《生物分離工程》課程教學(xué)大綱

《生物分離工程》課程教學(xué)大綱

課程名稱生物分離工程英文名稱BiologicalSeparationEngineering課程編碼180520037課程類型專業(yè)選修課程課程級別專業(yè)課程學(xué)分?jǐn)?shù)2先修課程生物化學(xué)，生物技術(shù)，化工原理，分離工程學(xué)時數(shù)32其中實驗學(xué)時

其中實踐學(xué)時

適用范圍化學(xué)工程與工藝專業(yè)（4年制）制定單位化學(xué)化工學(xué)院

一、教學(xué)大綱說明（一）課程的性質(zhì)、地位、作用和任務(wù)《生物分離工程》是化學(xué)工程與工藝專業(yè)生物化工模塊課程，是運用生物化學(xué)、分離工程學(xué)、生物技術(shù)、化學(xué)工程原理等基礎(chǔ)理論和知識，研究及討論生物分離工程的基本理論、方法原理、基本設(shè)備以及典型應(yīng)用，是一門理論和實踐密切結(jié)合的課程。本課程可為學(xué)生將來從事食品添加劑、生物制藥以及生物化工產(chǎn)品等的分離純化、質(zhì)量管理奠定良好的理論基礎(chǔ)。本課程的任務(wù)是使學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握生物產(chǎn)品的分離原理、分離技術(shù)及設(shè)備，生物分離純化過程的四個階段和基本單元的操作，能使學(xué)生針對不同產(chǎn)品的特性，較好運用各種分離技術(shù)來設(shè)計合理的提取和純化工藝路線或改進(jìn)現(xiàn)有工藝，并能從理論上解釋各種實際問題，提高分析問題和解決問題的能力。（二）課程教學(xué)目標(biāo)及其與本專業(yè)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系序號課程教學(xué)目標(biāo)畢業(yè)要求1掌握生物分離工程的基本理論和方法原理，能運用各種分離的理論和技術(shù)來設(shè)計合理的提取和純化工藝路線或改進(jìn)現(xiàn)有工藝，并能從理論上解釋各種實際問題，提高分析問題和解決問題的能力。畢業(yè)要求：1．具有從事化學(xué)工程專業(yè)工作所需的相關(guān)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，并能運用這些知識解決化工過程中涉及的復(fù)雜工程問題。2能夠就物質(zhì)分離工程中出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行分析和研究，并能夠和國內(nèi)外的同行進(jìn)行溝通和交流，有自己的獨到的見解。10．能夠就化工過程的工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流，并具備一定的國際視野。3了解目前生物分離工程通常采用的技術(shù)及手段以及今后新技術(shù)的發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行新技術(shù)創(chuàng)新的意識和能力。在現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上不斷學(xué)習(xí)新的技術(shù)和拓展自己的視野。12．具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

（三）課程教學(xué)方法與手段在學(xué)習(xí)本課程之前應(yīng)先進(jìn)行認(rèn)識實習(xí)。本課程以課堂講授為主，結(jié)合今后的畢業(yè)論文和畢業(yè)實習(xí)，讓學(xué)生能夠?qū)I(yè)知識應(yīng)用于解決復(fù)雜生物分離工程的問題。（四）課程與其它課程的聯(lián)系本課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的生物化工模塊課。課程學(xué)習(xí)過程中涉及到《生物技術(shù)》、《生物化學(xué)》、《化工原理》等基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的內(nèi)容。同時該課程也是后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，例如《生物資源綜合利用》、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)論文等。（五）教材與教學(xué)參考書教材：孫彥等主編，《生物分離工程》，化學(xué)工業(yè)出版社出版，2013。教學(xué)參考書：1.毛忠貴著，《生物工程下游技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社出版，2018。2.劉國詮主編，《分離純化工藝原理》，中國醫(yī)藥科技出版社，2011。

二、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點和難點第一章緒論教學(xué)要求：1.了解生物分離工程的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。2.理解生物分離工程的特點的特點及其重要性、生物分離過程的一般步驟。3.掌握生物分離工程的選擇準(zhǔn)則。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)生物分離工程的特點及其重要性

生物技術(shù)產(chǎn)品種類，生物分離工程的特性，分離純化的重要性第二節(jié)生物分離工程的一般步驟生化物質(zhì)提煉的特殊性，生物分離過程的一般步驟第三節(jié)生物技術(shù)產(chǎn)品及生物分離工程的發(fā)展及動向生物分離技術(shù)的發(fā)展和我國的現(xiàn)狀以及將來的發(fā)展趨勢教學(xué)重點：生物分離工程的特點及其重要性難點：生物分離工程的選擇準(zhǔn)則

第二章細(xì)胞分離與破碎教學(xué)要求：1.了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)細(xì)胞破碎和產(chǎn)物釋放2.理解重力沉降、離心沉降和過濾3.掌握細(xì)胞破碎技術(shù)和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性釋放教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)

