夏萱萱大人
合成氨生产是典型的化工工艺生产过程，反映了现代化工工艺的先进性和复杂性，具有相当强的代表性。《合成氨生产工艺》课程是技工院校化工工艺专业重要的主干专业课程之一。该课程重点介绍了大、中、小型合成氨厂生产合成氨的各种方法，阐述了合成氨生产过程中各工段的基本原理、工艺条件、工艺流程、主要设备、生产控制指标计算和生产操作方法。该课程从加强工艺基础理论出发，分析其工艺特点，从热力学、动力学和技术经济的角度，分析和讨论各参数对反应的影响，以及工艺条件的确定和反应设备的选择。同时，该课程还介绍了不同路线和流程的经济技术指标、能量的回收利用以及副产物综合利用等工艺问题，从而加强了学生处理生产实际问题以及工艺研究开发、技术经济评价方面的工作能力的培养，使学生能够分析和解决实际生产中出现的问题，能够从事合成氨生产的工艺运行、生产操作等工作。为了更好地培养学生的综合思维和实际动手能力，提高该课程的教学效果，确保学生具有较强的理论知识和技能水平，笔者对该课程教学方法的改革，进行初步的研讨。 一、强化课堂教学，提高教学质量 《合成氨生产工艺》是包括无机化学、分析化学、物理化学、化工原理、化工热力学、化工设备、机械基础等知识在实际生产中有机的综合应用，因此，必须确保学生能够掌握并将所学基础知识串联综合起来，应用于实际生产。《合成氨生产工艺》是按照原料气的制备、原料气的净化、原料气的压缩和合成这一先后顺序进行讲解的，不同的生产过程往往包含了多个工段。例如，以煤为原料进行合成氨的生产，仅原料气的净化就包含了原料气的脱硫、一氧化碳的变换、二氧化碳的脱除、原料气的精制。这些工序的生产原理、条件、工艺设备等之间是相互联系、互相制约的。采用中温变换后，可用铜氨液洗涤法除去少量一氧化碳和二氧化碳，但不能采用甲烷化法，只有前面中变换后串低温变换，将原料气中的一氧化碳和二氧化碳的总含量降至0.7%以下，在后续精制时才能采用甲烷化法。因此，在课堂教学过程中，不能孤立地学习和掌握某一工序的原理及工艺条件，必须前后内容互相渗透、相互联系。 另外，不同的工段生产过程中也存在许多共同的地方，如中温变换和低温变换所使用的催化剂虽然不同，但两者在使用前都要进行还原反应，而还原反应所用的介质都是一氧化碳和氢气，他们发生的反应分别为： 中温变换催化剂还原反应：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 低温变换催化剂还原反应：CuO+H2=Cu+H2O CuO+CO=CuO+CO2 通过以上比较，不但可以加深学生对还原过程的理解，而且能够帮助学生记忆。 课堂教学中采用启发式教学，不断向学生提出问题，让学生带着问题学习，并结合实际生产与学生共同分析问题，寻求解决问题的最佳方案。这样，既能提高学生的学习兴趣，又能提高学生分析问题解决问题的能力，为其解决实际生产问题奠定基础。 二、运用多媒体教学手段，提高课堂教学魅力 巴甫洛夫说过，在学习过程中，如果有多种器官参与，可提高大脑皮层的兴奋性。《合成氨生产工艺》相对于其他课程，有自己的特殊性。它注重的不是某个公式或原理的推导，而是对原有基础知识在实际生产中的应用。在教学过程中，涉及到的许多工艺流程都非常复杂，设备繁多，管道错综复杂。采用传统的教学方式“黑板+讲解”方式，学生始终弄不懂某些复杂的流程和设备结构，给教学带了很大困难。如果能适时、适度地运用集多媒体计算机、录像、动画、音响等功能于一身的电教媒体进行教学，通过多媒体生动形象、直观清晰、声像结合、动感强等优势，促使学生多种感官参与，充分展示知识形成的过程，使学生在轻松、愉快的氛围中获取了知识，增长智慧。 例如，在制作铜洗工艺流程课件时，要重点讲述分阶段控制温度这一内容。