Chapter-9--蒸发与干燥.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Chapter 9,蒸发与,干燥,Evaporation and Drying,蒸发,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。,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。,蒸发的操作方法,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）,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,蒸发工艺的确定,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。,措施：,降低蒸发时料液的沸点,降低料液在蒸发器中的停留时间,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。,干燥,通常是产品成品化前的最后加工过程。,干燥过程中注意的问题：,控制操作温度和时间,在洁净的环境中进行,流化床干燥（,气流干燥技术,）,原理：在热气流吹动下固形物半悬浮状态连续干燥,设备：流化床干燥器,特点：,干燥速度快，热效率高、处理量大、易大规模使用；,适于制备颗粒状产物。,设备简单、应用范围广。,缺点：,不适合热稳定性差的产物；,设备投资较高。,喷雾干燥,原理：依靠喷雾形成含产物的小液滴，在热气流中迅速干燥。,设备：喷雾干燥机,特点：干燥速度快，,干燥过程中液滴的温度不高，,部分生物活性物可以干燥。,产品具有良好的分散性和溶解性，生产过程简化，操作控制方便，,可大规模生产,。,缺点：干燥能力小，占地面积大，产品密度低，粒度小，耗能高。,真空干燥,原理：在一定真空度下增加溶剂分子挥发速度,设备：真空干燥器,特点：适合生物活性物质干燥，干燥物性状较差。,缺点：耗能高，慢。,真空冷冻干燥,原理：,在高真空度下加速固态水的挥发进行干燥,设备：,真空冷冻干燥机,特点：,适合生物活性物质干燥；,产物不起泡，不粘结，蓬松，易溶；,活性收率高。,缺点：,耗能高，过程需控制严格；,操作复杂，设备投资高。,水分以冰的状态直接升华成水蒸气，故物料的物理结构和分子结构变化极小。,在低温真空条件下进行干燥操作，因此对热敏感的物料，仍能保持原有性质，并可长期保存，十分稳定。,物料被除去水分后，其原组织的多孔性能不变，易于复水，可在短时间内基本上完全恢复干燥前的原来状态。,干燥后物料的残存水分很低，包装优良下，可在常温条件下长期保存。,真空冷冻干燥的特点：,P401,干燥,技术名称 原理 设备 特点 缺点,真空干燥 在一定真空度下增加溶剂 真空 适合生物活性物质干燥，耗能高，慢。,分子挥发速度 干燥器 干燥物性状较差。,真空冷冻 在高真空度下加速固态水 真空冷 适合生物活性物质干燥，耗能高，过程需控制严格,干燥 的挥发进行干燥 冻干燥 产物不起泡，不粘结，操作复杂，设备投资高,机 蓬松，易溶，活性收率高,流化床 在热气流吹动下固形物 流化床 干燥速度快，易大规模 不适合热稳定性差的产物,干燥 半悬浮状态连续干燥 干燥器 使用，适于制备颗粒状 设备投资高,产物,喷雾干燥 依靠喷雾形成含产物的 喷雾干 干燥速度快，部分生物 干燥能力小，占地面积,小液滴，在热气流中迅 燥机 活性物可以干燥，可大 大，产品密度低，粒度,速干燥。规模生产。小，耗能高,。,Chapter 10,清洁生产,Cleaner Production,清洁生产（,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,),涉及两个全过程的控制,：,P412-413,生产全过程控制,产品整个生命周期控制,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,清洁生产的评价标准：技术评价、经济评价、环境评价,实现清洁生产的有效途径,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,改革工艺和装备,改进操作和加强管理,必要的末端治理,课程总结,生物下游加工过程,定义、特点,一般流程,分离的机理：,物理、化学、生物学性质,上的差异.,分离效率的评价：目标产品的浓缩程度、纯度、回收率、成本,需考虑的因素和条件,整体：,简单有效。