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 Design
Principle 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，2003
2．参考书：
[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，1993
2．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。
应当尽量创造条件使学生进行计算机辅助设计，可以先在部分学生中试行，逐步扩大。
3．关于设计资料
每个类型题目编写一份设计指导书，指导书的内容包括课程设计的目的——设计的内容和要求〔包括说明书和图纸的具体要求〕——整个设计进行的步骤——设计注意事项——设计中若干问题的说明——设计参考资料目录。
4．关于课程设计的指导方法
在整个课程设计进行过程中，如何对学生施行指导才有利于学生两个能力的培养，尚有待实践和总结，这也是提高课程设计质量的重要环节，务必给予重视。
5．关于课程设计的报告要求
要求设计报告用A4 纸打印,排版要求见教案,图纸可以手绘也可以用CAD, 设计报告与图纸要求规范化。
（制订人：方 芳 教研室主任：舒孝顺 主管院长：向 洋）
“食品工厂课程设计”教学大纲
Food Factory Curriculum Design
课程编号： 学时/学分：1周/1
一、大纲说明
本大纲根据食品工程专业2006年版培养计划制订。
（一）适用专业
食品科学与工程。
（二）课程设计性质
专业课、选修课。
（三）主要先修课程和后续课程
1．先修课程：
各专业课。
2．后续课程：
食品工艺综合实验、毕业设计（论文）。
二、课程设计目的及基本要求
本课程是食品工程专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。使学生在学完食品工程专业的有关课程后，尤其是在学完食品工厂设计与环境保护这门课程后，综合运用4年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。待学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。是学生在校期间一次较全面的工程师能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。
（一）学习本课程的目的
1．搜集实际工业生产工艺数据，熟悉技术文献资料。
2．合理设计工艺路线，准确进行工艺过程计算和设备设计选型计算。
3．以精简的文字、清晰的图表来表达个人设计思想、设计结果。
4．树立科学、经济的设计思想，兼顾安全、劳保、环保等要求。
（二）本课程设计的基本要求
1．设计方案选择，对给定或选定的设计方案进行简要论述。
2．本设计工艺流程论证，按确定的设计方案设计出合理可行的工艺流程路线，对该工艺流程进行阐述论证，确定工艺过程的重要参数。
3．工艺计算，应完成工艺流程各过程的物料衡算，能量衡算，主要设备的工艺条件、工艺参数计算。
4．主要设备设计，在满足工艺条件的前提下，进行主要设备的机械设计，包括强度设计、刚度计算、稳定性计算和结构设计。
5．典型辅助设备设计选型，包括典型设备主要结构尺寸计算和设备型号规格的选定。
6．工艺流程图，按工艺流程图绘制要求完成有一定控制点的流程详图，包括设备、物料管线、主要管件、控制仪表等内容。
7．主体设备结构详图，按化工设备结构图的要求绘制完成。
8．典型辅助设备工艺条件图或小样图，包括设备的主要工艺尺寸和主要特点要求。
9、撰写符合以上要求的简要设计说明书。
三、课程设计内容及安排
（一）内容
1．选题：参考下列课题,每人可任选下列项目之一或别的类似项目：
（1）发酵型保鲜方便米粉车间设计。
（2）日处理10吨大豆豆制品车间设计。
（3）乳制品车间设计。
（4）面条车间设计。
（5）果蔬汁饮料车间设计。
（6）保健口服液车间设计。
2．图纸：运用所掌握的制图基本知识，绘制产品工艺流程图、车间平面布置图各一张，要求一张笔绘,一张CAD图。图面清晰，表达准确，符合2002年中华人民共和国国家标准房屋建筑制图统一标准（GB/TJ 50001-2001）中的规范要求；
3．设计说明书一份。要求：
设计说明书应打印。内容包括设计任务书，所有论述、原始资料和数据、计算及结构表格等，编写顺序建议如下：
（1）封面；
（2）目录；
（3）前言：在简要设计说明书前言中，内容涵盖所设计产品的项目建议书或可行性研究的基本内容；
（3）设计任务书；
（4）设计方案简介；
（5）工艺流程说明及论证，工艺简图及工艺计算或主体设备工艺计算及选型，辅助设备工艺计算及选型；
