《合成氨生產(chǎn)工藝》課程教學(xué)改革初探

合成氨生產(chǎn)是典型的化工工藝生產(chǎn)過程，反映了現(xiàn)代化工工藝的先進(jìn)性和復(fù)雜性，具有相當(dāng)強(qiáng)的代表性。《合成氨生產(chǎn)工藝》課程是技工院校化工工藝專業(yè)重要的主干專業(yè)課程之一。該課程重點(diǎn)介紹了大、中、小型合成氨廠生產(chǎn)合成氨的各種方法，闡述了合成氨生產(chǎn)過程中各工段的基本原理、工藝條件、工藝流程、主要設(shè)備、生產(chǎn)控制指標(biāo)計算和生產(chǎn)操作方法。該課程從加強(qiáng)工藝基礎(chǔ)理論出發(fā)，分析其工藝特點(diǎn)，從熱力學(xué)、動力學(xué)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度，分析和討論各參數(shù)對反應(yīng)的影響，以及工藝條件的確定和反應(yīng)設(shè)備的選擇。同時，該課程還介紹了不同路線和流程的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、能量的回收利用以及副產(chǎn)物綜合利用等工藝問題，從而加強(qiáng)了學(xué)生處理生產(chǎn)實際問題以及工藝研究開發(fā)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價方面的工作能力的培養(yǎng)，使學(xué)生能夠分析和解決實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，能夠從事合成氨生產(chǎn)的工藝運(yùn)行、生產(chǎn)操作等工作。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和實際動手能力，提高該課程的教學(xué)效果，確保學(xué)生具有較強(qiáng)的理論知識和技能水平，筆者對該課程教學(xué)方法的改革，進(jìn)行初步的研討。

一、強(qiáng)化課堂教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量

《合成氨生產(chǎn)工藝》是包括無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、化工設(shè)備、機(jī)械基礎(chǔ)等知識在實際生產(chǎn)中有機(jī)的綜合應(yīng)用，因此，必須確保學(xué)生能夠掌握并將所學(xué)基礎(chǔ)知識串聯(lián)綜合起來，應(yīng)用于實際生產(chǎn)。《合成氨生產(chǎn)工藝》是按照原料氣的制備、原料氣的凈化、原料氣的壓縮和合成這一先后順序進(jìn)行講解的，不同的生產(chǎn)過程往往包含了多個工段。例如，以煤為原料進(jìn)行合成氨的生產(chǎn)，僅原料氣的凈化就包含了原料氣的脫硫、一氧化碳的變換、二氧化碳的脫除、原料氣的精制。這些工序的生產(chǎn)原理、條件、工藝設(shè)備等之間是相互聯(lián)系、互相制約的。采用中溫變換后，可用銅氨液洗滌法除去少量一氧化碳和二氧化碳，但不能采用甲烷化法，只有前面中變換后串低溫變換，將原料氣中的一氧化碳和二氧化碳的總含量降至0.7%以下，在后續(xù)精制時才能采用甲烷化法。因此，在課堂教學(xué)過程中，不能孤立地學(xué)習(xí)和掌握某一工序的原理及工藝條件，必須前后內(nèi)容互相滲透、相互聯(lián)系。

另外，不同的工段生產(chǎn)過程中也存在許多共同的地方，如中溫變換和低溫變換所使用的催化劑雖然不同，但兩者在使用前都要進(jìn)行還原反應(yīng)，而還原反應(yīng)所用的介質(zhì)都是一氧化碳和氫氣，他們發(fā)生的反應(yīng)分別為：

中溫變換催化劑還原反應(yīng)：3Fe₂O₃+H₂=2Fe₃O₄+H₂O

3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂

低溫變換催化劑還原反應(yīng)：CuO+H₂=Cu+H₂O

CuO+CO=CuO+CO₂

通過以上比較，不但可以加深學(xué)生對還原過程的理解，而且能夠幫助學(xué)生記憶。

課堂教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)，不斷向?qū)W生提出問題，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，并結(jié)合實際生產(chǎn)與學(xué)生共同分析問題，尋求解決問題的最佳方案。這樣，既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能提高學(xué)生分析問題解決問題的能力，為其解決實際生產(chǎn)問題奠定基礎(chǔ)。

二、運(yùn)用多媒體教學(xué)手段，提高課堂教學(xué)魅力

巴甫洛夫說過，在學(xué)習(xí)過程中，如果有多種器官參與，可提高大腦皮層的興奮性。《合成氨生產(chǎn)工藝》相對于其他課程，有自己的特殊性。它注重的不是某個公式或原理的推導(dǎo)，而是對原有基礎(chǔ)知識在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。在教學(xué)過程中，涉及到的許多工藝流程都非常復(fù)雜，設(shè)備繁多，管道錯綜復(fù)雜。采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式“黑板+講解”方式，學(xué)生始終弄不懂某些復(fù)雜的流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)，給教學(xué)帶了很大困難。如果能適時、適度地運(yùn)用集多媒體計算機(jī)、錄像、動畫、音響等功能于一身的電教媒體進(jìn)行教學(xué)，通過多媒體生動形象、直觀清晰、聲像結(jié)合、動感強(qiáng)等優(yōu)勢，促使學(xué)生多種感官參與，充分展示知識形成的過程，使學(xué)生在輕松、愉快的氛圍中獲取了知識，增長智慧。

