蒸发浓缩回收溶剂时需要消耗较多的能量。
教 案 首 页
1
授课日期
2007年10月26日（第9周星期五）
2
班级
2006级生物制药1、2、3、4班
专业
生物制药技术
3
课次
第21次课
累计学时
42学时
4
课题
内容
第三节层析设备
5
教学目的
与要求
熟悉层析设备的结构和工作原理，掌握其操作规程。
6
重点
与难点
教学重点：
层析设备的操作规程。
教学难点：
吸附剂和离子交换树脂的性能。
7
演示实验、教具、挂图准备
多媒体演示
8
作业及其它
P119三、四、五、六
9
教参资料
名称、页次
《生物制药设备》第六章
10
教学过程
及内容
见附页
第三节层析设备
一、离子交换柱
1.离子交换树脂的性能
2.离子交换柱
3.离子交换树脂的再生
二、常见吸附柱
1.吸附剂的性能
2.吸附交换柱
3.吸附剂再生
三、层析柱
1.凝胶的性能
2.层析交换柱
3.凝胶的维护
四、恒流泵和蠕动泵
1.结构和工作原理
2.操作注意事项
教 案 首 页
1
授课日期
2007年10月29日（第10周星期一）
2
班级
2006级生物制药1、2、3、4班
专业
生物制药技术
3
课次
第22次课
累计学时
44学时
4
课题
内容
实训六大容量冷冻离心机操作训练
5
教学目的
与要求
掌握大容量冷冻离心机的操作规程
6
重点
与难点
重点：
大容量冷冻离心机繁荣操作规程
难点：
程序设置
7
演示实验、教具、挂图准备
实训现场
8
作业及其它
实训报告
9
教参资料
名称、页次
《生物工程设备》徐清华主编
10
教学过程
及内容
现场讲解示范、学生动手操作
实训六、大容量冷冻离心机操作训练
一、目的
掌握大容量冷冻离心机的结构和操作规程
二、原理
沉降与物体质量成正比，颗粒越大沉降越快。
对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等，它们在溶液中成胶体或半胶体状态，需要强大的引力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。
离心机就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。
三、仪器设备
RL—6M大容量冷冻离心机
四、操作步骤
1.登记
2.设定使用温度通常为４℃后，先把离心陀放入离心舱中，注意离心陀要卡好轴心；关上舱门，离心舱的温度开始下降，预冷时间要充足。
3.把样本装入适当的离心管，双双用天平平衡重量，盖上离心管盖子并旋紧。
4.把平衡好的离心管对称地放入离心陀中，盖上离心陀的盖子，注意有无旋紧。
5.关上离心机舱门，在仪表板上调好所要的转速与时间。
6.确定所有步骤无误后，按Ｓｔａｒｔ钮开动，离心机渐渐加速，此时要密切监控。
7.等到离心达到所要的转速后，确定一切正常才可离去。
8.完成离心时，要等离心陀完全静止后，才能打开舱门；请尽快取出离心管，先观察离心管是否完全，以及沉淀的位置，尽速把上清倒出，小心不要把沉淀弄混浊。
9.在两次离心之间的空档，不需取出离心陀，但盖上舱门，勿让热空气流入离心舱。
10.全部使用完毕后，取出离心陀清理，可以用自来水冲洗，并且倒放晾干。
离心舱门要打开，等结冰融化后，再稍加擦拭及清理，若有液体漏出，要用清水洗之。
也要回头检查平衡离心管的天平以及桌面，很容易弄脏，要仔细清理干净才离开。
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