游技術(shù)的理論基礎(chǔ)

1、下游技術(shù)的理論基礎(chǔ)下游技術(shù)的理論基礎(chǔ) 下游技術(shù)就是根據(jù)生物物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、下游技術(shù)就是根據(jù)生物物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、氨基酸、抗生素、脂類、糖類等氨基酸、抗生素、脂類、糖類等)與其他雜與其他雜質(zhì)性質(zhì)上的差異，使其在分離操作中具有質(zhì)性質(zhì)上的差異，使其在分離操作中具有不同的傳質(zhì)速率或平衡狀態(tài)，從而達(dá)到分不同的傳質(zhì)速率或平衡狀態(tài)，從而達(dá)到分離純化的目的。離純化的目的。下游技術(shù)的本質(zhì)下游技術(shù)的本質(zhì) 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì) 生物性質(zhì)生物性質(zhì)下游技術(shù)的理論基礎(chǔ)下游技術(shù)的理論基礎(chǔ)下游技術(shù)中的下游技術(shù)中的生物學(xué)過程生物學(xué)過程下游技術(shù)中的下游技術(shù)中的化學(xué)過程化學(xué)過程下游技術(shù)中的下游技術(shù)中的物理學(xué)過程物理學(xué)過

2、程下游技術(shù)的理論基礎(chǔ)下游技術(shù)的理論基礎(chǔ)下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程 按物理學(xué)過程為基礎(chǔ)可將下游技術(shù)分為三類：按物理學(xué)過程為基礎(chǔ)可將下游技術(shù)分為三類： 平衡分離操作平衡分離操作 擬平衡分離操作擬平衡分離操作 非平衡分離操作非平衡分離操作平衡分離平衡分離: 以相平衡作為極限，利用物性差異進(jìn)行分以相平衡作為極限，利用物性差異進(jìn)行分離的過程。離的過程。 eg. co、co2的分離的分離 采用變壓吸附技術(shù)采用變壓吸附技術(shù)下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程物性物性對象對象分離發(fā)生分離發(fā)生場所場所分離操作分離操作狀態(tài)狀態(tài)蒸氣壓蒸氣壓分子分

3、子相間相間蒸發(fā)，蒸餾，干燥，蒸發(fā)，蒸餾，干燥，升華，真空鍍敷升華，真空鍍敷氣氣液液氣氣固固溶解度溶解度分子分子相間相間氣體吸收氣體吸收 吸附，吸收吸附，吸收萃取萃取結(jié)晶結(jié)晶氣氣液液氣氣固固液液液液液液固固界面余量界面余量分子分子相間相間吸附，離子交換，浮選吸附，離子交換，浮選異相界面異相界面表表1 平衡分離操作平衡分離操作 平衡分離操作的理論基礎(chǔ)是平衡論，平衡分離操作的理論基礎(chǔ)是平衡論，內(nèi)容包括：內(nèi)容包括：相平衡基礎(chǔ)相平衡基礎(chǔ)f=c-p+2氣液平衡氣液平衡拉烏爾定律拉烏爾定律下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程溶解度溶解度亨利定律亨利定律高壓氣體中的溶解度增大高壓氣體中的溶解度增大液液

4、平衡液液平衡分配平衡分配平衡吸附平衡吸附平衡langmuir方程方程 平衡分離操作實質(zhì)上是一個非平衡平衡分離操作實質(zhì)上是一個非平衡過程趨于達(dá)到平衡的操作，這個過程包過程趨于達(dá)到平衡的操作，這個過程包含多種傳遞現(xiàn)象。含多種傳遞現(xiàn)象。下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程傳遞通量傳遞通量（三傳）：（三傳）：動量、熱量、質(zhì)量動量、熱量、質(zhì)量固相內(nèi)分子傳遞（擴(kuò)散）：固相內(nèi)分子傳遞（擴(kuò)散）： fick定律定律多孔體內(nèi)的擴(kuò)散：努森擴(kuò)散、毛細(xì)管凝結(jié)多孔體內(nèi)的擴(kuò)散：努森擴(kuò)散、毛細(xì)管凝結(jié)填充床層中的物質(zhì)擴(kuò)散填充床層中的物質(zhì)擴(kuò)散膜內(nèi)傳質(zhì)膜內(nèi)傳質(zhì)下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程物性物性對象對象外加

5、勢能場外加勢能場分離場所分離場所分離操作分離操作備注備注密度密度分子分子離心力場離心力場端面端面超速離心分離超速離心分離液相，高分液相，高分子子密度密度粒子粒子離心力場離心力場端面端面離心分離離心分離離心機(jī)，旋離心機(jī)，旋風(fēng)（液）分風(fēng)（液）分離器離器電荷電荷分子分子電場，磁場電場，磁場端面端面電泳電泳液相，離子液相，離子電荷電荷粒子粒子電場，磁場電場，磁場端面端面電破乳電破乳液相，乳膠液相，乳膠表表2 擬平衡分離操作擬平衡分離操作下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程物性物性對象對象分離原理分離原理推動力推動力分離場所分離場所分離操作分離操作備注備注分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽總壓差總