（6）技术经济指标：运用工厂设计的原理、方法，合理选择所设计产品的加工工艺和在设计中所需的主要技术经济指标；
（7）对本设计的简单评述；
（8）参考文献。
（二）工作进度安排
在食品工厂设计概论理论课结束后停课一周集中进行设计作业。
此前的及上理论课时应提醒学生注意收集资料。
四、指导方式
集体辅导与个别辅导相结合。
五、课程设计考核方法及成绩评定
1．考核方式：考查。
2．成绩评定：采用100分制，总分组成：
（1）课程设计期间表现（20％）：包括出勤情况及其它具体表现。
（2）课程设计说明书（40％）：包括设计内容情况，书写工整情况，设计说明书交出时间。
（3）图纸（40％）：工艺图纸和平面图纸各一张，各占20%。
六、课程设计教材及主要参考资料
［1］张国农．食品工厂设计与环境保护．中国轻工业出版社，2005/7
［2］粮食工厂设计手册
［3］罐头工厂设计手册
［4］乳品工厂设计手册
（制订人：谢 定 教研室主任：严 聃 主管院长：向 洋）
“食品工程原理课程设计”教学大纲
Curriculum Design for Food Engineering Principle
课程编号： 学时/学分：1周/1
一、大纲说明
本大纲根据食品科学与工程专业2006年版培养计划制订。
（一）适应专业
食品科学与工程，其它相近专业。
（二）课程设计性质
专业基础课，必修课。
（三）主要先修课程和后续课程
1．先修课程：
食品工程原理，工程制图。
2．后续课程：
食品工艺学，食品机械设备。
二、课程设计目的及基本要求
食品工程原理课程设计是食品工程原理课程的重要实践性教学环节,是学生在校期间第二次较全面的工程师能力训练课程,在学生总体培养目标中占有重要地位。
本课程设计的教学目的是: 培养学生综合应用食品工程原理课程知识和有关先修课程知识来完成以单元操作为主的设计任务的能力,包括正确选择单元操作、组成和完善生产工艺过程、正确进行物料衡算与能量衡算以及设备选型配套设计计算等能力。
本课程设计的基本要求是: 通过本课程设计的训练，要求学生掌握食品工程设计的基本程序和方法，学会查阅工程手册中各种工程技术资料、选用公式和数据并用简洁文字和图表表达设计结果，并要求学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。
三、课程设计内容及安排
（一）课程设计内容
1．选题：一般从下列题目中选取：
（1）蒸发器设计：针对不同物系的多效蒸发装置立题。
（2）干燥器设计：针对不同物料、不同型式的干燥器立题。
（3）萃取器设计: 针对不同物料、不同型式的萃取器立题。
2．拟定设计程序：在熟悉任务书和指导书的基础上查阅资料、并拟订设计程序。
3．设计计算与绘图：
（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）辅助设备选型: 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算、设备型号与规格的选定。
（4）绘制工艺流程图: 1号图纸1张，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: 1号图纸1张或2号图纸2张,图面应包括设备的主要工艺尺寸、技术特性表和接管表。
4．编写设计说明书:
设计说明书内容如下：目录；设计任务书；设计方案简介；工艺计算及主要设备设计；辅助设备的计算和选型；设计结果汇总；设计评述；参考资料。
（二）工作进度安排
1．选题、设计程序与方案的确定。（0.5d）
2．工艺设计计算与设备选型。（0.5 d）
3．工艺流程图绘制。（1天
4．主要设备的工艺条件图绘制。（1 d）
5．设计说明书编写。（1 d）
6．总结与答辩。（1 d）
四、指导方式:
集体辅导与个别辅导相结合
五、课程设计考核方式及成绩评定:
1．考核方式:考查。
2．成绩评定: 采用百分制, 以图纸和设计说明书的质量和准确性为主、并参考设计题目难度、独立完成任务情况及答辩情况进行评分。其总分组成大致是: 设计过程表现占10%,工艺流程图占30%,设备的工艺条件图占20%,设计说明书占20%,答辩占20%。
六、课程设计教材及主要参考资料
［1］柴诚敬，刘国维．化工原理课程设计．天津科学技术出版社，2002
［2］刘道德．化工设备的选择与设计．第三版．中南大学出版社，2002
［3］娄爱娟，吴志泉．化工设计．华南理工大学出版社，2002
［4］李云飞．食品工程原理．中国农业出版社，2002
［5］杨同舟．食品工程原理．中国农业出版社，2001
（制订人：吴苏喜 教研室主任：严 聃 主管院长：向 洋）
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