膜分離實驗裝置結構圖圖片

1. 如圖為研究滲透作用的實驗裝置，實驗所用半透膜為玻璃紙，請回答下列問題：（1）漏斗內溶液（S1）和漏斗

（1）一般兩側溶液的濃度並不相等，因為液面高的一側形成的靜水壓，會阻止溶劑由低濃度一側向高濃度一側擴散，故兩者濃度關系仍是S1＞S2．
（2）圖中半透膜模擬成熟植物細胞的原生質層，從功能上，半透膜只是利用孔徑大小控制物質進出；原生質層是選擇透過性膜，靠能量和載體控制物質出入，具有生物活性，可以完成逆濃度梯度的主動運輸，原生質層由細胞膜和液泡膜以及這兩層膜之間的細胞質構成．
（3）①蔗糖分子不能通過半透膜，而KNO₃能夠通過半透膜，滲透平衡時裝置X能出現液面差，裝置Y不能出現液面差．故滲透平衡時，X漏斗內的液面高於燒杯里的液面，Y漏斗內的液面等於燒杯里的液面．
②觀察洋蔥鱗片葉表皮細胞發生質壁分離和復原現象，選潔凈的載玻片分別編號，在載玻片中央分別滴加蒸餾水，製作臨時裝片後觀察洋蔥表皮細胞的初始狀態．用低倍顯微鏡觀察到整個細胞呈現紫色，原因是紫色物質存在於占據了細胞大部分空間的液泡中．
③蔗糖分子不能透過原生質層，蔗糖溶液中的細胞質壁分離後不會自動復原，KNO3能被細胞吸收，導致細胞液和外界溶液的濃度差被消除，從而發生質壁分離自動復原的現象．
（4）上述實驗中最能體現兩種膜功能差異的實驗現象是KNO₃溶液中的植物細胞質壁分離後會自動復原．
故答案為：
（1）S₁＞S₂
（2）原生質層細胞膜和液泡膜以及這兩層膜之間的細胞質
（3）①高於等於
②蒸餾水中央液泡
③發生質壁分離質壁分離後會自動復原
（4）KNO₃溶液中的植物細胞質壁分離後會自動復原

2. 生物分離工程可分為幾大部分，分別包括哪些單元操作

全書共十章，包括發酵液的預處理、細胞的分離、沉澱、萃取、膜技術、吸附與離子交換、色譜技術、離心、生物產品的濃縮結晶與乾燥等生物產品分離純化過程所涉及的全部技術內容。本書通俗易懂、深入淺出，可讀性較強。

