课程名称：生物化工原理           适用专业：生物工程

开课学院：海洋食品与生物工程学院    主讲教师：侯晓月

课程简介：

本课程是生物工程专业的学科基础必修课程，分为《生物化工原理（一）》和《生物化工原理（二）》两个部分，系统讲授生物化工过程中涉及的单元操作基本原理、工艺计算与设备设计。知识目标：掌握流体流动、传热、传质、蒸发、精馏、吸收、干燥等单元操作的基本原理与计算方法，理解“三传一反”在生物工程中的应用逻辑；能力目标：培养学生运用工程思维分析与解决生物产品分离纯化、

过程放大与系统优化等复杂工程问题的能力，具备初步的工艺设计与设备选型能力；思政目标：引导学生树立绿色制造与可持续发展理念，弘扬工匠精神与工程伦理意识，增强服务国家“双碳”战略与生物制造产业发展的使命担当。

一、章节名称

9.5.4  回流比的影响及选择

二、章节教学目标

1. 知识目标

掌握回流比（R）的概念、计算公式及其对精馏分离效果的影响；理解全回流的概念与芬斯克方程的应用；掌握作图法与解析法求解最小回流比（Rmin）；分析回流比与设备费用、操作费用（能耗）之间的制约关系，理解工程优化的思想与方法。

2. 思政目标

引导学生树立绿色低碳、节能环保的工程观， 自觉将国家“双碳”战略目标融入技术决策；培养学生严谨求实、精益求精的科学态度与工匠精神，在工程实践中追求“最优解”；通过余国琮院士等科学家的事迹，激发学生科技报国、服务国家发展需求的家国情怀与使命担当。

三、案例设计与内容

本案例基于精馏操作中知识点“ 回流比的影响及选择”融入思政元素的整体设计思路如图 1 所示。

图 1  案例设计及内容的整体思路

1.  案例导入：工程实践中的抉择

某生物质乙醇生产企业需要提高燃料乙醇纯度至 99.3%以上以满足国家标准。现有两种技术改造方案：方案 A：采用高回流比（R=2.8）操作，保证产品质量稳定达标，但蒸汽消耗增加 35%，年增加碳排放约 800 吨。方案 B：采用优化回流比（R=2.0）并结合高效填料，产品质量可达 99.5% ，能耗降低 15%，但需要一次性设备投资 180万元。作为工程师，请您提出决策建议并论证其合理性。

2.  案例内容

（1）回流比的基本概念

讲解回流比的定义和计算公式，强调参数精确计算的重要性，培养学生严谨求实的工作态度。

（2）全回流与芬斯克方程

首先清晰讲解全回流的操作特点（无进料、无产品，D=0，W=0 ，L/V= 1）、其在实际生产中的作用（开车、调试、测板效率）以及芬斯克方程的推导与应用。以芬斯克方程为基点，阐明严谨求实、精益求精的科学态度与工匠精神在科技进步、国家发展中的重要性。

（3）最小回流比的确定

确定最小回流比是精馏塔设计的关键，其方法主要包括图解法和解析法。图解法通过在操作线与平衡线间绘制直角梯级直至出现夹紧区来求解；解析法则利用Underwood 公式等，通过物系相对挥发度和进料状态进行计算。这两种方法均要求严谨的理论应用与精确计算。

精馏操作的贡献者不只有国外的科学家，我国的科学家也有重大的贡献，比如我国精馏学科奠基人余国琮院士。余院士毕生致力于精馏理论研究和工程实践，为解决国家重大需求（如重水分离）做出了卓越贡献。其工作中所体现出的精益求精、严谨求实的科学精神，以及科技报国的家国情怀，正是确定最小回流比这一技术环节所需秉持的工匠精神与社会责任的生动写照。精准的理论计算不仅是技术所求，更是一份沉甸甸的工程伦理与社会担当。

（4）适宜回流比的选择

分析回流比对设备费用和操作费用的影响，引入国家"双碳"战略目标，计算不同回流比下的能耗和碳排放差异，培养学生绿色低碳的发展理念和社会责任感。

基于课前提出的某企业案例和回流比相关的知识，组织学生进行小组讨论在工程实践中，方案 A 和方案 B 如何抉择，并说明理由。

四、教学效果与反思

本案例的实施有效激发了学生的学习兴趣和课堂参与度。学生不仅掌握了回流比选择的专业知识，更能从技术-经济-环境-社会多维度思考工程问题，对“绿色化工” 、“工程师责任”有了具象化、深层次的理解。小组讨论环节提升了学生的沟通协作能力和解决复杂工程问题的能力。课程思政元素融入自然，实现了价值塑造、知识传授和能力培养的有机统一。

未来可进一步引入虚拟仿真，更直观地操作和观察回流比变化对整个过程的影响，进一步增强教学的实效性。同时，可考虑邀请行业工程师进课堂，分享企业中的真实案例，使教学更加贴近工程实际。