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关键词:天然气液化装置;液化工艺;分析
前言
天然气是石油的伴生物同时也是一种重要的清洁能源,每年全世界都需要消耗大量的天然气。现今我国每年都会进口大量的天然气.为方便天然气的运输与储藏可以采用将天然气液化的方式来减少天然气的体积。为更好的得到并利用液化天然气(LNG),需要在液化天然气(LNG)制取工艺特点的基础上做好液化天然气(LNG)制取技术的分析和生产设备的选择。
1 液化天然气(LNG)的特点
液化天然气(LNG)相对于压缩天然气(CNG)具有以下特点:(1)相对于压缩天然气,液化天然气(LNG)密度更高,能够更好的降低运输与储存的成本。(2)燃烧释放的热量较大。(3)液化天然气(LNG)清洁环保,污染低。现今我国对于天然气的需求量巨大,除了使用天然气管道从陆上进行运输外,每年所进口的液化天然气(LNG)多采用的是由专用的LNG船进行运输,各主要液化天然气的接收站都主要分布在沿海大型的港口码头,为提高天然气的使用效率,需要做好天然气的液化天然气的制取。文章在分析液化天然气制取工艺特点的基础上对一种新型的液化天然气生产装置进行分析阐述。
2 液化天然气生产装置的工艺流程及设备分析
某调峰型LNG生产装置设计天然气利用为50万立方米/天,设计年产液化天然气10万吨,在液化天然气的生产制备装置采用的是国外先进的单循环混合制冷剂的液化方式,相较于传统的级联式天然气液化方式以及其他的混合制冷剂液化方式,在能源消耗、制取成本以及运行维护方面都有着较大的提升,同时采用单循环混合制冷剂的液化方式能够极大的减少仪表的数量,从而使得液化天然气的生产装置生产、运行成本大为降低。在液化天然气的制备工艺中主要分为三个阶段,分别为:(1)预处理阶段,在这一阶段中主要是为了去除天然中所含有的二氧化碳、水等的杂质,对天然气进行脱酸干燥。(2)完成了预处理后进入天然气的液化分离阶段,在此阶段中通过使用氮气及其他多分子烃类物质所组成的制冷剂对天然气进行液化分离得到所需要的液化天然气。(3)将液化后的天然气进行储存和运输并补充前一阶段所消耗的制冷剂。
2.1 天然气的脱碳脱酸工艺流程及设备
在液化天然气的制备之初需要对普通天然气进行脱碳和脱酸处理用以去除天然气中所含有的水分和二氧化碳等杂质,避免此类杂质在后期冷却中冻结堵塞天然气液化设备。在整个液化天然气设备的预处理工作中主要分为两个部分,首先普通天然气以4.0-4.5MPa的压力进入过滤分离器中去除天然气中所含有的锈渣和砂石等的杂质,而后将完成过滤的后的天然气通入到胺液处理区,通过其天然气在胺接触塔内自下而上与甲基二乙醇MDEA溶液吸收剂进行充分的接触,从而将天然气中所含有的二氧化碳吸收去除,完成处理后的天然气温度从进入装置后的常温20℃升到了40.7℃,而后需要将天然气经过冷却降温,经过处理后的天然气中的浓度将大幅下降,天然气的压力将下降到3.9MPa。在工序处理中,吸收二氧化碳的富胺液从胺接触塔中流出进入闪蒸罐减压,在闪蒸罐内完成胺液与二氧化碳的分离,完成胺液的循环利用。减少天然气液化的生产成本。完成再生后的胺液再将其重新泵入胺接触塔中,而后继续使用其完成对于二氧化碳的吸收。整个天然气的二氧化碳吸收系统不断循环,并通过自动控制系统确保脱碳装置安全、可靠运行。
2.2 液化天然气生产预处理中的脱水流程及设备
