《合成氨生產工藝》課程教學改革初探

合成氨生產是典型的化工工藝生產過程，反映了現代化工工藝的先進性和復雜性，具有相當強的代表性。《合成氨生產工藝》課程是技工院校化工工藝專業重要的主干專業課程之一。該課程重點介紹了大、中、小型合成氨廠生產合成氨的各種方法，闡述了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。該課程從加強工藝基礎理論出發，分析其工藝特點，從熱力學、動力學和技術經濟的角度，分析和討論各參數對反應的影響，以及工藝條件的確定和反應設備的選擇。同時，該課程還介紹了不同路線和流程的經濟技術指標、能量的回收利用以及副產物綜合利用等工藝問題，從而加強了學生處理生產實際問題以及工藝研究開發、技術經濟評價方面的工作能力的培養，使學生能夠分析和解決實際生產中出現的問題，能夠從事合成氨生產的工藝運行、生產操作等工作。為了更好地培養學生的綜合思維和實際動手能力，提高該課程的教學效果，確保學生具有較強的理論知識和技能水平，筆者對該課程教學方法的改革，進行初步的研討。

一、強化課堂教學，提高教學質量

《合成氨生產工藝》是包括無機化學、分析化學、物理化學、化工原理、化工熱力學、化工設備、機械基礎等知識在實際生產中有機的綜合應用，因此，必須確保學生能夠掌握并將所學基礎知識串聯綜合起來，應用于實際生產。《合成氨生產工藝》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行講解的，不同的生產過程往往包含了多個工段。例如，以煤為原料進行合成氨的生產，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。這些工序的生產原理、條件、工藝設備等之間是相互聯系、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，在后續精制時才能采用甲烷化法。因此，在課堂教學過程中，不能孤立地學習和掌握某一工序的原理及工藝條件，必須前后內容互相滲透、相互聯系。

另外，不同的工段生產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行還原反應，而還原反應所用的介質都是一氧化碳和氫氣，他們發生的反應分別為：

中溫變換催化劑還原反應：3Fe₂O₃+H₂=2Fe₃O₄+H₂O

3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂

低溫變換催化劑還原反應：CuO+H₂=Cu+H₂O

CuO+CO=CuO+CO₂

通過以上比較，不但可以加深學生對還原過程的理解，而且能夠幫助學生記憶。

課堂教學中采用啟發式教學，不斷向學生提出問題，讓學生帶著問題學習，并結合實際生產與學生共同分析問題，尋求解決問題的最佳方案。這樣，既能提高學生的學習興趣，又能提高學生分析問題解決問題的能力，為其解決實際生產問題奠定基礎。

二、運用多媒體教學手段，提高課堂教學魅力

巴甫洛夫說過，在學習過程中，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，而是對原有基礎知識在實際生產中的應用。在教學過程中，涉及到的許多工藝流程都非常復雜，設備繁多，管道錯綜復雜。采用傳統的教學方式“黑板+講解”方式，學生始終弄不懂某些復雜的流程和設備結構，給教學帶了很大困難。如果能適時、適度地運用集多媒體計算機、錄像、動畫、音響等功能于一身的電教媒體進行教學，通過多媒體生動形象、直觀清晰、聲像結合、動感強等優勢，促使學生多種感官參與，充分展示知識形成的過程，使學生在輕松、愉快的氛圍中獲取了知識，增長智慧。

例如，在制作銅洗工藝流程課件時，要重點講述分階段控制溫度這一內容。筆者用動畫分解和動畫合成的形式，表現和描述設備的內部構成及氣液流動方向，分別對回流塔、還原器和再生器三個設備的組成、位置、設計機理、溫度控制、操作要領等進行剖析和講解，使學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相互矛盾的影響這一重要內容。筆者還利用到企業學習的機會，對某化肥廠的工藝流程及部分復雜單體設備進行錄像，并在教學中播放。學生不但有身臨其境的感受，而且更直觀地看到生產實際及設備真實的內部構造。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，開發人的智力，愉悅人的精神。學生在聽音樂活動中，大腦的兩半球能得到和諧發展，能激發想象力、創造力。當然，解說必須內容正確、重點突出、速度適中、語言規范。在這樣的學習環境中，學生的學習興趣大大提高，有利于提高課堂教學的效率，增強課堂教學的魅力。