笔者用动画分解和动画合成的形式，表现和描述设备的内部构成及气液流动方向，分别对回流塔、还原器和再生器三个设备的组成、位置、设计机理、温度控制、操作要领等进行剖析和讲解，使学生很容易地就掌握了如何解决铜氨液再生过程中温度对解吸及还原反应相互矛盾的影响这一重要内容。笔者还利用到企业学习的机会，对某化肥厂的工艺流程及部分复杂单体设备进行录像，并在教学中播放。学生不但有身临其境的感受，而且更直观地看到生产实际及设备真实的内部构造。另外，还可以配备解说词和选择背景音乐。因为音乐能够提高人的素质，开发人的智力，愉悦人的精神。学生在听音乐活动中，大脑的两半球能得到和谐发展，能激发想象力、创造力。当然，解说必须内容正确、重点突出、速度适中、语言规范。在这样的学习环境中，学生的学习兴趣大大提高，有利于提高课堂教学的效率，增强课堂教学的魅力。 三、增加信息量，扩充学生知识面 《合成氨生产工艺》中介绍的主要是传统的、成熟的生产工艺。由于出版该书需要一系列的流程，而随着科学技术和工业生产的迅猛发展，开发出越来越多的新工艺、新技术，不一定都能及时、全部编入教材。因此，教师应当将科技发展的前沿情况、工业发展的行情以及科研新动向和新方向引入课堂，同时还要将一些目前还没有攻克的技术难题讲给学生，以鼓励他们掌握扎实的专业技能知识，为未来研究技术难题打好基础。例如，在讲解氨合成催化剂时，笔者曾经向学生提出如下问题：“氨的合成反应是一个放热反应过程，温度越低，越有利于提高平衡氨含量。那么，为什么还要在较高温度下进行反应呢？”有的学生回答：“主要是为了提高反应的速度。”笔者对其回答进行了纠正：“提高反应速度只是一方面，最主要的还是在很低的温度下，氨合成催化剂没有活性，反应很难进行。所以，研发低温下具有高活性的氨合成催化剂，将对降低能耗、改变氨合成高温下危险的工作环境、提高经济效益产生巨大影响，也将会全面提升我国合成氨工业在国际上的竞争力。”学生在了解新信息、开阔视野的过程中，不但兴趣倍增，而且思路得到了拓宽，为培养学生改进和开发新工艺的兴趣和能力打下了基础。 四、注重理论与实践相结合，提高学生技能操作水平 《合成氨生产工艺》作为一门实践性、应用性非常强的课程，离不开实践教学环节，而实践环节主要包括生产实习（见习）和仿真综合实训。 1.加强生产实践 工厂实习是对学生进行理论联系实际的现场教学。作为课堂教学的重要补充，实习可以采用多种形式。一方面，在没有讲述该课程前，安排一至两天的时间，组织学生到合成氨厂进行认识实习，让学生初步认识合成氨生产过程，巩固已学的化工基础理论知识，明确下一步的学习内容，提高对该课程的认识程度及学习兴趣，为下一步学好本课程做准备。另一方面，学习合成氨生产工艺这门课程，除对生产过程有一个感性认识之外，还必须对合成氨生产过程有一个理性的认识，并具有运用所学知识分析解决问题的能力。为此，必须组织学生进行毕业实习，即学生需要至少有一个月时间要下工厂。学生进厂以后，工程师要为学生介绍该厂整个的合成氨生产工艺过程，并进行安全教育；然后，根据三大工段即造气、净化、合成岗位情况进行分组，每个组跟随相应岗位的工人师傅，按照四班或三班倒制度轮流上下班，由每班的班长和工人师傅负责学生的管理工作和实习岗位的技术指导，并按照规定时间轮换岗位。实习指导教师负责学生组织纪律、安全生活以及专业知识的理论指导。实习结束时，学生必须独立完成实习报告。此外，实习指导教师还应与各工段技术人员，采用现场口试及笔试的办法，对学生进行考核。学生实习成绩可按以下方法进行综合评定：实习成绩=车间评定成绩×20%＋实习报告成绩×20%＋现场口试×20%＋笔试成绩×40%，并将实习成绩记载学生档案。 2.加强仿真综合实训 化工仿真训练系统是以计算机软件为基础，对石油化工生产过程进行的动态模拟，从而实现学生在计算机上对化工生产过程进行操作与实验。它具有弥补教学手段和下厂实习受条件限制等优点，能与生产实际紧密结合，对培养高技能、复合型人才发挥着重要作用。