在液化天然气生产预处理脱水中主要采用的是两套分子筛干燥床系统完成对于天然气的干燥,从而有效的将天然气中所含有的水分含量降低到1ppmv以内,确保液化天然气后续工序的正常进行。在天然气脱水工序中,首先将完成脱碳后的天然气通入到分子筛过滤分离器中以除去天然气中所携带的胺液杂质,而后对完成过滤的天然气使用两组分子筛干燥器对其进行干燥,而后将干燥后的天然气依次通过粉尘过滤器、汞脱离器、汞脱离粉尘后即可进入下一步的天然气液化环节,需要注意的是在天然气的脱水环节还可以通过调节奥比特开关阀来控制分子筛的再生,其主要原理是通过使用少量的再生气来完成分子筛中的水分的吸收,从而使得分子筛可以重新在此得以利用,通过这一环节可以很好的降低天然气液化的成本。
2.3 天然气的液化流程与设备
在完成了对于天然气的前期预处理后,将完成预处理的天然气导入到液化阶段,天然气首先进入冷箱进行冷却,冷箱采用的是高效铝制板翅型换热器,能够最大限度的提高换热效率,减少能源浪费。冷箱内采用的是混合型冷却剂(由氮气、甲烷、乙烯等组成)来进行制冷,在这一环节,纯净的天然气从前期净化后的常温迅速冷却至-161℃实现液化,而后将液化后的天然气送至LNG储藏罐进行存储,以上时天然气液化的流程。在天然气液化的过程中需要注意混合冷却剂的制备和压缩,其对于天然气的迅速冷却效果有着极为重要的影响。
冷剂吸收罐是天然气液化工艺中的第一个设备,其中的制冷剂组分别来自甲烷、氮气以及丙烷、乙烯和其他混合烃,其中所使用的甲烷主要来自于脱水阶段,主要用于分子筛脱水的再生气,其被引入冷却剂吸收罐。氮气在制冷的过程中主要通过界区外进行引入吸收进冷却吸收罐中,丙烷则是通过与天然气进行混合、干燥后进入冷却剂吸收罐。冷却剂引入对于确保冷却效果极为重要,在冷却的过程中需要将多余的制冷剂进行回收并引入到冷剂吸收罐中进行重复利用,以达到节能增效的目的。在冷却的过程中,还会混杂有一些从冷却压缩机的一级压缩出后所引出的气态冷却剂会进入到冷却罐中,这些冷剂主要实现吹扫的作用。同以上冷剂的分组共同进入冷剂吸收罐中并进行充分的混合即可完成对于天然气液化中所使用的冷却剂(气态)的制备。在完成了对于冷剂的气态制备后还需要将其转变为低温液态才能为天然气的急速冷却提供充足的冷量,为了制备低温液态的冷却剂需要使得常温气态冷剂经过压缩-冷凝-冷却-膨胀的一系列的流程,并在膨胀的过程中与原料气进行热交换,从而使得纯净的天然气能够迅速的凝结为超低温的液体。在对于液态制冷剂的制备上为达到良好的制备效果,需要采用两级压缩的压缩机,其工作排量需要达到60000立方米/小时。在冷剂压缩的过程中,首先经过的第一级压缩,使得制冷剂的压力与温度都得到提升,而后将压缩后的制冷剂进入到一级冷却器中冷却至气液混合的状态,而后将这一混合状态的气液混合相经过气液分离,将其中的液相部分导入到一级冷剂增压泵中进行增压,而气相部分则从一级气液分离器中的顶端溢出,并将其导入到冷剂压缩机中进行再次的压缩,以得到高压气态冷剂,而后将高温气态冷剂与高温液态冷剂在共同管路中进行混合,使两者形成混合,而后将这一混合态的气液相导入到二级冷凝器与二级气液分离器中重复上述步骤,将二级气液分离器顶部所溢出的气态冷剂导入到冷箱中,而将分离的液态冷剂经过增压后导入到重烃热交换器中进行急速降温,对于完成降温后的液态冷剂将其导入到冷箱中,通过以上的环节即可使得天然气液化所需要的冷剂的制备趋于完成。在整个天然气液化的工艺流程中,其是一个复杂的循环体,上述流程仅是对天然气液化流程的简要描述,为控制这一复杂的流程还需要做好对于天然气液化的自动化控制,以提高天然气液化的效率与效果。
2.4 天然气液化工艺流程中所使用的制备设备