回收率、纯度、活性高、稳定性、重复性、可靠性好。,样品：,目的产品的名称与类型，分子量、离解度、亲疏水性、稳定性、组成成分,起始浓度与环境状态（存在的位置等）。,方法和材料：,方法易掌握学习和使用，材料成本低易回收和再生使用。,常用的分离纯化流程,培养液的预处理,细胞分离,破碎菌体及粗品分离,纯化,工艺的建立与筛选,发酵液后处理的工艺流程与各阶段的单元操作：,胞外产物,发酵液 预处理 细胞分离 细胞破碎 碎片分离 初步纯化 高度纯化 成品加工,分离提取 纯化精制,加热 沉降 匀化 离心分离 沉淀 电泳 无菌过滤,调,PH,离心分离 研磨 萃取 吸附 离子交换 超滤,絮凝 过滤 溶解 过滤 萃取 亲和层析 冷冻干燥,凝聚 切向过滤 破壁 切向过滤 超滤 疏水层析 喷雾干燥,吸附层析 结晶,离心,原理 设备 特点 缺点,在离心 高速冷冻离 适于粒度小，热不稳定的物质 容量小，连续操作困难，大,产生的 心机 回收，实验室适用。规模工业应用性差,重力场,作用下 高速冷冻连 适于粒度小，热不稳定的物质 规模受限制，拆装烦琐，设备,颗粒沉 续离心机 回收，可连续操作，中试适用。投资高。,降速度,加快而 碟片式离心 大规模工业应用，可连续，也 半连续或批式操作时，出渣清,沉淀 机 可批式操作，操作稳定性较好 洗烦杂，连续操作固形物含水,易放大，推广。高，总的分离效率低。,管式离心机 批式操作，转速高，固形分离 容量有限，处理量小，拆装,效果好，含水低，易放大推广。频繁，噪声大,沉淀,技术名称 原理 特点 缺点,有机溶剂法 破坏蛋白质分子的水 沉淀各种蛋白质，分级沉淀 需低温下进行，,化层，使之凝集成更 达到粗分和浓缩的目的，应 沉淀时会发生蛋白,大的分子团而沉淀 用广，简便，可大规模应用 质变性 失活,盐析法 破坏蛋白质分子的水 用于蛋白质分级沉淀或沉淀，蛋白质回收率一般，,化层，电荷中和，使 粗分离和浓缩作用，对活性 产生废水含盐高,之聚集成更大的分子 有保护作用，简便，可广泛 对环境有影响,团而沉淀 大规模应用,化学沉淀法 通过化学试剂与目的 可针对性沉淀目的产物 通过性差，需分离,产物形成新的化合物，沉淀回收目的产物,改变溶解度而沉淀,溶剂萃取,萃取的概念和基本原理,超临界流体萃取、双水相萃取、反胶团萃取的基本原理、特点和应用,萃取与其他分离方法（如沉淀，离子交换等）相比的优点有：,分离效果好,生产能力大,便于快速连续操作,易于实现自动控制,膜分离,微滤、超滤、反渗透、透析、电渗析、纳滤等方法的原理、操作、应用范围,与传统分离操作（如沉淀、萃取等）相比优点有：,可避免组分变性或混入杂质,能耗低,化学品消耗低,操作方便,效率高，设备易于放大,可在室温或低温下澡作,不产生二次污染,经济效益显著,层析,技术名称 原理 设备 特点 缺点,离子交换 利用各被分离组分电荷 低 适于带有电荷的具生物活性或 操作较复杂，测试消,性质及数量的不同，与 或 非生物活性物质的分离钝化，耗较大，成本高，有,离子交换剂的吸附和交 中 其效率高，应用广，实验室与 稀释作用，放大困难，,换能力不同而达到分离 压 工业化，柱式或搅拌操作均可。交换剂需再生。,吸附层析 依靠 范德华力，极性氡 层 吸附剂种类繁多，可选择范围 选择性低，柱式操作放大,键等作用将分离物吸附 析 和应用范围广，吸附和解吸条 困难。,于吸附剂上然后改变条 系 件温和，不需要复杂的再生，,件洗脱，达到钝化目的 统 可柱式或搅拌式操作。,亲和层析 具目的物与专业配基的 选择性极高，钝化倍数和效率高，成本高，配基稳定性差，,相互作用进行分离 生物活性收率高，可直接从较复 使用寿命有限，亲和材料,杂的混合物分离产物。制备复杂，放大困难。,疏水层析 依靠疏水相互作用分离 应用广，选择性，稳定性较好 成本高，放大难，条件严,凝胶层析 依靠分子大小分离 适合生物大分子的分离钝化，分 放大较困难，稀释度高，,离条件温和，活性收率、选择性、操作不易掌握。,分辨率较高，可工业化。,电泳,PAGE,、,SDS-PAGE,、,IEF-PAGE,结晶,蒸发与干燥,清洁生产,参考工艺-乙肝表面抗原提取工艺,离心收集菌体,3000,rpm,10min,洗菌体 （,20mM PBS,，,含,0.14,M NaCl,pH7.0,）,超声波破碎 （,100,W,15min,）,离心除碎片（,18000,rpm,10min,）,上亲和层析柱 洗柱除杂（,pH7.0，20mM PBS,）,洗脱（,pH2.8 Gly-HCl,）,收集产品,谢 谢！,