笔者以某化肥厂为原型的大型合成氨全流程仿真模型和以某化工厂为原型的合成氨大工段DCS控制系统仿真软件（两者均以天然气为原料的合成氨工艺）为例，对仿真教学过程做如下改革与探索： （1）实习目标要求。通过仿真实习，了解合成氨生产工艺的原理与流程，掌握合成氨生产中的主要参数和DCS控制系统的操作。具体要求是：了解并熟悉生产方法和原理，以及原料、催化剂及产品特性；掌握生产工艺流程（流程中设备、主副管线，过程操作和控制）；掌握各工序工艺条件及控制;掌握主要设备操作温度、压力和组成；主要设备型式、结构；掌握主要设备及管线上的控制及仪表及调节方法。 （2）实习时间及安排。实习时间是一周。首先，在周一，进行实习动员并提出注意事项及要求；开设合成氨工艺及设备、仿真装置及操作等讲座；学生复习合成氨工艺相关知识，学习实习指导书，查阅相关资料。其次，在周二至周四的时间，进行合成氨全流程仿真模型和合成大工段DCS控制系统仿真软件参观、练习、实际操作。最后，周五进行仿真实习上机模拟考试及正式考核。 （3）实习内容。合成氨装置转化工段的主要内容是：原料气脱硫、原料气的一段蒸汽转化、转化气的二段转化、高变、低变、给水、炉水和蒸汽系统；合成氨装置净化工段的主要内容是：脱碳、甲烷化、冷凝液回收系统；合成氨装置合成工段的主要内容是：合成系统、冷冻系统。 通过下厂实习及仿真综合实训，理论教学与实践训练得到很好地结合，学生对该课程知识的学习兴趣，有了很大的提高，课堂效果明显提高。同时，提高了学生在化工生产过程中分析和解决实际问题的能力，为其将来走上工作岗位打下良好的基础。 在多年的《合成氨生产工艺》课程教学工作中，笔者不断强化课堂教学质量，积极运用多媒体教学手段，注重并加强理论与实践相结合，取得了很好的教学效果。 （作者单位：山东化工技师学院）
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石油化工的范畴 以石油及天然气生产的化学品品种极多、范围极广。石油化工原料主要为来自石油炼制过程产生的各种石油馏分和炼厂气，以及油田气、天然气等。石油馏分(主要是轻质油)通过烃类裂解、裂解气分离可制取乙烯、丙烯、丁二烯等烯烃和苯、甲苯、二甲苯等芳烃，芳烃亦可来自石油轻馏分的催化重整。石油轻馏分和天然气经蒸汽转化、重油经部分氧化可制取合成气,进而生产合成氨、合成甲醇等。从烯烃出发,可生产各种醇、酮、醛、酸类及环氧化合物等。随着科学技术的发展，上述烯烃、芳烃经加工可生产包括合成树脂、合成橡胶、合成纤维等高分子产品及一系列制品，如表面活性剂等精细化学品，因此石油化工的范畴已扩大到高分子化工和精细化工的大部分领域。石油化工生产，一般与石油炼制或天然气加工结合，相互提供原料、副产品或半成品，以提高经济效益（见石油化工联合企业）。编辑本段石油化工的作用1.石油化工是能源的主要供应者 石油化工，主要指石油炼制生产的汽油、煤油、柴油、重油以及天然气是当前主要能源的主要供应 石油者。我国1995年生产了燃料油为8千万吨。目前，全世界石油和天然气消费量约占总能耗量60%；我国因煤炭使用量大，石油的消费量不到20%。石油化工提供的能源主要作汽车、拖拉机、飞机、轮船、锅炉的燃料，少量用作民用燃料。能源是制约我国国民经济发展的一个因素，石油化工约消耗总能源的8.5%，应不断降低能源消费量。2.石油化工是材料工业的支柱之一 金属、无机非金属材料和高分子合成材料，被称为三大材料。全世界石油化工提供的高分子合成材料目前产量约1.45亿吨，1996年，我国已超过800万吨。除合成材料外，石油化工还提供了绝大多数的有机化工原料，在属于化工领域的范畴内，除化学矿物提供的化工产品外，石油化工生产的原料，在各个部门大显身手。3.