合成氨生產過程教學改革探討——合成氨生產過程

合成氨生產是典型的化工過程，體現了現代化工過程的先進性和復雜性，頗具代表性。《合成氨生產技術》課程是工科院校化學工藝專業的重要專業課之壹。本課程以大、中、小型合成氨廠生產合成氨的各種方法為重點，闡述合成氨生產過程中各工段的基本原理、工藝條件、工藝流程、主要設備、生產控制指標計算和生產操作方法。本課程從強化過程基礎理論入手，分析其過程特點，從熱力學、動力學和技術經濟角度分析和討論各種參數對反應的影響、工藝條件的確定和反應設備的選擇。同時，課程還介紹了不同路線和工藝的經濟技術指標、能量回收和副產物的綜合利用等。，從而加強對學生處理實際生產問題、工藝研發、技術經濟評價等工作能力的培養，使學生能夠分析和解決實際生產中的問題，從事合成氨生產的工藝操作和生產操作。為了更好地培養學生的綜合思維和實踐能力，提高該課程的教學效果，保證學生具有較強的理論知識和技能，筆者對該課程的教學方法改革進行了初步探討。

第壹，加強課堂教學，提高教學質量

合成氨生產過程是無機化學、分析化學、物理化學、化學原理、化學熱力學、化工設備、機械基礎等知識在實際生產中的有機綜合應用。因此，必須保證學生能夠系列地掌握和綜合基礎知識，並應用於實際生產。“合成氨生產工藝”按照原料氣的制備、凈化、壓縮、合成的順序進行解釋，不同的生產工藝往往包括多個工段。比如以煤為原料生產合成氨，僅原料氣的凈化就包括原料氣脫硫、壹氧化碳轉化、二氧化碳脫除、原料氣精制。這些過程的生產原理、條件和工藝設備是相互聯系、相互制約的。中溫變換後，少量壹氧化碳和二氧化碳可用銅氨液洗滌法脫除，但甲烷化法不能使用。只有經過前中變和串聯低變後，原料氣中壹氧化碳和二氧化碳的總含量才能降到0.7%以下，後續精制可以采用甲烷化方法。因此，在課堂教學過程中，不能孤立地學習和掌握某壹過程的原理和工藝條件，前後的內容必須相互滲透和聯系。

此外，不同版塊的制作工藝也有很多相似之處。例如，雖然中變和低變使用的催化劑不同，但兩者在使用前都需要經過還原反應，還原反應使用的介質是壹氧化碳和氫氣。他們的反應如下:

中溫變換催化劑的還原反應:3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O

3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

低變催化劑的還原反應:CuO+H2=Cu+H2O。

CuO+CO=CuO+CO2

通過以上比較，學生不僅可以加深對歸約過程的理解，還有助於記憶。

課堂教學采用啟發式教學，不斷向學生提問，讓學生帶著問題去學習，並結合生產實際與學生壹起分析問題，找到解決問題的最佳方案。這樣既能提高學生的學習興趣，又能提高學生分析問題、解決問題的能力，為解決實際生產問題打下基礎。

二，運用多媒體教學手段提高課堂教學的魅力

巴甫洛夫說，在學習的過程中，如果有許多器官參與，大腦皮層的興奮性可以得到提高。與其他課程相比，合成氨生產技術有其特殊性。它關註的不是壹個公式或原理的推導，而是原有的基礎知識在實際生產中的應用。在教學過程中，涉及的很多工藝流程非常復雜，設備眾多，管線復雜。采用傳統的“黑板+講解”的教學方式，學生總是看不懂壹些復雜的工藝和設備結構，給教學帶來很大困難。如果能及時恰當地利用具有多媒體電腦、錄像、動畫、聲音等功能的視聽媒體進行教學，就可以通過多媒體形象生動、直觀清晰、視聽結合、運動感強等優勢，鼓勵學生多種感官參與，充分展示知識形成的過程，使學生在輕松愉快的氛圍中獲取知識、增長智慧。

比如銅洗工藝課件的制作，重點是分階段控制溫度。作者以動畫分解和動畫合成的形式，展示和描述了設備的內部組成和氣液流向，並分別對回流塔、還原塔和再生塔的組成、位置、設計機理、溫度控制和操作要領進行了分析和說明，使學生容易掌握如何解決銅氨溶液再生過程中溫度對解吸和還原反應的矛盾影響的重要內容。筆者還利用在企業學習的機會，對某化肥廠的工藝流程和壹些復雜的單體設備進行了錄像，並在教學中播放。學生不僅有身臨其境的體驗，還能更直觀地看到實際生產和設備的真實內部結構。此外，還可以提供解說，選擇背景音樂。因為音樂可以提高人的素質，開發人的智力，愉悅人的精神。學生在聽音樂時，大腦的兩個半球可以和諧發展，可以激發想象力和創造力。當然，講解壹定要內容正確，重點突出，語速適中，語言規範。在這樣的學習環境中，學生的學習興趣大大提高，有利於提高課堂教學的效率和魅力。