6、壓差膜面膜面不原稱膜不原稱膜反滲透膜反滲透膜液相液相分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽總壓差總壓差膜面膜面超濾超濾液相，分子液相，分子量分級量分級分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽濃度差濃度差界面界面分子篩分子篩分子篩吸附分子篩吸附劑劑分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽電場電場膜面膜面電透析膜電透析膜液相，離子液相，離子分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽濃度差濃度差膜面膜面透析膜透析膜液相，離子液相，離子粒子大小粒子大小粒子粒子屏蔽屏蔽濃度差濃度差界面界面過濾過濾液相，氣相液相，氣相擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)分子分子速度差速度差總壓差總壓差細(xì)孔空間細(xì)孔空間氣體擴(kuò)散分離氣體擴(kuò)散分離氣相，多孔氣相，多孔質(zhì)膜質(zhì)膜滲透

7、系數(shù)滲透系數(shù)分子分子速度和氣速度和氣液平衡液平衡總壓差總壓差膜內(nèi)膜內(nèi)透過氣化透過氣化液相液相氣相氣相表表3 非平衡分離操作非平衡分離操作下游技術(shù)中的化學(xué)過程下游技術(shù)中的化學(xué)過程化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)化學(xué)性分子識別化學(xué)性分子識別下游技術(shù)中的化學(xué)過程下游技術(shù)中的化學(xué)過程化學(xué)性分子識別：化學(xué)性分子識別：1.分子間相互作用分子間相互作用 范德華力、氫鍵、疏水力等范德華力、氫鍵、疏水力等2.分子識別分子識別 分子間專一性結(jié)合的基礎(chǔ)分子間專一性結(jié)合的基礎(chǔ)下游技術(shù)中的化學(xué)過程下游技術(shù)中的化學(xué)過程圖圖1 環(huán)狀糊精的構(gòu)造環(huán)狀糊精的構(gòu)造 化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)： eg. 檸檬酸工業(yè)常用檸檬酸工業(yè)常用caco3與檸檬酸作與檸

8、檬酸作用生成檸檬酸鈣沉淀，從而達(dá)到分離的目用生成檸檬酸鈣沉淀，從而達(dá)到分離的目的。的。下游技術(shù)中的化學(xué)過程下游技術(shù)中的化學(xué)過程 許多分離過程利用了生物親和力，如：許多分離過程利用了生物親和力，如：酶酶底物、抗原底物、抗原抗體、凝集素抗體、凝集素結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白等。等。下游技術(shù)中的生物學(xué)過程下游技術(shù)中的生物學(xué)過程圖圖2 存在于酶分子上的各種結(jié)合部位存在于酶分子上的各種結(jié)合部位 一個典型的例子就是親和色譜，這一個典型的例子就是親和色譜，這是一種利用了生物物質(zhì)間的特異的親和是一種利用了生物物質(zhì)間的特異的親和力進(jìn)行選擇性分離的色譜技術(shù)。力進(jìn)行選擇性分離的色譜技術(shù)。下游技術(shù)中的生物學(xué)過程下游技術(shù)中的生物

9、學(xué)過程載體載體ba配體配體接枝手臂接枝手臂圖圖3 親和色譜分離原理示意圖親和色譜分離原理示意圖說明說明 利用目標(biāo)產(chǎn)物與其他雜質(zhì)之間的性質(zhì)差利用目標(biāo)產(chǎn)物與其他雜質(zhì)之間的性質(zhì)差異進(jìn)行的分離過程，可以是單一因素單獨(dú)異進(jìn)行的分離過程，可以是單一因素單獨(dú)作用作用(如：超離心、親和層析、萃取如：超離心、親和層析、萃取)的結(jié)的結(jié)果，也可以是兩種以上因素共同作用果，也可以是兩種以上因素共同作用(如：如：離子交換層析離子交換層析)的結(jié)果。的結(jié)果?；A(chǔ)理論研究的重要性基礎(chǔ)理論研究的重要性 研究非理想溶液中溶質(zhì)與添加物料之間的研究非理想溶液中溶質(zhì)與添加物料之間的選擇性反應(yīng)機(jī)理，以及系統(tǒng)外物理因子對選選擇性反應(yīng)機(jī)理，以及系統(tǒng)外物理因子對選擇性的影響效應(yīng)，從而研制高選擇性的分離擇性的影響效應(yīng)，從而研制高選擇性的分離劑，改善對溶質(zhì)的選擇性；劑，改善對溶質(zhì)的選擇性； 研究界面區(qū)的結(jié)構(gòu)、控制界面現(xiàn)象和探求研究界面區(qū)的結(jié)構(gòu)、控制界面現(xiàn)象和探求界面現(xiàn)象對傳質(zhì)機(jī)理的影響，從而指導(dǎo)改善界面現(xiàn)象對傳質(zhì)機(jī)理的影響，從而指導(dǎo)改善具體單元操作及