在天然气液化的工艺流程中涉及到大量复杂的设备,根据设备的功用及运动情况可以将其分为:动、静设备和其他设备几种。在天然气液化中所使用的静设备主要包括有干燥器、分子筛、冷箱、液态天然气储藏罐以及天然气液化过程中所使用的各种罐储容器、冷却交换器等。在天然气液化中所使用的动设备主要包括有:制冷剂压缩机(其主要使用氮气、甲烷、乙烯以及混合烃等所组成的混合制冷剂)、低压蒸发气压缩机、高压蒸发气压缩机以及各种配套的泵系统。天然气液化装置中的其他各类配套装置主要指的是:各种连接用的工艺管道、天然气液化自动控制系统,以及各种规格的压力仪表、阀门和分析仪等,在天然气液化流程中所使用的各种连接工艺管道为确保其连接效果需要使用大量的耐压钢管并配套有相应管径的法兰、接头等,由于管道的工况较为恶劣,需要确保天然气液化中所使用的各种钢管、法兰以及接头等具有良好的耐腐蚀、耐低温以及防锈效果,确保天然气液化的安全生产。天然气液化工程量大且复杂,为提高天然气液化过程中的自动控制的效果,在天然气液化过程中的自动控制中采用的是分布式的DCS集散控制系统,以提高其的控制效果与可靠性。在天然气液化装置所使用的铺筑装置中,需要使用大量的一次仪表和DCS二次仪表,如温度计、压力表、液位计、温度变送器、压力变送器等的装置和设备,为确保天然气液化装置的安全可靠的运行提供准确的测量数值。
3 天然气液化系统所使用的其他辅料
在天然气液化装置所使用的原料气需要控制其质量,以提高天然气液化后的质量和效率,实现节能增效。在天然气液化过程中所使用的辅料主要指的是天然气液化工艺中所需要用到的各种原料组分,对于所使用的胺液MDEA和分子筛干燥剂需要使用进口原料,其他辅料则采用的是国产品牌。在天然气液化中的公共装置中所使用的燃料则主要由本天然气液化装置中的甲烷。在天然气液化装置中还需要做好装置的防雷和防静电处理,为确保天然气液化装置的顺利运行,需要在天然气液化装置的设备、管道以及构架等区域设置好专用的防静电装置,以避免静电感应造成安全事故。新型天然气液化装置采用单循环混合制冷剂液化方式,在能耗与效率方面都有了较大的进步。能够更好实现天然气液化生产。
4 结束语
天然气是一种极为重要的优质能源,通过对天然气进行液化可以使得存储和运输更为方便。文章在介绍一种新型天然气液化制取装置及配套工艺和设施的基础上对该天然气制取装置中的节能增效的设置进行了分析阐述,其采用先进的换热器、使用循环再生气以及合理布局管道等的方式来减少能量的浪费,能够在天然气液化制备中取得良好的效果。
参考文献
[1]林畅,等.大型天然气液化技术与装置建设现状与发展[J].化工进展,2014(11):2916-2922.
【关键词】循环流化床;工艺流程;浇筑;温度;压力;壁温块
0 引言
循环流化床锅炉属于沸腾炉,与大家都比较熟悉的四角切圆旋风炉、前后墙对吹室燃炉不同,下面以无锡华光11V-SM1 480T/H锅炉为例,大致说一下工艺流程及热控温度、压力、壁温元件安装注意事项。
1 循环流化床的工艺流程
1.1 制粉系统
循环流化床锅炉没有磨煤机,一定粒度的燃煤经给煤机进入布置在前墙的四根落煤管,落煤管上端有送煤风,下端靠近水冷壁处有播煤风,给煤借助自身重力和引入的送煤风沿着落煤管滑落到下端在距布风板2300处进入炉膛,给煤量通过改变给煤机的转速来调整。
1.2 风烟系统
一次风机送出的空气经一次风空气预热器预热后由左右两侧风道引入炉下水冷风室,通过水冷布风板上的风帽进入燃烧室;二次风机送出的风经二次风空气预热器预热后,通过分布在炉膛前后墙上的喷口喷入炉膛,补充空气,加强扰动与混合。燃料在炉膛内与流化状态下的循环物料掺混燃烧,床内浓度达到一定后,大量物料在炉膛内呈中间上升,贴壁下降的内循环方式,沿炉膛高度与受热面进行热交换,随烟气飞出炉膛的众多细小物料经蜗壳式汽冷旋风分离器,绝大部分物料又被分离出来,从返料器返回炉膛,再次实现循环燃烧。而比较洁净的烟气经转向室、高温过热器、低温过热器、省煤器、一、二次风空气预热器由尾部烟道排出。
