课程设计教学大纲“生物工程设备及机械设计原理课程设计”教学大纲Bioengineering Equipment and Machine DesignPrinciple Curriculum Design课程编号；学时/学分：2周/2一、大纲说明本大纲根据长沙理工大学2006年版生物工程专业培养计划制定。

（一）教学对象非机械类生物工程专业本科学生。

（二）课程性质及教学目的与要求生物工程设备及机械设计原理是生物工程专业的专业基础课，通过本课程学习掌握好氧、厌氧生物反应器的结构、计算及放大原则，掌握工业规模生物反应物料的处理及培养基制备过程设备，了解生物工业的相应辅助系统，空气净化除菌，生物用水及制冷的工程原理、设备结构；掌握工程中常用机械传动装置及化工容器的设计计算等方面的知识，要求学生能完成对常用生物反应器——机械搅拌通风生物反应器的设计，使学生具备一定的生物反应器的计算设计能力，为毕业设计打下坚实的基础。

（三）主要先修课程和后续课程1．主要先修课程：工程制图，有机化学，物理学，化工原理，工程力学。

2．主要后续课程：工厂设计，生物分离工程，毕业设计。

（四）教学方式与重点和难点1．教学方式：课堂讲授、讨论及案例教学。

2．重点内容：好氧、厌氧生物反应器结构及比拟放大；培养基制备过程设备；空气净化过程设备；生物工程供水与制冷系统；搅拌器、容器的计算设计，零部件及材料的选用。

3．难点内容：生物反应器质量传递对反应器比拟放大的影响；空气除菌、生物供水系统；搅拌器、容器的计算及结构设计、装配图的绘制。

（五）考核方式对设计计算、结构及图纸的绘制评出成绩。

二、课程设计内容（二选一）（一）年产10万吨啤酒厂糖化车间设计设计内容：1．工艺方案的确定；工艺计算（物料衡算）；CAD绘制工艺流程图并附设计和计算说明书一份。

2．糖化锅的设计：确定糖化锅的几何尺寸；选择材料；计算强度或稳定性；选用零部件；提出技术要求；手工绘制设备装配图一张并附设计说明书一份。

（二）年产50吨红霉素厂发酵车间设计设计内容：1．工艺方案的确定；工艺计算（物料衡算）；CAD绘制车间平面布置图并附设计和计算说明书一份。

2．机械搅拌通风式生物反应器的设计：确定生物反应器的几何尺寸；选择材料；计算强度或稳定性；选用零部件；提出技术要求；手工绘制设备装配图一张并附设计和计算说明书一份。

三、课程设计环节及学时本课程设计学时为2周，设计程序为：任务布置、设计计算、工艺方案确定、设备结构确定、绘制工艺流程图及设备装配图。

四、主要参考书1．选用教材：梁世中．生物工程设备．中国轻工业出版社，2002潘永亮．化工设备机械设计基础．科学出版社，20032．参考书：[1] 张元兴．生物反应器工程．华东理工大学出版社，2001[2] 高孔荣．发酵设备．中国轻工业出版社，1991[3] 俞俊棠．抗生素生产设备．化学工业出版社，982[4] 刘国诠．生物工程下游技术．化学工业出版社，1993[5] 管敦仪．啤酒工业手册．轻工业出版社，1985[6] 朱思明．化工设备机械基础．东理工大学出版社，2003.1[7] 胡建生．化工制图．高等教育出版社，2004[8] 成大先．机械设计手册．化学工业出版社，1999[9] 王专文．人工容器设计．化学工业出版社，1991[10] 聂清德．化工设备设计．化学工业出版社，1991（制订人：虢国成陈永发教研室主任：舒孝顺主管院长：向洋）“生物化工原理课程设计”教学大纲Chemical Engineering of Biology Curriculum Design课程编号：学时/学分：1周/1一、大纲说明本大纲根据生物工程专业2006年版培养计划制订。

（一）适用专业生物工程专业。

（二）课程设计性质专业课、必修课。

（三）主要先修课程和后续课程1．先修课程：高等数学及工程数学，物理化学，机械设计与制图，化工原理等课程。

2．后续课程：生物工程设备，生物工程设备课程设计，毕业设计。

二、课程设计目的及基本要求化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以某一单元操作为主的一次设计实践。

通过课程设计，应培养学生的独立工作能力，培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作作风。

课程的教学目的是：通过课程设计应使学生在下列几个方面能力上得到较好的培养和训练：1．查阅资料，使用有关手册、图表和收集合适的数据及正确选用计算公式的能力;2．正确选择设计参数，具有从技术上可行和经济上合理两方面分析问题的工程观点和能力；3．正确、迅速地进行主要设备及某些辅助设备计算的能力；4．掌握化工设计的基本程序和方法，具有用简洁的文字和适当的图表来表达自己设计思想的能力。