本書可作為高等院校相關專業本科生的教材，也可供從事生物分離工程工作及研究的有關人員參考。

前言

第一章 緒論

第一節 生物分離工程的性質、內容與分類

一、生物分離工程的性質

二、生物分離工程的研究內容

三、生物分離過程的分類

第二節 生物分離工程的一般流程

一、發酵液的預處理

二、產物的提取

三、產物的精製

四、成品的加工處理

五、生物分離純化工藝過程的選擇依據

第三節 生物分離過程的特點

一、生物分離過程的體系特殊

二、生物分離過程的工藝流程特殊

三、生物分離過程的成本特殊

第四節 生物分離工程的發展趨勢

一、生物分離工程的發展趨勢

二、生物分離工程研究應注意的問題

思考題

第二章 發酵液的預處理

第一節 發酵液預處理的方法

一、發酵液的一般特徵

二、發酵液預處理的目的和要求

三、發酵液預處理的方法

第二節 發酵液的過濾，

一、發酵液過濾的目的

二、影響發酵液過濾的因素

三、發酵液過濾的方法

四、提高過濾性能的方法

五、過濾介質的選擇

六、過濾操作條件優化

七、過濾設備

思考題

第三章 細胞分離技術

第一節 細胞分離

一、過濾

二、離心沉降

第二節 細胞破碎

一、細胞壁的結構

二、細胞破碎動力學

三、細胞破碎的方法

第三節 胞內產物的溶解及復性

一、包含體及其形成

二、包含體的分離和溶解

三、蛋白質復性

思考題

第四章 沉澱技術

第一節 概述

第二節 蛋白質表面性質

一、蛋白質表面的親水性和疏水性

二、蛋白質表面的電荷

三、蛋白質膠體的穩定性

第三節 蛋白質沉澱方法

一、鹽析法

二、有機溶劑沉澱法

三、等電點沉澱法

四、非離子多聚物沉澱法

五、變性沉澱

六、生成鹽類復合物的沉澱

七、親和沉澱

八、SIS聚合物與親和沉澱

第四節 沉澱技術應用

一、蛋白質

二、多糖

三、茶皂甙純化工藝研究

四、杜仲水提液中氯原酸的提取

思考題

第五章 萃取技術

第一節 基本概念

一、萃取的概念、特點及分類

二、分配定律

三、分配系數、相比、分離系數

第二節 液液萃取的基本理論與過程

一、液液萃取的基本原理

二、液液萃取類型及工藝計算

第三節 有機溶劑萃取

一、有機溶劑萃取分配平衡

二、影響有機溶劑萃取的因素

三、有機溶劑萃取的設備及工藝過程

第四節 雙水相萃取

一、雙水相體系的形成

二、相圖

三、雙水相中的分配平衡

四、影響雙水相分配系數的主要因素

五、雙水相萃取的設備及工藝過程

第五節 液膜萃取

一、液膜及其分類

二、液膜萃取機理

三、液膜分離操作

四、乳化液膜分離技術的工藝流程

五、液膜分離過程潛在問題

六、液膜分離技術的應用

第六節 反膠團萃取

一、膠團與反膠團

二、反膠團萃取

三、反膠團制備

四、反膠團萃取的應用

第七節 液固萃取

一、液固萃取過程

二、液固萃取類型

三、浸取的影響因素

四、浸取的其他問題

五、浸取的工業應用

第八節 超臨界流體萃取

一、超臨界流體

二、超臨界流體萃取

三、超臨界萃取的實驗裝置與萃取方式

四、超臨界流體萃取條件的選擇

五、超臨界流體萃取的基本過程

六、超臨界流體萃取的應用實例

第九節 萃取技術應用及研究進展

一、雙水相萃取技術應用及研究進展

二、液膜萃取技術應用及研究進展

三、反膠團萃取技術應用及研究進展

四、超臨界流體萃取技術應用及研究進展

思考題

第六章 膜分離過程

第一節 概述

一、膜分離過程的概念和特徵

二、膜過程分類

三、分離膜

第二節 壓力驅動膜過程

一、反滲透和納濾

二、超濾和微濾

第三節 電推動膜過程——電滲析

一、電滲析的基本原理

二、電滲析傳遞過程及影響因素

三、電滲析膜

四、應用

第四節 膜接觸器——膜萃取

一、膜萃取的基本原理

二、膜萃取的傳質過程

三、膜萃取過程影響因素

四、應用

第五節 其他膜分離過程

一、濃差推動膜過程——滲透蒸發

二、溫差推動膜過程——膜蒸餾

第六節 膜分離過程裝置

一、濾筒式膜組件

