Studenti budou umět:

Určit potřebnou sekvenci separačních kroků potřebných k získání takových biotechnologických produktů jako jsou cukry, proteiny, nukleové kyseliny, antibiotika, malé metabolity aj.

Popsat všechny probírané separační procesy pomocí matematicko-fyzikálního popisu.

Řešit praktické úlohy spojené se separací biotechnologických produktů.

Student will be able to:

• determine a sequence of separation steps which is necessary to obtain biotechnological products such as saccharides, proteins, nucleic acids or small metabolites.

• construct simple mathematical models of typical separation processes.

• solve practical tasks related to biotechnology product separation.

K udělení zápočtu je nutné splnit jeden kontrolní test minimálně na 50 % bodového hodnocení. Pro splnění ústní zkoušky musí student úspěšně zodpovědět dvě otázky ze seznamu otázek. Výsledná známka je vypočítána z úspěšnosti kontrolního testu a ústní části zkoušky.

To obtain an assessment, the examination test must be completed at a minimum of 50% of the score. To complete the oral exam, the student must successfully answer two questions from the list of questions. The resulting mark is calculated as an arithmetic mean of the results of the examination test and the oral part of the exam.

Z Elektronické přednáškové a cvičební materiály, autor M. Přibyl.

D Harrison R.G., Todd P., Rudge S.R., Petrides D.P., Bioseparations science and engineering, 2nd edition, Oxford University Press, 2015, 978-0-19-539181-7.

D Villadsen J., Lee S.Y., Nielsen J., Stephanopoulos G. (eds.), Fundamental Bioengineering, Wiley-Blackwell, 2016, 978-3527336746.

D Hu W-S., Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017, 978-1119159025.

R Harrison R.G., Todd P., Rudge S.R., Petrides D.P., Bioseparations science and engineering, 2nd edition, Oxford University Press, 2015, 978-0-19-539181-7.

A Villadsen J., Lee S.Y., Nielsen J., Stephanopoulos G. (eds.), Fundamental Bioengineering, Wiley-Blackwell, 2016, 978-3527336746.

A Hu W-S., Engineering Principles in Biotechnology, Wiley, 2017, 978-1119159025.

1. Typické sekvence separačních kroků, přehled separačních metod v biotechnologiích, rozdělení biotechnologických produktů.

2. Buňka, složení, struktura, rozdělení. Metody dezintegrace buněk, chemické, mechanické.

3. Flokulace, flokulanty, elektrostatická interakce, elektrická dvojvrstva, Debyeova délka, vliv iontové síly, Schulze-Hardyho pravidlo.

4. Centrifugace, síly působící na usazovanou částici v odstředivém poli, rychlost a doba usazování izolované částice ve Stokesově oblasti, vliv koncentrace částic.

5. Membránové filtrační procesy, bilance, typy membránových modulů, typy membrán, uspořádání modulů, koncentrační polarizace, intenzita toku permeátu, polarizační modul, koeficient přestupu hmoty na straně retentátu, Darcyův zákon, výpočet plochy membrány.

6. Superkritická extrakce, fázový p-T diagram, kritické parametry, fyzikální a chemické vlastnosti superkritických tekutin (hustota, viskozita, rozpustnost a difuzivita látek, …).

7. Zařízení pro superkritickou extrakci, frakcionace, modely SC extrakce, matematický popis modelu volné difúze.

8. Adsorpce a chromatografie, adsorpční rovnováhy, adsorpce v promíchávaných zařízeních. Typy sorbentů, chromatografické metody, tlakové ztráty v chromatografii, HETP, retenční čas, rozlišení, eluce v gradientu.

9. Adsorpce v loži absorbentu, obecný model s axiální disperzí, model rovnovážný bez disperze, efektivní rychlost pohybu adsorbované látky kolonou.

10. Parametrizace rovnovážného modelu adsorpce bez axiální disperze, lineární rovnováha, desorpce s nelineární rovnováhou, šoková vlna.

11. Srážení proteinů, vliv elektrického náboje proteinu na jeho rozpustnost, vliv složení a iontové síly rozpouštědla, fáze srážení.

12. Rozložení velikosti částic sraženiny v CSTR, distribuční (frekvenční) funkce, rychlost růstu, metody srážení a zařízení pro srážení.

13. Krystalizace, nukleace, růst krystalů, transport hmoty při růstu krystalů. Kinetika krystalizace ve vsádkovém zařízení bez změny objemu, momenty frekvenční funkce, jejich výpočet a význam.

14. Lyofilizace, princip, zařízení použití, hnací síla, model zmenšujícího se jádra.

1. Separation and purification operations in biotechnology - typical sequences. Biotechnological products.

2. Cell composition, cell structure, cell types. Cell disintegration, chemical and mechanical methods.

3. Flocculation, flocculants, electrostatic interaction, electric double layer, Debye length, effects of ionic strength, Schulze-Hardy rule.

4. Centrifugation, forces acting on settling particles, settling time and rate, devices for centrifugation, bowl centrifuge, disk centrifuge.

5. Membrane separation processes, membrane modules, mass balances, membranes, concentration polarization, intensity of permeate flux, polarization module, mass transfer coefficient, Darcy law, membrane area.

6. Supercritical extraction, p-T phase diagram, critical parameters, physical and chemical properties of supercritical fluids.

7. Devices for supercritical extraction, fractionation, mathematical models of supercritical extraction, free diffusion model.

8. Adsorption and chromatography, adsorption isotherms, adsorption in stirred vessels. Sorbent types, methods of chromatography, pressure drop in chromatography, HETP, retention time, resolution, elution in a gradient.

9. Adsorption in packed-bed systems, models of adsorption with and without axial dispersion, effective velocity of movement of species.

10. Parameterization of equilibrium model of adsorption without the axial dispersion, linear equilibrium, desorption with nonlinear equilibrium, shock wave.

11. Protein precipitation, effects of electric charge on protein solubility, effects of ionic strength and solvent composition, precipitation stages.

12. Particle size distribution of precipitate in CSTR, distribution function, growth rate, methods of precipitation, devices for precipitation.

13. Crystallization, nucleation, crystal growth, mass transfer at crystals, crystallization kinetics in batch arrangement, moments of size distribution function.

14. Lyophilization, principles, equipment, use, driving force, shrinking core model.

http://uchi.vscht.cz/index.php/cs/studium/magisterske-studium

None.

Chemické inženýrství I (A)

Matematika A

Fyzika I (A)

Unit operations I

Mathematics I

Physics I