石油化工促进了农业的发展 农业是我国国民经济的基础产业。石化工业提供的氮肥占化肥总量的80%，农用塑料薄膜的推广使用，加上农药的合理使用以及大量农业机械所需各类燃料，形成了石化工业支援农业的主力军。4.各工业部门离不开石化产品 现代交通工业的发展与燃料供应息息相关，可以毫不夸张地说，没有燃料， 就没有现代交通工业。金属加工、各类机械毫无例外需要各类润滑材料及其它配套材料，消耗了大量石化产品。全世界润滑油脂产量约2千万吨，我国约180万吨。建材工业是石化产品的新领域，如塑料关材、门窗、铺地材料、涂料被称为化学建材。轻工、纺织工业是石化产品的传统用户，新材料、新工艺、新产品的开发与推广，无不有石化产品的身影。当前，高速发展的电子工业以及诸多的高新技术产业，对石化产品， 尤其是以石化产品为原料生产的精细化工产品提出了新要求，这对发展石化工业是个巨大的促进。5.石化工业的建设和发展离不开各行的支持 石油化工国内外的石化企业都是集中建设一批生产装置，形成大型石化工业区。在区内，炼油装置为“龙头”，为石化装置提供裂解原料，如轻油、柴油，并生产石化产品；裂解装置生产乙烯、丙烯、苯、二甲苯等石化基本原料；根据需求建设以上述原料为主生产合成材料和有机原料的系列生产装置，其产品、原料有一定比例关系。如要求年产30万吨乙烯，粗略计算，约需裂解原料120万吨， 对应炼油厂加工能力约250万吨，可配套生产合成材料和基本有机原料80 ~ 90万吨。由此可见， 建设石化工业区要投入大量资金，厂区选址适当，不但要保证原料和产品的运输，而且要有充分的电力、水供应及其他配套的基础工程设施。各生产装置需要大量标准、定性的机械、设备、仪表、管道和非定型专用设备。 制造机械设备涉及材料品种多，要求各异，有些重点设备高速超过50米，单件重几百吨；有的要求耐热1000°C，有的要求耐冷 - 150°C。有些关键设备需在国际市场采购。所有这些都需要冶金、电力、机械、仪表、建筑、环保各行业支持。 石化行业是个技术密集型产业。生产方法和生产工艺的确定，关键设备的选型、选用、制造等一系列技术，都要求由专有或独特的技术标准所规定， 如从国外引进，要支付专利或技术诀窍使用费。因此，只有加强基础学科，尤其是有机化学、高分子化学、催化、化学工程、电子计算机、自动化等方面的研究工作，加强相关专业技术人员的培养，使之掌握和采用先进科研成果，再配合相关的工程技术，石化工业才有可能不断发展，登上新台阶。编辑本段石油化工的发展 石油化工的发展与石油炼制工业、以煤为基本原料生产化工产品和三大合成材料的发展有关。石油炼制起 石油炼制源于19 世纪20年代。20世纪20年代汽车工业飞速发展，带动了汽油生产。为扩大汽油产量，以生产汽油为目的热裂化工艺开发成功，随后，40年代催化裂化工艺开发成功，加上其他加工工艺的开发，形成了现代石油炼制工艺。为了利用石油炼制副产品的气体，1920年开始以丙烯生产异丙醇，这被认为是第一个石油化工产品。20世纪50年代，在裂化技术基础上开发了以制取乙烯为主要目的的烃类水蒸汽高温裂解 简称裂解）技术，裂解工艺的发展为发展石油化工提供了大量原料。同时，一些原来以煤为基本原料（通过电石、煤焦油）生产的产品陆续改由石油为基本原料，如氯乙烯等。在20世纪30年代，高分子合成材料大量问世。按工业生产时间排序为：1931年为氯丁橡胶和聚氯乙烯，1933年为高压法聚乙烯，1935年为丁腈橡胶和聚苯乙烯，1937年为丁苯橡胶，1939年为尼龙66。第二次世界大战后石油化工技术继续快速发展，1950年开发了腈纶， 1953年开发了涤纶，1957年开发了聚丙烯。编辑本段石油化工高速发展的原因是 有大量廉价的原料供应（50 ~ 60年代，原油每吨约15美元）；有可靠的、有发展潜力的生产技术；产品应用广泛，开拓了新的应用领域。