第三，增加信息量，擴大學生的知識面

合成氨生產工藝主要引進傳統成熟的生產工藝。因為這本書的出版需要壹系列的過程，而且隨著科學技術和工業生產的飛速發展，越來越多的新工藝、新技術被開發出來，不壹定能及時全部納入教材。因此，教師要把科技發展的前沿形勢、產業發展的市場、科研的新趨勢和新方向引入課堂，同時告訴學生壹些尚未攻克的技術難題，促使他們掌握紮實的專業技能和知識，為今後研究技術問題打下良好的基礎。例如，在講解氨合成催化劑時，筆者曾向學生提出如下問題:“氨合成反應是壹個放熱反應過程，溫度越低，越有利於提高平衡氨含量。那麽，為什麽壹定要在更高的溫度下反應呢？”有同學回答:“主要是為了提高反應速度。”作者糾正了自己的回答:“提高反應速度只是壹個方面，最重要的是在非常低的溫度下，氨合成催化劑失活，反應難以進行。因此，研究開發低溫高活性氨合成催化劑，將對降低能耗、改變氨合成高溫危險工作環境、提高經濟效益產生重大影響，也將全面提升我國氨合成工業的國際競爭力。”學生在了解新信息、開闊視野的過程中，不僅興趣倍增，而且拓寬了思路，為培養學生提高和開發新技術的興趣和能力奠定了基礎。

第四，註重理論與實踐的結合，提高學生的技能操作水平。

合成氨生產技術作為壹門實踐性和應用性很強的課程，離不開實踐教學，實踐教學主要包括生產實習(見習)和模擬綜合實訓。

1.加強生產實踐

工廠實習是對學生進行理論聯系實際的現場教學。實踐作為課堂教學的重要補充，可以采取多種形式。壹方面，在講課程前，安排壹兩天時間組織學生到合成氨廠進行了解實習，讓學生對合成氨的生產工藝有壹個初步的了解，鞏固所學的化工基礎理論知識，明確下壹步的學習內容，提高對課程的理解和學習興趣，為下壹步學好課程做好準備。另壹方面，學習合成氨生產技術課程，不僅需要對生產過程有感性認識，還需要對合成氨生產過程有理性的認識，以及運用所學知識分析和解決問題的能力。為此，必須組織學生進行畢業實習，即學生需要離開工廠至少壹個月。學生進廠後，工程師應向學生介紹工廠的整個合成氨生產過程，並進行安全教育；然後根據氣化、凈化、合成三大工段的崗位情況，各組跟隨相應崗位的工人師傅，按照四班或三班制依次上班。各班班長、工人師傅負責學生的管理和實習崗位的技術指導，按規定時間輪換崗位。實習指導老師負責學生組織紀律、安全生活、專業知識的理論指導。實習結束時，學生必須獨立完成實習報告。此外，實習指導教師還應通過現場口試和筆試的方式，與各工段的技術人員壹起檢查學生。學生實習成績可按以下方法綜合評定:實習成績=車間考核成績×20%+實習報告成績×20%+現場口試成績×20%+筆試成績×40%，實習成績記入學生檔案。

2.加強綜合模擬訓練。

化工仿真培訓系統是基於計算機軟件的石油化工生產過程的動態模擬，使學生可以在計算機上對化工生產過程進行操作和實驗。它有許多優點，如彌補了教學手段和工廠實習條件的限制。它能與生產實踐緊密結合，在培養高技能復合型人才中發揮重要作用。以某化肥廠大型合成氨全流程仿真模型和某化工廠大型合成氨工段DCS控制系統仿真軟件為例，對仿真教學過程進行了以下改革和探索:

(1)實習目標要求。通過模擬實踐，了解合成氨生產的原理和工藝，掌握合成氨生產中的主要參數和DCS控制系統的操作。具體要求是:了解和熟悉生產方法和原理，以及原料、催化劑和產品的特性；掌握生產工藝(設備、主輔管道、工藝操作和控制)；掌握各工序的工藝條件和控制；掌握主要設備的操作溫度、壓力和成分；主要設備的類型和結構；掌握主要設備和管道的控制、儀表和調節方法。

(2)實習時間及安排。實習時間壹周。首先，周壹進行實習動員，提出註意事項和要求；講授合成氨工藝及設備、模擬裝置及操作；學生復習合成氨工藝相關知識，學習實習指導，查閱相關資料。其次，周二至周四參觀、實習、操作合成氨全流程仿真模型和大合成工段DCS控制系統仿真軟件。最後，周五進行計算機模擬考試和正式考試。

(3)練習內容。合成氨裝置轉化工段的主要內容有:原料氣脫硫、原料氣壹次蒸汽轉化、轉化氣二次轉化、高變、低變、給水、爐水和蒸汽系統；合成氨裝置凈化工段的主要內容有:脫碳、甲烷化和冷凝液回收系統；合成氨裝置合成工段的主要內容有:合成系統和制冷系統。

通過工廠實習和模擬綜合訓練，將理論教學和實踐訓練很好地結合起來，學生學習這門課程知識的興趣大大提高，課堂效果明顯改善。同時提高學生分析和解決化工生產過程中實際問題的能力，為以後的工作打下良好的基礎。

在多年的合成氨生產工藝教學中，作者不斷強化課堂教學質量，積極運用多媒體教學手段，註重和加強理論與實踐的結合，取得了良好的教學效果。

(作者單位:山東化工技師學院)

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