三、课程设计内容及安排（一）设计内容1．设计方案简介。

对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。

2．主要设备的工艺设计计算。

物料衡算。

工艺参数的选定。

设备结构的设计和工艺尺寸的设计计算。

3．辅助设备的选型。

典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备型号。

规格的选定。

4．工艺流程图。

以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物流方向、物流量、能流量、主要测量点。

5．主要设备的工艺条件图。

图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。

6．设计说明书内容。

（1）设计任务书；（2）目录；（3）设计方案简介；（4）工艺计算及主要设备设计；（5）辅助设备的计算和选型；（6）设计结果汇总；（7）设计评述；（8）参考资料。

（二）工作进度安排1．设计动员，发题。

（0.5d）2．阅读设计指导书，查阅资料、拟定设计程序和进度计划。

（1d）3．现场调查。

4．设计指导教师负责帮助学生拟定调查提纲。

按排0.5—1天进行现场调查。

（0.5d）5．设计计算。

（2d）6．绘图。

（1.5d）7．编写设计计算说明书。

（0.5d）8．总结。

（0.5d）9．答辩。

（0.5d）其中讲课、实验、上机穿插在各阶段进行。

四、指导方式集体辅导与个别辅导相结合。

五、设计项目及主要内容1．列管式换热器的选型设计。

（30学时）设计方案的选定冷却介质及出口温度的确定；冷、热流体通道的选择；流向的选择。

工艺计算物料及热量衡算；管程、壳程给热系数及总传热系数的计算；管程、壳程阻力的计算；对数平均温差的修正。

设备计算列管式换热器的选型及校核。

2．反应釜的设计。

（30学时）设计方案的选定物料的加热（冷却）方式的选定；传热面及搅拌桨型式的选定。

工艺计算物料衡算；搅拌釜操作周期、釜容积的选定；釜的传热计算；转速、搅拌功率的确定。

设备计算搅拌釜传热面大小及各尺寸的确定。

辅助设备的计算与选型3．蒸发器的设计。

（30学时）设计方案的选定蒸发器类型、效数及流程的确定。

工艺计算物料及热量衡算；各效浓度及温度分布的确定。

设备计算蒸发室和加热室工艺尺寸的计算。

辅助设备的计算与选型冷凝器、真空泵选型，接管尺寸的确定。

4．填料吸收塔的设计。

（30学时）设计方案的选定气液相平衡关系（温度、总压对平衡的影响及非等温吸收的平衡线）、吸收操作流程的确定；填料的类型、性能与选型。

工艺计算液气比的选择；物料及热量衡算；液泛速度和压降的计算。

设备计算塔径的确定；填料层高度的计算（传质系数、传质单元数及传质单元高度）；液体分布与再分布装置；填料层支撑结构及接管口的确定。

辅助设备的计算与选型5．板式精馏塔的设计。

（30学时）设计方案的选定操作压力、进料状态及加热方式的确定。

工艺计算物料衡算；回流比的确定；理论板数及实际塔板数的确定；热量衡算。

设备计算塔板的型式、结构及主要尺寸的选取；流体力学计算和校核；负荷性能图；塔体总高度的计算。

辅助设备的计算与选型回流冷凝器、再沸器的选型；接管尺寸的确定。

6．转盘萃取塔的设计。

（30学时）设计方案的选定转盘塔分散相、流比的选取与确定。

工艺计算物料衡算；特性速度、临界转速、两相极限流速、转速与功率消耗等的计算；相际传质面积和液滴平均直径；传质系数（滴内、滴外传质分系数，总传质系数）。

设备计算塔径及主要结构参数的确定。

用扩散模型计算塔高（转盘塔内的轴向混合，扩散模型的近似解）；澄清段高度的计算。

转盘塔塔体、内件、附件及传动装置的结构设计。

辅助设备的计算与选型管路、泵、流量计、储槽及换热器等的计算与选型。

7．喷雾干燥塔的设计。

（30学时）设计方案的选定干燥装置流程；干燥器内热空气和雾滴的流动方向；操作条件；雾化器的选型。

工艺计算物料衡算；热量衡算。

设备计算雾化器主要尺寸的计算；雾滴干燥时间；塔径计算；塔高计算。

辅助设备的计算与选型空气加热器；风机；气固分离器；热风进口分布装置；排料装置。

8．流化床干燥器的设计。

（30学时）设计方案的选定流化床干燥器的类型、特性和选型。

工艺计算多层流化床干燥过程的数学描述；计算模型；颗粒群的平均直径与带出速度；物料衡算和热量衡算；物料的流化床压降；热容系数和流化床的层数。

设备计算干燥器塔径、塔高的计算；塔板结构设计（多孔板结构）。

辅助设备的计算与选型物料供给器、空气预热器、旋风分离器及排风机的计算与选型。

六、课程设计考核方法及成绩评定1．考核方式：考查。

2．考核的内容包括：说明书和图纸的质量；完成题目的难度；独立完成设计情况；答辩情况。

采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。

七、课程设计教材及主要参考资料1．选用教材：陈英南．常用化工单元设备的设计．上海:华东理工大学出版社，19932．主要参考书：[1] 陈敏恒. 化工原理（上、下）. 北京: 化学工业出版社, 1992[2] 姚玉英. 化工原理（上、下）. 天津: 天津科学技术出版社, 1992[3] 谭天恩. 化工原理（上、下）. 北京: 化学工业出版社, 1996[4] 江体乾. 基础化学工程（上、下）. 上海: 上海科学技术出版社, 1988[5] 柴诚敬. 化工流体流动与传热. 北京: 化学工业出版社, 2001[6] 贾绍义. 化工传质与分离过程. 北京: 化学工业出版社, 2001[7] 蒋维钧. 化工原理（上、下）. 北京: 清华大学出版社, 1993附：执行大纲的若干说明1．关于题目要求题目类型以蒸发、精馏、吸收、干燥为主，因为这些类型题目能较好满足综合应用本门课程所学知识的要求，其它类型题目根据需要逐步增加。

在选题时要求在给定的物系〔料〕。

操作条件、型式等方面尽量做到多样化，以利学生独立完成。

使题目具有不同的难度，以便适应不同程度的学生。

在设计内容上各题目应规定必须完成的基本部分和酌情进行的加深部分，即学生在完成基本部分后，可以在流程、主要设备型式、设计方法的评选，利用电算工具进行方案比较或制图等某一方面予以扩充加深。

2．关于电算工具的使用在课程设计中使用电算工具应是提高课程设计质量的重要方面。