情景教学法在煤化工工艺课程中的应用

田伟军

摘要： 本文以煤气化制造合成氨原料气生产工艺为例，阐述了传统教学方式存在的主要问题，探索了情景教学法在煤化工工艺课程中的应用。

关键词： 煤气化 传统教学方式 情景教学法

前言

煤化工生产为连续化的大规模生产，工艺流程长、设备庞大、自动化程度高，需具有一定专业技能的操作工进行作业。从确保生产稳定、安全、高效、节能、环保等方面考虑，企业不允许实习学生动手操作。另外，煤化工生产装置投资费用高，近期不可能在学校建立真正的生产实训基地。由于以上原因，在真正的生产场所锻炼并提高学生的职业能力、操作技能、通用能力等是有一定难度的。

1.煤气化课程传统授课方式

1-煤气发生炉2-燃烧室3-洗气箱4-废热锅炉5-洗气塔6-料斗7-烟囪

如图1所示，采用传统教学方式，间歇式煤气化生产合成氨原料气-半水煤气工艺的介绍以煤气发生炉为核心，按照设备顺序逐一介绍各设备的结构、工作原理、作用及操作控制要点等，然后将整个工艺流程连贯起来介绍原辅材料的输入和产品的输出等过程。［１］

传统教学方式存在的主要问题是：学生读图能力较差，对设备结构及工作原理不了解；学生对原料来源、性质、状态及预处理过程不清楚，对产品的去向不清楚；大多数学生对工艺流程图的理解难度较大。针对上述问题，笔者尝试在煤气化生产工艺中采用情景教学法。

2.情景教学法的应用

情景教学法是教师根据课程内容所描绘的情景，设计形象鲜明的画面或动画、视频短片等，辅之以详细的解说，使学生仿佛置身其间，如临其境；师生在此情此景之中进行着的一种情景交融的教学活动。因此，情景教学法对培养学生的学习兴趣，启迪思维，开发智力等方面有独到之处。

采用情景教学法，一般来说，可以通过“感知—理解—深化”三个教学阶段来进行。

2.1 感知——创设画面，引入情境，形成表象。

如图2所示，首先介绍气化原料，即：焦炭、块煤、型煤等，并设置问题：三种不同原料各自的特征是什么？有何共同点？为什么国内现在多数氮肥企业采用型煤制气？［２］

多数学生不知道型煤是什么，怎样加工而成的。此时，可进一步引入一些图片或视频短片介绍型煤加工工艺，如图3所示。

接着介绍煤气化制合成氨原料气的气化剂：空气和水蒸气，以及气化剂的供给方式。

水蒸气自蒸汽总管来，空气则通过高压离心通风机输送，如图4所示。

将型煤加入煤气发生炉，然后交替通入空气和水蒸气进行气化反应，制造合成氨原料气-半水煤气，煤气发生炉结构示意图及工作原理如图5所示。

由于煤气化容易产生气-固夹带现象，影响后续工序的正常生产，因此多数氮肥企业在煤气发生炉出口增设了旋风分离器，以替代传统工艺流程中的燃烧室，如图6所示。

经气-固分离并回收煤气显热后，半水煤气进入洗气塔进行冷却、净化。

洗气塔一般采用填料吸收塔，为了让学生了解塔内的气液传质情况，此时播放一段填料塔气液吸收的视频录像，并提供填料塔结构图和物料进出口示意图，如图7所示。

半水煤气经除尘、回收热量、洗涤冷却后，送气柜储存，供下一工序使用，图8是气柜的外形图和工作原理图。

2.2 理解——深入情景，理解流程。

在介绍完煤气化工艺流程中的原料、产品及主要设备后，此时再引导学生结合课本上所学习到的知识，理论联系实际思考前面提到的相关问题，并逐一解决。

原料：采用型煤，可以将大量粉煤加工成型，原料适应范围更广，原料成本更低，企业经济效益更好。采用水蒸气和空气为气化剂，主要完成以下两个化学反应：

C(g)+O₂(g)=CO₂(g)-Q₁

目的：提高炉温，蓄积热量，为制气作准备。

C(g)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g)+Q₂

目的：大规模制气。

气体净化：半水煤气经旋风分离器除尘、水膜除尘并降温，为下一工序脱硫作准备。

能量回收：废热锅炉回收煤气显热，副产低压饱和蒸气并返回煤气发生炉作为气化剂，以降低制气成本。

产品输出：半水煤气送气柜储存供下一工序使用。

2.3 深化——再现情境。

煤气化生产合成氨原料气-半水煤气的过程，是一个典型化工产品的制造过程，主要包含以下两个单元过程。

①化学反应单元过程——煤气化过程。

②化工单元操作过程——流体输送（如空气及煤气的输送、洗涤水的输送）、传热（废热锅炉回收余热）、非均相物系的分离（旋风分离器气-固分离）、传质（洗气塔）等。

将上述单元过程设备按照情景教学法介绍的先后顺序，重新绘制工艺流程示意图如图9所示。

3.运用情景教学法的注意事项

设计情景是情景教学法的关键，情景设置，直接影响着情景教学法的教学实效。因此创设情景时应注意以下几点：

3.1有趣味性：通过图片、动画或视频短片等多种形式调动学生学习兴趣。

3.2有针对性：必须紧扣教材重点、难点。

3.3有诱发性：引导学生将画面与问题和书本理论联系起来，培养创造性思维。

3.4有代表性：是学生在学习中普遍关注却又不易弄懂的问题，能揭示学生的思维误区。

3.5有典型性：容易发现或捕捉到材料与理论之间的内在联系，具体材料能深刻、透彻、全面地说明理论。

参考文献：

［1］郑广俭，张志华主编.无机化工生产技术［M］.北京：化学工业出版社，2003：17.

［2］林玉波主编.合成氨生产工艺［M］.北京：化学工业出版社，2005：9-11.