原料、技术、应用三个因素的综合，实现了由煤化工向石油化工的转换，完成了化学工业发展史上的一次飞跃。 20世纪70年代以后，原油价格上涨（1996年每吨约170美元），石油化工发展速度下降，新工艺开发趋缓， 并向着采用新技术，节能，优化生产操作，综合利用原料，向下游产品延伸等方向发展。一些发展中国家大力建立石化工业，使发达国家所占比重下降。1996年，全世界原油加工能力为38亿吨，生产化工产品用油约占总量的10%。编辑本段石油化工在国民经济中的地位石油化工是近代发达国家的重要基干工业 由石油和天然气出发，生产出一系列中间体、塑料、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、溶剂、涂料、农药、染料、医药等与国计民生密切相关的重要产品。80年代，在工业发达国家中,化学工业的产值,一般占国民生产总值 6％～7％，占工业总产值7％～10％；而石油化工产品销售额约占全部化工产品的45％，其比例是很大的。 石油化工2石油化工是能源的主要供应者 石油炼制生产的汽油、煤油、柴油、重油以及天然气是当前主要能源的主要供应者。我国1995年生产了燃料油为8千万吨。目前，全世界石油和天然气消费量约占总能耗量60%；我国因煤炭使用量大，石油的消费量不到20%。石油化工提供的能源主要作汽车、拖拉机、飞机、轮船、锅炉的燃料，少量用作民用燃料。能源是制约我国国民经济发展的一个因素，石油化工约消耗总能源的8.5%，应不断降低能源消费量。石油化工是材料工业的支柱之一 金属、无机非金属材料和高分子合成材料，被称为三大材料。全世界石油化工提供的高分子合成材料目前产量约1.45亿吨，1996年，我国已超过800万吨。除合成材料外，石油化工还提供了绝大多数的有机化工原料，在属于化工领域的范畴内，除化学矿物提供的化工产品外，石油化工生产的原料，在各个部门大显身手。石油化工促进了农业的发展 农业是我国国民经济的基础产业。石化工业提供的氮肥占化肥总量的80%，农用塑料薄膜的推广使用，加上农药的合理使用以及大量农业机械所需各类燃料，形成了石化工业支援农业的主力军。 石油化工可创造较高经济效益。以美国为例，以50亿美元的石油、天然气原料,可生产100亿美元的烯烃、苯等基础石油化学品,进一步加工得240亿美元的有机中间产品（包括聚合物）,最后转化为400亿美元的最终产品。当然，原料加工深度越深，产品越精细，一般来说成本也相应增加。编辑本段世界石油化工 1970年,美国石油化学工业产品,已有约3000种。资本主义国家所建生产厂已约1000个。国际上常用乙烯和几种重要产品的产量来衡量石油化工发展水平。乙烯的生产，大多采用烃类高温裂解方法。一套典型乙烯装置，年产乙烯一般为300～450kt，并联产丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等。乙烯及联产品收率因裂解原料而异。目前，这类装置已是石油化工联合企业的核心。 70年代以前，世界石油化工的生产基地主要分布在美国、日本及欧洲等国。1973年后世界原油价格不断上涨，1983年以来又趋下跌，价格大起大落，使石油化工企业者对原料稳定、持久供应产生忧虑。发达国家改革生产结构，调整设备开工率，以适应新的经济形势。发展中国家尤其是产油国近年则在大力发展石油化工。80年代，世界乙烯生产能力的分布已发生变化，亚非拉等发展中国家所占比例有所提高。如将东欧国家的乙烯生产能力计算在内，则这些新兴石油化工生产地区的乙烯生产能力，约占世界乙烯总生产能力的四分之一。 1958年，世界乙烯生产能力达到49Mt（不包括社会主义国家），其中新增乙烯生产能力约3.3Mt，约1/3建在非洲和中东地区,1/3建在拉美和东欧；传统石油化工生产地区，只新增生产能力800kt，且今后五年内,计划也很少新建乙烯装置，主要是进行现有装置的技术改造。