二、板框式膜組件

三、螺旋卷式膜組件

四、管式膜組件

五、毛細管式膜組件

六、中空纖維式膜組件

思考題

第七章 吸附與離子交換

第一節 概述

一、吸附過程

二、吸附與離子交換的特點

第二節 吸附分離介質

一、吸附劑

二、離子交換劑

第三節 吸附與離子交換的基本理論

一、吸附平衡理論

二、影響吸附的主要因素

三、離子交換平衡理論

第四節 基本設備與操作

一、固定床吸附操作

二、移動床吸附器

三、膨脹床吸附操作

四、流化床吸附操作

五、吸附器凈化效率的計算與選擇

思考題

第八章 色譜分離技術

第一節 色譜分離技術概述

一、色譜技術的基本概念

二、色譜法的分類

三、色譜系統的操作方法

第二節 吸附色譜法

一、吸附色譜基本原理

二、吸附薄層色譜法

三、吸附柱色譜法

第三節 分配色譜法

一、基本原理

二、分配色譜條件

三、分配色譜基本操作

四、分配色譜法的應用

第四節 離子交換色譜法

一、離子交換色譜技術的基本原理

二、離子交換劑的類型與結構

三、離子交換劑的理化性能

四、離子交換色譜基本操作

五、離子交換色譜的應用

第五節 親和色譜

一、親和色譜概述

二、親和色譜原理

三、親和色譜介質

四、親和色譜介質的制備

五、親和色譜的操作過程

六、影響親和色譜的因素

第六節 色譜分離技術的應用

一、親和色譜的應用

二、離子交換色譜的應用

三、吸附色譜的應用

四、分配色譜的應用

五、多種色譜技術的組合應用

思考題

第九章 離心技術

第一節 離心分離原理

一、離心沉降原理

二、離心過濾原理

第二節 離心分離設備

一、離心分離設備概述

二、離心沉降設備

三、離心過濾設備

四、離心分離設備的放大

第三節 超離心技術

一、超速離心技術原理

二、超速離心技術分類

三、超速離心設備

第四節 離心技術在生物分離中的應用

一、離心技術在生物分離應用中的注意事項

二、離心分離的優缺點

三、離心機的選擇

四、離心在生物分離中的應用

思考題

第十章 濃縮、結晶與乾燥

第一節 蒸發濃縮工藝原理與設備

一、蒸發濃縮工藝

二、蒸發濃縮設備

第二節 結晶工藝原理和設備

一、結晶操作工藝原理

二、結晶設備

第三節 乾燥工藝原理與設備

一、乾燥工藝原理

二、乾燥設備

思考題

3. 什麼是膜分離裝置哪些地方能用

膜分離技術是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時，實現選擇性分離的技術，半透膜又稱分離膜或濾膜，膜壁布滿小孔，根據孔徑大小可以分為：微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)、反滲透膜(RO)等，膜分離都採用錯流過濾方式。
微濾
具體涉及領域主要有：醫葯工業、食品工業(明膠、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等)、高純水、城市污水、工業廢水、飲用水、生物技術、生物發酵等。
超濾
早期的工業超濾應用於廢水和污水處理。三十多年來，隨著超濾技術的發展，如今超濾技術已經涉及食品加工、飲料工業、醫葯工業、生物制劑、中葯制劑、臨床醫學、印染廢水、食品工業廢水處理、資源回收、環境工程等眾多領域。
納濾
納濾的主要應用領域涉及：食品工業、植物深加工、飲料工業、農產品深加工、生物醫葯、生物發酵、精細化工、環保工業等。
反滲透
由於反滲透分離技術的先進、高效和節能的特點，在國民經濟各個部門都得到了廣泛的應用，主要應用於水處理和熱敏感性物質的濃縮，主要應用領域包括以下：食品工業、牛奶工業、飲料工業、植物(農產品)深加工、生物醫葯、生物發酵、制備飲用水、純水、超純水、海水、苦鹹水淡化、電力、電子、半導體工業用水、醫葯行業工藝用水、制劑用水、注射用水、無菌無熱源純水、食品飲料工業、化工及其它工業的工藝用水、鍋爐用水、洗滌用水及冷卻用水。
其他
除了以上四種常用的膜分離過程，另外還有滲析、控制釋放、膜感測器、膜法氣體分離、液膜分離法等。