例如，在制作銅洗工藝流程課件時，要重點(diǎn)講述分階段控制溫度這一內(nèi)容。筆者用動畫分解和動畫合成的形式，表現(xiàn)和描述設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)成及氣液流動方向，分別對回流塔、還原器和再生器三個設(shè)備的組成、位置、設(shè)計機(jī)理、溫度控制、操作要領(lǐng)等進(jìn)行剖析和講解，使學(xué)生很容易地就掌握了如何解決銅氨液再生過程中溫度對解吸及還原反應(yīng)相互矛盾的影響這一重要內(nèi)容。筆者還利用到企業(yè)學(xué)習(xí)的機(jī)會，對某化肥廠的工藝流程及部分復(fù)雜單體設(shè)備進(jìn)行錄像，并在教學(xué)中播放。學(xué)生不但有身臨其境的感受，而且更直觀地看到生產(chǎn)實際及設(shè)備真實的內(nèi)部構(gòu)造。另外，還可以配備解說詞和選擇背景音樂。因為音樂能夠提高人的素質(zhì)，開發(fā)人的智力，愉悅?cè)说木瘛W(xué)生在聽音樂活動中，大腦的兩半球能得到和諧發(fā)展，能激發(fā)想象力、創(chuàng)造力。當(dāng)然，解說必須內(nèi)容正確、重點(diǎn)突出、速度適中、語言規(guī)范。在這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大提高，有利于提高課堂教學(xué)的效率，增強(qiáng)課堂教學(xué)的魅力。

三、增加信息量，擴(kuò)充學(xué)生知識面

《合成氨生產(chǎn)工藝》中介紹的主要是傳統(tǒng)的、成熟的生產(chǎn)工藝。由于出版該書需要一系列的流程，而隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，開發(fā)出越來越多的新工藝、新技術(shù)，不一定都能及時、全部編入教材。因此，教師應(yīng)當(dāng)將科技發(fā)展的前沿情況、工業(yè)發(fā)展的行情以及科研新動向和新方向引入課堂，同時還要將一些目前還沒有攻克的技術(shù)難題講給學(xué)生，以鼓勵他們掌握扎實的專業(yè)技能知識，為未來研究技術(shù)難題打好基礎(chǔ)。例如，在講解氨合成催化劑時，筆者曾經(jīng)向?qū)W生提出如下問題：“氨的合成反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)過程，溫度越低，越有利于提高平衡氨含量。那么，為什么還要在較高溫度下進(jìn)行反應(yīng)呢？”有的學(xué)生回答：“主要是為了提高反應(yīng)的速度。”筆者對其回答進(jìn)行了糾正：“提高反應(yīng)速度只是一方面，最主要的還是在很低的溫度下，氨合成催化劑沒有活性，反應(yīng)很難進(jìn)行。所以，研發(fā)低溫下具有高活性的氨合成催化劑，將對降低能耗、改變氨合成高溫下危險的工作環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大影響，也將會全面提升我國合成氨工業(yè)在國際上的競爭力。”學(xué)生在了解新信息、開闊視野的過程中，不但興趣倍增，而且思路得到了拓寬，為培養(yǎng)學(xué)生改進(jìn)和開發(fā)新工藝的興趣和能力打下了基礎(chǔ)。

四、注重理論與實踐相結(jié)合，提高學(xué)生技能操作水平

《合成氨生產(chǎn)工藝》作為一門實踐性、應(yīng)用性非常強(qiáng)的課程，離不開實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，而實踐環(huán)節(jié)主要包括生產(chǎn)實習(xí)（見習(xí)）和仿真綜合實訓(xùn)。