三、增加信息量，擴充學生知識面

《合成氨生產工藝》中介紹的主要是傳統的、成熟的生產工藝。由于出版該書需要一系列的流程，而隨著科學技術和工業生產的迅猛發展，開發出越來越多的新工藝、新技術，不一定都能及時、全部編入教材。因此，教師應當將科技發展的前沿情況、工業發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難題講給學生，以鼓勵他們掌握扎實的專業技能知識，為未來研究技術難題打好基礎。例如，在講解氨合成催化劑時，筆者曾經向學生提出如下問題：“氨的合成反應是一個放熱反應過程，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行反應呢？”有的學生回答：“主要是為了提高反應的速度。”筆者對其回答進行了糾正：“提高反應速度只是一方面，最主要的還是在很低的溫度下，氨合成催化劑沒有活性，反應很難進行。所以，研發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境、提高經濟效益產生巨大影響，也將會全面提升我國合成氨工業在國際上的競爭力。”學生在了解新信息、開闊視野的過程中，不但興趣倍增，而且思路得到了拓寬，為培養學生改進和開發新工藝的興趣和能力打下了基礎。

四、注重理論與實踐相結合，提高學生技能操作水平

《合成氨生產工藝》作為一門實踐性、應用性非常強的課程，離不開實踐教學環節，而實踐環節主要包括生產實習（見習）和仿真綜合實訓。

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。作為課堂教學的重要補充，實習可以采用多種形式。一方面，在沒有講述該課程前，安排一至兩天的時間，組織學生到合成氨廠進行認識實習，讓學生初步認識合成氨生產過程，鞏固已學的化工基礎理論知識，明確下一步的學習內容，提高對該課程的認識程度及學習興趣，為下一步學好本課程做準備。另一方面，學習合成氨生產工藝這門課程，除對生產過程有一個感性認識之外，還必須對合成氨生產過程有一個理性的認識，并具有運用所學知識分析解決問題的能力。為此，必須組織學生進行畢業實習，即學生需要至少有一個月時間要下工廠。學生進廠以后，工程師要為學生介紹該廠整個的合成氨生產工藝過程，并進行安全教育；然后，根據三大工段即造氣、凈化、合成崗位情況進行分組，每個組跟隨相應崗位的工人師傅，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責學生的管理工作和實習崗位的技術指導，并按照規定時間輪換崗位。實習指導教師負責學生組織紀律、安全生活以及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，實習指導教師還應與各工段技術人員，采用現場口試及筆試的辦法，對學生進行考核。學生實習成績可按以下方法進行綜合評定：實習成績=車間評定成績×20%＋實習報告成績×20%＋現場口試×20%＋筆試成績×40%，并將實習成績記載學生檔案。

2.加強仿真綜合實訓

化工仿真訓練系統是以計算機軟件為基礎，對石油化工生產過程進行的動態模擬，從而實現學生在計算機上對化工生產過程進行操作與實驗。它具有彌補教學手段和下廠實習受條件限制等優點，能與生產實際緊密結合，對培養高技能、復合型人才發揮著重要作用。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，對仿真教學過程做如下改革與探索：

（１）實習目標要求。通過仿真實習，了解合成氨生產工藝的原理與流程，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：了解并熟悉生產方法和原理，以及原料、催化劑及產品特性；掌握生產工藝流程（流程中設備、主副管線，過程操作和控制）；掌握各工序工藝條件及控制;掌握主要設備操作溫度、壓力和組成；主要設備型式、結構；掌握主要設備及管線上的控制及儀表及調節方法。

（２）實習時間及安排。實習時間是一周。首先，在周一，進行實習動員并提出注意事項及要求；開設合成氨工藝及設備、仿真裝置及操作等講座；學生復習合成氨工藝相關知識，學習實習指導書，查閱相關資料。其次，在周二至周四的時間，進行合成氨全流程仿真模型和合成大工段DCS控制系統仿真軟件參觀、練習、實際操作。最后，周五進行仿真實習上機模擬考試及正式考核。

（３）實習內容。合成氨裝置轉化工段的主要內容是：原料氣脫硫、原料氣的一段蒸汽轉化、轉化氣的二段轉化、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是：脫碳、甲烷化、冷凝液回收系統；合成氨裝置合成工段的主要內容是：合成系統、冷凍系統。

通過下廠實習及仿真綜合實訓，理論教學與實踐訓練得到很好地結合，學生對該課程知識的學習興趣，有了很大的提高，課堂效果明顯提高。同時，提高了學生在化工生產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。

在多年的《合成氨生產工藝》課程教學工作中，筆者不斷強化課堂教學質量，積極運用多媒體教學手段，注重并加強理論與實踐相結合，取得了很好的教學效果。

（作者單位：山東化工技師學院）