4. 膜分離的分類結構

膜分離的效能，取決於膜本身的屬性。
膜可分液膜和固體膜。固體膜又可分：
①無機多孔膜，由無機質的多孔材料構成。將膠體和不溶性微粒強制沉積於無機多孔膜上便製成動力形成膜；
②合成膜，通常採用醋酸纖維素、芳香族聚醯胺、聚碸、聚乙烯、聚丙烯等高分子材料製成。
合成膜又分為離子交換膜、均質膜和多孔膜：
①離子交換膜由帶有可電離的陽離子或陰離子的高分子材料所構成；
②均質膜是均勻的高分子薄膜；
③多孔膜是在鑄膜液中加發孔劑，經過蒸發和凝膠分離而成的。
多孔膜又分為非對稱膜和復合膜：
①非對稱膜的膜體可分為表皮層和支撐層：表皮層質地緻密，厚度很小（0.1～0.2μm），但它決定了膜的選擇性和滲透性能；支撐層具有多孔結構，它提供必要的機械強度。膜的結構可通過調節鑄膜液組成和凝膠形成條件予以控制。
②復合膜是以多孔膜作支撐層，覆以極薄的表皮層。用於工業分離的合成膜，可製成片狀、管狀和中空纖維狀等，因此膜分離設備也隨之具有多種結構形式。膜的結構形態，通常藉助於電子顯微鏡技術鏈喚、電子透射或掃描來觀察。
按所使用的膜的類型，分為液膜分離和合成膜分離：
①液膜分離過程分為乳化液膜和固定液膜的分離過程；
②合成膜的分離過程包括微過濾、超過濾、反滲透、氣體滲透分離、滲透蒸發、滲析及電滲析等過程。
膜分離過程可簡化為滲透過程。
滲透過程的機理研究尚處於發展之答喚數中，有多種描述方法，目前尚未得出統一的理論。滲透的基本問題是膜內傳遞的概念。物質在膜內的傳質通量可概括為；傳質通量=滲透系數×傳遞推動力式中傳質通量為單位時間內單位膜面積的物質透過量；滲透系數為單位時間內單位膜面積在單位推動力作用下的物質透過量；傳遞推動力有多種，各有其計量單位。滲透系數不僅取決於滲透物質的屬性，也取決於膜材料的化學屬性和膜的物理構型。
描述膜滲透機理的主要模型有：
①溶解－擴散模型：適用於液體膜、均質膜或非對稱膜表皮層內的物質傳遞。
在推動力作用下，滲透物質先溶解進入膜的上游側，然後擴散至膜的下游側，擴散是控制步驟。例如氣體的滲透分離過程中，推動力是膜兩側滲透物質的分壓差。當溶解服從亨利定律（見相平衡關聯）時，組分的滲透率是組分在膜中的擴散系數和溶解度系數的乘積。混合氣體的分離依賴於各組分在膜中滲透率的差異。溶解-擴散模型用於滲透蒸發（又稱汽滲，上游側為溶液，下游側抽真空或用惰性氣體攜帶，使透過物質汽化而分離）時，還須包括膜的汽液界面上各組分的熱力學平衡關系。
②優先吸附－毛細管流動模型：
由於膜表面對滲透物的優先吸附作用，在膜的上游側表面形成一層該物質富集的吸附液體層。然後，在壓力作用下通過膜的毛細管，連續進入產品溶液中。此模型能描述多孔膜的反滲透過程。
③從不可逆熱力學導出的模型：
膜分離過程通常不只依賴於單一的推動力，而且還有清首伴生效應（如濃差極化）。不可逆熱力學唯象理論統一關聯了壓力差、濃度差、電位差對傳質通量的關系，採用線性唯象方程描述這種具有伴生效應的過程，並以配偶唯象系數描述伴生效應的影響。

5. 膜分離設備的介紹

膜分離設備是利用膜分離技術而在生產工廠按照其膜分離的技專術參數標准製造的大屬型機械設備，其設備能夠起分離的作用，效果遠遠超出傳統的分離方式。
膜分離設備的核心技術就是膜分離技術，分離膜是具有選擇性分離功能的材料，工作原理是物理機械篩分原理，分離過程是利用膜的選擇性分離機理實現料液的不同組分間的分離或有效成分濃縮的過程。
膜分離技術設備與傳統的過濾不同在於：膜可以在分子范圍內進行選擇性地分離，膜的錯流式運行工藝可以解決污染堵塞問題，是一種科學先進的分離技術和工藝。
膜分離的工藝應用開發需以物料體系特性和工藝要求為基準，結合實驗開展科學驗證，在解決物料精製難題的同時，還要保證工藝的可行性，並適合於工業化的清潔生產為標准。
用於超過濾、反滲透、氣體滲透分離、滲析、電滲析以及液膜分離等一系列膜分離操作的設備。由於膜的構型和分離過程各具特點，設備也有多種類型。有時根據過程目的或用途，分別稱為超過濾器、滲透器、滲析器、電滲析器或淡化器等，其未來發展趨勢為自動化，簡潔化。