编辑本段中国石油化工 起始于50年代，70年代以后发展较快，建立了一系列大型石油化工厂及一批大型氮肥厂等，乙烯及三大合成材料有了较大增长。 中国石油化工行业占工业经济总量的20%，因而对国民经济非常重要。石油化工行业包括石油石化和化工两个大部分，这两大部分在2006年都保持了较快地增长。如果把这两个部分作为一个整体来看，2006年石油化工累计实现的利润达到了4345亿，增长达到了17.9%，增量达到了658亿元，在整个规模以上工业新增利润中占到17%左右。 石油化工32007年前三季度全行业实现现价工业总产值38211亿元，同比增长20.2%。重点跟踪的65种大宗石油和化工产品中，产量较2006年同期增长的有62种，占95.4%，其中增幅在10%以上的有47种，占72.3%，天然气、电石、纯苯、甲醇、轮胎外胎等产品产量呈较快增长态势。 原油及加工制品平稳增长。2007年前三季度，全国原油生产较为平缓，天然气产量则增长较快。2007年1～9月累计生产原油13992.6万吨，同比增长1.4%；天然气累计产量为501.4亿立方米，同比增长19.8%。原油加工量24289.1万吨，同比增长7.0%。汽、煤、柴油产量继续保持稳定增长，累计生产汽油4475.9万吨，同比增长8.5%；生产煤油867万吨，同比增长17.4%；生产柴油9175.1万吨，同比增长6.1%。 农化产品生产供应正常。由于农业生产的季节性特征，农用化学品生产也呈现比较强的季节性。化肥（折纯）2007年1～9月累计产量为4310.5万吨，同比增长13.8%，其中氮肥3144.7万吨，同比增长12.2%。2007年前三季度，农药原药累计产量为127.4万吨，同比增长20.6%，杀虫剂、除草剂产量增幅分别为10.7%和33.3%，农药产品结构进一步改善，杀虫剂占农药的比例已下降到37.1%。 展望 以石油和天然气原料为基础的石油化学工业，虽然在70年代经历两次价格上涨的冲击，但由于石油化工已建立起整套技术体系，产品应用已深入国防、国民经济和人民生活各领域,市场需要尤其在发展中国家,正在迅速扩大，所以今后石油化工仍将得到继续发展。80年代，世界石油化工所耗石油量仅为世界原油总产量的8.4％，所耗天然气为天然气总产量10％,更由于从石油和天然气生产化工品可取得很大的经济效益，故石油化工的发展有着良好的前景。为了适应近年原料价格波动，石油化工企业正在采取多种措施。例如，生产乙烯的原料多样化，使烃类裂解装置具有适应多种原料的灵活性；石油化工和炼油的整体化结合更为密切，以便于利用各种原料；工艺技术的改进和新催化剂的采用，提高产品收率，降低生产过程的能耗及原料消耗；调整产品结构，发展精细化工，开发具有特殊性能、技术密集型新产品、新材料，以提高经济效益，并对石油化工生产环境污染进行防治等。编辑本段石油化工专业 石油化工专业是伴随着中国的石油化工的发展同时产生的化工学习专业课程，目的是培养石油化工人才，石油化工专业技术专业人才，一般各大理工科院校都设有此专业，该专业主要课程涉及：计算机应用、英语、有机化学、物理化学、化工分析、 化工原理、石油加工工程系、化工节能、化工设备、化工安全与环保、精细化工，质量管理。 就业方向：石油、化工、医药、食品等企业生产操作与管理。 ☆工业分析与检验专业： 主要课程：计算机应用、英语、有机化学、无机化学、化工分析、电化学分析、光学分析 、常规仪器分析、化工安全与环保。 就业方向：石油加工、石油化工、精细化工、医药、食品企业和环保部门从事化验分析操作与管理。编辑本段现代以石油化工为基础的三大合成材料 塑料、合成橡胶、合成纤维
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