情景教學法在煤化工工藝課程中的應用

摘要： 本文以煤氣化制造合成氨原料氣生產工藝為例，闡述了傳統教學方式存在的主要問題，探索了情景教學法在煤化工工藝課程中的應用。

關鍵詞： 煤氣化 傳統教學方式 情景教學法

前言

煤化工生產為連續化的大規模生產，工藝流程長、設備龐大、自動化程度高，需具有一定專業技能的操作工進行作業。從確保生產穩定、安全、高效、節能、環保等方面考慮，企業不允許實習學生動手操作。另外，煤化工生產裝置投資費用高，近期不可能在學校建立真正的生產實訓基地。由于以上原因，在真正的生產場所鍛煉并提高學生的職業能力、操作技能、通用能力等是有一定難度的。

1.煤氣化課程傳統授課方式

1-煤氣發生爐2-燃燒室3-洗氣箱4-廢熱鍋爐5-洗氣塔6-料斗7-煙囪

如圖1所示，采用傳統教學方式，間歇式煤氣化生產合成氨原料氣-半水煤氣工藝的介紹以煤氣發生爐為核心，按照設備順序逐一介紹各設備的結構、工作原理、作用及操作控制要點等，然后將整個工藝流程連貫起來介紹原輔材料的輸入和產品的輸出等過程。［１］

傳統教學方式存在的主要問題是：學生讀圖能力較差，對設備結構及工作原理不了解；學生對原料來源、性質、狀態及預處理過程不清楚，對產品的去向不清楚；大多數學生對工藝流程圖的理解難度較大。針對上述問題，筆者嘗試在煤氣化生產工藝中采用情景教學法。

2.情景教學法的應用

情景教學法是教師根據課程內容所描繪的情景，設計形象鮮明的畫面或動畫、視頻短片等，輔之以詳細的解說，使學生仿佛置身其間，如臨其境；師生在此情此景之中進行著的一種情景交融的教學活動。因此，情景教學法對培養學生的學習興趣，啟迪思維，開發智力等方面有獨到之處。

采用情景教學法，一般來說，可以通過“感知—理解—深化”三個教學階段來進行。

2.1 感知——創設畫面，引入情境，形成表象。

如圖2所示，首先介紹氣化原料，即：焦炭、塊煤、型煤等，并設置問題：三種不同原料各自的特征是什么？有何共同點？為什么國內現在多數氮肥企業采用型煤制氣？［２］

多數學生不知道型煤是什么，怎樣加工而成的。此時，可進一步引入一些圖片或視頻短片介紹型煤加工工藝，如圖3所示。

接著介紹煤氣化制合成氨原料氣的氣化劑：空氣和水蒸氣，以及氣化劑的供給方式。

水蒸氣自蒸汽總管來，空氣則通過高壓離心通風機輸送，如圖4所示。

將型煤加入煤氣發生爐，然后交替通入空氣和水蒸氣進行氣化反應，制造合成氨原料氣-半水煤氣，煤氣發生爐結構示意圖及工作原理如圖5所示。

由于煤氣化容易產生氣-固夾帶現象，影響后續工序的正常生產，因此多數氮肥企業在煤氣發生爐出口增設了旋風分離器，以替代傳統工藝流程中的燃燒室，如圖6所示。

經氣-固分離并回收煤氣顯熱后，半水煤氣進入洗氣塔進行冷卻、凈化。

洗氣塔一般采用填料吸收塔，為了讓學生了解塔內的氣液傳質情況，此時播放一段填料塔氣液吸收的視頻錄像，并提供填料塔結構圖和物料進出口示意圖，如圖7所示。

半水煤氣經除塵、回收熱量、洗滌冷卻后，送氣柜儲存，供下一工序使用，圖8是氣柜的外形圖和工作原理圖。

2.2 理解——深入情景，理解流程。

在介紹完煤氣化工藝流程中的原料、產品及主要設備后，此時再引導學生結合課本上所學習到的知識，理論聯系實際思考前面提到的相關問題，并逐一解決。

原料：采用型煤，可以將大量粉煤加工成型，原料適應范圍更廣，原料成本更低，企業經濟效益更好。采用水蒸氣和空氣為氣化劑，主要完成以下兩個化學反應：

C(g)+O₂(g)=CO₂(g)-Q₁

目的：提高爐溫，蓄積熱量，為制氣作準備。

C(g)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g)+Q₂

目的：大規模制氣。

氣體凈化：半水煤氣經旋風分離器除塵、水膜除塵并降溫，為下一工序脫硫作準備。

能量回收：廢熱鍋爐回收煤氣顯熱，副產低壓飽和蒸氣并返回煤氣發生爐作為氣化劑，以降低制氣成本。

產品輸出：半水煤氣送氣柜儲存供下一工序使用。

2.3 深化——再現情境。

煤氣化生產合成氨原料氣-半水煤氣的過程，是一個典型化工產品的制造過程，主要包含以下兩個單元過程。

①化學反應單元過程——煤氣化過程。

②化工單元操作過程——流體輸送（如空氣及煤氣的輸送、洗滌水的輸送）、傳熱（廢熱鍋爐回收余熱）、非均相物系的分離（旋風分離器氣-固分離）、傳質（洗氣塔）等。

將上述單元過程設備按照情景教學法介紹的先后順序，重新繪制工藝流程示意圖如圖9所示。

3.運用情景教學法的注意事項

設計情景是情景教學法的關鍵，情景設置，直接影響著情景教學法的教學實效。因此創設情景時應注意以下幾點：

3.1有趣味性：通過圖片、動畫或視頻短片等多種形式調動學生學習興趣。

3.2有針對性：必須緊扣教材重點、難點。

3.3有誘發性：引導學生將畫面與問題和書本理論聯系起來，培養創造性思維。

3.4有代表性：是學生在學習中普遍關注卻又不易弄懂的問題，能揭示學生的思維誤區。

3.5有典型性：容易發現或捕捉到材料與理論之間的內在聯系，具體材料能深刻、透徹、全面地說明理論。

參考文獻：

［1］鄭廣儉，張志華主編.無機化工生產技術［M］.北京：化學工業出版社，2003：17.

［2］林玉波主編.合成氨生產工藝［M］.北京：化學工業出版社，2005：9-11.