細(xì)胞分離重力沉降離心沉降過濾第二節(jié)細(xì)胞破碎細(xì)胞的結(jié)構(gòu)細(xì)胞破碎和產(chǎn)物釋放細(xì)胞破碎技術(shù)目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性釋放教學(xué)重點：細(xì)胞破碎技術(shù)難點：目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性釋放

第三章

初級分離教學(xué)要求：1.了解蛋白質(zhì)的表面特性2.理解泡沫分離原理泡沫分離設(shè)備和過程泡沫分離的應(yīng)用3.掌握鹽析沉淀、等電點沉淀、有機(jī)溶劑沉淀、熱沉淀教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)沉淀分級蛋白質(zhì)的表面特性鹽析沉淀等電點沉淀有機(jī)溶劑沉淀熱沉淀其他沉淀法第二節(jié)泡沫分離

泡沫分離原理泡沫分離設(shè)備和過程泡沫分離的應(yīng)用

第四章膜分離教學(xué)要求：1.了解管式膜組件，平板式膜組件，螺旋卷式膜組件，中空纖維(毛細(xì)管)式膜組件2.理解反滲透、超濾和微濾、透析、電滲析和滲透汽化的基本原理3.掌握影響膜分離速度的主要因素和分離操作教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)各種膜分離法及其原理反滲透超濾和微濾透析電滲析滲透汽化第二節(jié)膜材料及其特性膜材料膜的結(jié)構(gòu)水通量第三節(jié)膜組件第四節(jié)操作特性濃度極化模型超濾膜的分子截留作用第五節(jié)影響膜分離速度的主要因素

操作形式流速壓力料液濃度第六節(jié)膜分離過程分離操作錯流過濾過程的流體力學(xué)第七節(jié)膜的污染與清洗第八節(jié)應(yīng)用菌體分離小分子發(fā)酵產(chǎn)物的回收蛋白質(zhì)的回收、濃縮與純化膜生物反應(yīng)器教學(xué)重點：反滲透、超濾和微濾、透析、電滲析和滲透汽化的基本原理難點：影響膜分離速度的主要因素和分離操作

第五章萃取教學(xué)要點：1.了解反膠團(tuán)及其基本性質(zhì)反膠團(tuán)的溶解作用反膠團(tuán)萃取操作2.理解萃取、反萃取、物理萃取和化學(xué)萃取的基本概念，分配定律與分配平衡。3.掌握有機(jī)溶劑萃取、液固萃取(浸取)、超臨界流體的性質(zhì)及操作教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)基本概念第二節(jié)分配定律與分配平衡第三節(jié)有機(jī)溶劑萃取

弱電解質(zhì)的分配平衡化學(xué)萃取平衡溶劑萃取操作第四節(jié)液液萃取操作

混合澄清式萃取多級錯流接觸萃取多級逆流接觸萃取分餾萃取微分萃取第五節(jié)雙水相萃取雙水相系統(tǒng)雙水相中的分配平衡影響分配系數(shù)的各種因素雙水相萃取操作第六節(jié)液膜萃取

液膜的種類液膜萃取機(jī)理液膜萃取操作第七節(jié)反膠團(tuán)萃取反膠團(tuán)及其基本性質(zhì)反膠團(tuán)的溶解作用反膠團(tuán)萃取操作第八節(jié)液固萃取(浸取)

液固萃取操作及設(shè)備浸取劑第九節(jié)超臨界流體萃取超臨界流體的性質(zhì)超臨界流體萃取操作應(yīng)用教學(xué)重點：掌握有機(jī)溶劑萃取、液固萃取(浸取)、超臨界流體的性質(zhì)及操作難點：萃取、反萃取、物理萃取和化學(xué)萃取的基本概念，分配定律與分配平衡

第六章吸附分離技術(shù)和理論基礎(chǔ)教學(xué)要點：1.了解膨脹床吸附、移動床和模擬移動床吸附和攪拌釜吸附2.理解吸附劑、離子交換劑，吸附等溫線，離子交換的計量置換模型，空間質(zhì)量作用模型。3.掌握吸附平衡、液相擴(kuò)散、固相擴(kuò)散和固定床吸附的理論。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)吸附分離介質(zhì)吸附劑離子交換劑

第二節(jié)吸附平衡吸附等溫線離子交換的計量置換模型空間質(zhì)量作用模型第三節(jié)吸附過程傳質(zhì)動力學(xué)液相擴(kuò)散固相擴(kuò)散第四節(jié)固定床吸附第五節(jié)固定床吸附過程理論表面吸附速率控制液膜擴(kuò)散速率控制內(nèi)擴(kuò)散速率控制第六節(jié)其他吸附操作膨脹床吸附移動床和模擬移動床吸附攪拌釜吸附教學(xué)重點：吸附平衡、液相擴(kuò)散、固相擴(kuò)散和固定床吸附的理論。難點：吸附等溫線離子交換的計量置換模型空間質(zhì)量作用模型