1.加強(qiáng)生產(chǎn)實踐

工廠實習(xí)是對學(xué)生進(jìn)行理論聯(lián)系實際的現(xiàn)場教學(xué)。作為課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充，實習(xí)可以采用多種形式。一方面，在沒有講述該課程前，安排一至兩天的時間，組織學(xué)生到合成氨廠進(jìn)行認(rèn)識實習(xí)，讓學(xué)生初步認(rèn)識合成氨生產(chǎn)過程，鞏固已學(xué)的化工基礎(chǔ)理論知識，明確下一步的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高對該課程的認(rèn)識程度及學(xué)習(xí)興趣，為下一步學(xué)好本課程做準(zhǔn)備。另一方面，學(xué)習(xí)合成氨生產(chǎn)工藝這門課程，除對生產(chǎn)過程有一個感性認(rèn)識之外，還必須對合成氨生產(chǎn)過程有一個理性的認(rèn)識，并具有運(yùn)用所學(xué)知識分析解決問題的能力。為此，必須組織學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)實習(xí)，即學(xué)生需要至少有一個月時間要下工廠。學(xué)生進(jìn)廠以后，工程師要為學(xué)生介紹該廠整個的合成氨生產(chǎn)工藝過程，并進(jìn)行安全教育；然后，根據(jù)三大工段即造氣、凈化、合成崗位情況進(jìn)行分組，每個組跟隨相應(yīng)崗位的工人師傅，按照四班或三班倒制度輪流上下班，由每班的班長和工人師傅負(fù)責(zé)學(xué)生的管理工作和實習(xí)崗位的技術(shù)指導(dǎo)，并按照規(guī)定時間輪換崗位。實習(xí)指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)學(xué)生組織紀(jì)律、安全生活以及專業(yè)知識的理論指導(dǎo)。實習(xí)結(jié)束時，學(xué)生必須獨(dú)立完成實習(xí)報告。此外，實習(xí)指導(dǎo)教師還應(yīng)與各工段技術(shù)人員，采用現(xiàn)場口試及筆試的辦法，對學(xué)生進(jìn)行考核。學(xué)生實習(xí)成績可按以下方法進(jìn)行綜合評定：實習(xí)成績=車間評定成績×20%＋實習(xí)報告成績×20%＋現(xiàn)場口試×20%＋筆試成績×40%，并將實習(xí)成績記載學(xué)生檔案。

2.加強(qiáng)仿真綜合實訓(xùn)

化工仿真訓(xùn)練系統(tǒng)是以計算機(jī)軟件為基礎(chǔ)，對石油化工生產(chǎn)過程進(jìn)行的動態(tài)模擬，從而實現(xiàn)學(xué)生在計算機(jī)上對化工生產(chǎn)過程進(jìn)行操作與實驗。它具有彌補(bǔ)教學(xué)手段和下廠實習(xí)受條件限制等優(yōu)點(diǎn)，能與生產(chǎn)實際緊密結(jié)合，對培養(yǎng)高技能、復(fù)合型人才發(fā)揮著重要作用。筆者以某化肥廠為原型的大型合成氨全流程仿真模型和以某化工廠為原型的合成氨大工段DCS控制系統(tǒng)仿真軟件（兩者均以天然氣為原料的合成氨工藝）為例，對仿真教學(xué)過程做如下改革與探索：

（１）實習(xí)目標(biāo)要求。通過仿真實習(xí)，了解合成氨生產(chǎn)工藝的原理與流程，掌握合成氨生產(chǎn)中的主要參數(shù)和DCS控制系統(tǒng)的操作。具體要求是：了解并熟悉生產(chǎn)方法和原理，以及原料、催化劑及產(chǎn)品特性；掌握生產(chǎn)工藝流程（流程中設(shè)備、主副管線，過程操作和控制）；掌握各工序工藝條件及控制;掌握主要設(shè)備操作溫度、壓力和組成；主要設(shè)備型式、結(jié)構(gòu)；掌握主要設(shè)備及管線上的控制及儀表及調(diào)節(jié)方法。

（２）實習(xí)時間及安排。實習(xí)時間是一周。首先，在周一，進(jìn)行實習(xí)動員并提出注意事項及要求；開設(shè)合成氨工藝及設(shè)備、仿真裝置及操作等講座；學(xué)生復(fù)習(xí)合成氨工藝相關(guān)知識，學(xué)習(xí)實習(xí)指導(dǎo)書，查閱相關(guān)資料。其次，在周二至周四的時間，進(jìn)行合成氨全流程仿真模型和合成大工段DCS控制系統(tǒng)仿真軟件參觀、練習(xí)、實際操作。最后，周五進(jìn)行仿真實習(xí)上機(jī)模擬考試及正式考核。

（３）實習(xí)內(nèi)容。合成氨裝置轉(zhuǎn)化工段的主要內(nèi)容是：原料氣脫硫、原料氣的一段蒸汽轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化氣的二段轉(zhuǎn)化、高變、低變、給水、爐水和蒸汽系統(tǒng)；合成氨裝置凈化工段的主要內(nèi)容是：脫碳、甲烷化、冷凝液回收系統(tǒng)；合成氨裝置合成工段的主要內(nèi)容是：合成系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)。

通過下廠實習(xí)及仿真綜合實訓(xùn)，理論教學(xué)與實踐訓(xùn)練得到很好地結(jié)合，學(xué)生對該課程知識的學(xué)習(xí)興趣，有了很大的提高，課堂效果明顯提高。同時，提高了學(xué)生在化工生產(chǎn)過程中分析和解決實際問題的能力，為其將來走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

在多年的《合成氨生產(chǎn)工藝》課程教學(xué)工作中，筆者不斷強(qiáng)化課堂教學(xué)質(zhì)量，積極運(yùn)用多媒體教學(xué)手段，注重并加強(qiáng)理論與實踐相結(jié)合，取得了很好的教學(xué)效果。

（作者單位：山東化工技師學(xué)院）