第七章色譜教學(xué)要點：1.了解色譜原理與分類、反相色譜、流通色譜和置換色譜原理與操作。2.理解疏水性相互作用色譜和色譜聚焦的原理與操作。3.掌握色譜過程理論基礎(chǔ)、凝膠過濾色譜和離子交換色譜原理與操作。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)色譜原理與分類原理分類第二節(jié)色譜過程理論基礎(chǔ)

平衡模型理論板模型傳質(zhì)速率模型第三節(jié)分離度第四節(jié)凝膠過濾色譜原理與操作凝膠過濾色譜介質(zhì)影響分離的因素凝膠過濾色譜的應(yīng)用凝膠過濾色譜的特點第五節(jié)離子交換色譜原理與操作線性梯度洗脫色譜逐次洗脫色譜離子交換色譜的應(yīng)用及特點第六節(jié)疏水性相互作用色譜原理疏水性吸附劑色譜操作疏水性相互作用色譜的特點第七節(jié)色譜聚焦原理與操作多緩沖劑與多緩沖離子交換劑色譜聚焦的應(yīng)用第八節(jié)反相色譜第九節(jié)羥基磷灰石色譜流通色譜置換色譜教學(xué)重點：色譜過程理論基礎(chǔ)、凝膠過濾色譜和離子交換色譜原理與操作難點：色譜過程理論基礎(chǔ)。

第八章親和色譜教學(xué)要點：1.了解親和膜色譜原理和特點及應(yīng)用2.理解親和作用的本質(zhì)，影響親和作用的因素，親和吸附等溫線，色素親和吸附平衡3.掌握親和作用體系、親和色譜過程和親和色譜的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)生物親和作用親和作用的本質(zhì)影響親和作用的因素親和作用體系第二節(jié)親和色譜原理第三節(jié)親和色譜介質(zhì)親和配基親和吸附劑及其制備方法間隔臂的作用第四節(jié)親和吸附平衡親和吸附等溫線色素親和吸附平衡第五節(jié)親和色譜過程和應(yīng)用

親和色譜過程親和色譜的應(yīng)用第六節(jié)親和膜色譜原理和特點應(yīng)用教學(xué)重點：親和作用體系、親和色譜過程和親和色譜的應(yīng)用難點：親和吸附等溫線，色素親和吸附平衡

第九章結(jié)晶教學(xué)要點：1.了解冷卻結(jié)晶器蒸發(fā)結(jié)晶器。2.理解晶體粒度分布粒數(shù)衡算方程。3.掌握結(jié)晶原理和結(jié)晶操作特性。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)結(jié)晶原理溶解度過飽和溶液與介穩(wěn)區(qū)成核第二節(jié)結(jié)晶的生長

生長速率

ΔL定律第三節(jié)結(jié)晶過程設(shè)計基礎(chǔ)晶體粒度分布粒數(shù)衡算方程第四節(jié)結(jié)晶器

冷卻結(jié)晶器蒸發(fā)結(jié)晶器第五節(jié)結(jié)晶操作及其應(yīng)用結(jié)晶操作特性應(yīng)用教學(xué)重點：結(jié)晶原理和結(jié)晶操作特性。難點：晶體粒度分布粒數(shù)衡算方程。

第十章干燥

教學(xué)要點：1.了解盤架干燥器，冷凍干燥器，傳送帶式干燥器，轉(zhuǎn)筒干燥器，氣流干燥器，流化床干燥器，噴霧干燥器。2.理解濕空氣和物料中水分的性質(zhì)。3.掌握傳導(dǎo)干燥和對流干燥原理和過程。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)干燥速度

傳導(dǎo)干燥對流干燥第二節(jié)濕空氣和物料中水分的性質(zhì)濕空氣的性質(zhì)物料中的水分第三節(jié)干燥過程盤架傳導(dǎo)干燥球形粒子對流干燥第四節(jié)干燥設(shè)備及其應(yīng)用

盤架干燥器冷凍干燥器傳送帶式干燥器轉(zhuǎn)筒干燥器氣流干燥器流化床干燥器噴霧干燥器教學(xué)重點：傳導(dǎo)干燥和對流干燥原理和過程。難點：干燥設(shè)備及其應(yīng)用。

三、學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容其中：各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配

章節(jié)主要內(nèi)容學(xué)時分配講授實驗討論習(xí)題實踐在線學(xué)習(xí)其它支撐課程教學(xué)目標(biāo)第一章緒論11

1第二章細(xì)胞分離與破碎22

1,2.3第三章初級分離22

1,2.3第四章膜分離44

1,2.3第五章萃取55

1,2.3第六章吸附分離技術(shù)