1.3 点火系统
四台床下点火燃烧器并列布置在炉膛水冷风室后侧。由点火油枪、高能电子点火器及火检装置组成。点火油枪为机械雾化,燃料为轻柴油。每支油枪出力800kg/h,油压2.5Mpa,床下油枪所需助燃空气为一次风。对于床下点火燃烧器,空气和油燃烧后形成850℃左右的热烟气。从水冷风室上的布风板均匀送入炉膛。
1.4 返料系统
返料器内的松动风与返料风采用高压冷风,由小风帽送入,松动风与返料风的风帽开孔数量及孔径有差别,返料风大,松动风小,并采用分风室送风。
1.5 汽水系统
给水经过水平布置的四组省煤器加热后进入锅筒。锅筒内的锅水由集中下降管、分配管进入水冷壁下集箱、上升管、炉内水冷屏、上集箱,然后从引出管进入锅筒。锅筒内设有汽水分离装置。饱和蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引至汽冷旋风分离器,然后依次经过尾部汽冷包墙管、低温过热器、一级喷水减温器、炉内屏式过热器、二级喷水减温器、高温过热器,最后将合格的过热蒸汽引向汽轮机。
2 热控测点安装
循环循环流化床的锅炉燃烧室、旋风分离器出口烟道、返料装置均浇筑耐磨材料;部分区域固体粉尘颗粒较多,因此,对于热控设备如温度,压力安装就要注意安装方式,否则会出现温度测量不准、压力测点老堵的现象。
2.1 针对不同位置温度测点的安装方式
1)燃烧室、返料装置,此两个位置都有内浇筑料,而且固体颗粒物较多。安装这两处温度计有以下要点:
(1)安装温度计套管时,一定要有倾斜角度,目的防止高温颗粒在温度元件上堆积造成测量不准。
(2)温度计是耐磨热电偶。
(3)为防止浇筑施工方碰坏元件,一般不安装温度计元件,只安装套管,因此,为防止浇筑方施工时堵住测点,一定要事先查好浇筑厚度,使套管超出浇筑厚度。
(4)浇筑施工方办好施工工序交接单,以防堵塞测点孔。
此两处温度计安装形式如图1。
2)旋风筒出口烟道有浇筑料及少量的固体颗粒物、水冷风室处有浇筑料没有颗粒物,安装此两处温度计有以下要点:
(1)旋风筒出口烟道温度计是耐磨热电偶,水冷风室处温度计是一般热电偶。
(2)为防止浇筑施工方碰坏元件,一般不安装温度计元件,只安装套管,因此,为防止浇筑方施工时堵住测点,一定要事先查好浇筑厚度,使套管超出浇筑厚度。
(3)浇筑施工方办好施工工序交接单,以防堵塞测点孔。
此两处温度计安装形式如图2。
图1
图2
3)尾部包墙、省煤器处、空预器处三处没有浇筑料有少量粉尘,安装温度计时不需考虑浇筑料,需注意以下要点:
(1)温度计是一般热电偶。
(2)施工时注意套管长度,使温度计插入深度能够调节。
图3
图4
(3)避开吹灰器及省煤器的蛇形管。
此三处温度计安装形式如图3。
4)点火器内内有浇筑料及少量的油,安装时要注意以下要点:
(1)温度计是一般热电偶。
(2)施工时注意套管长度,套管能超出浇筑料,温度计插入深度能够调节。
(3)温度计套管和温度计之间密封必须要良好,避免漏油。
此处温度计安装形式如图3.
2.2 循环流化床的所有压力测点安装都一样,需注意以下安装要点
(1)取压部件为防堵吹扫装置或防堵取样器。
(2)炉内有浇筑料的地方要保证取源部件能够伸出浇筑料,同时保证外面的压力接管座在保温层外面。
压力取源部件的安装形式如图4。
2.3 锅炉壁温安装
主要有省煤器吊挂管壁温,低过出口壁温,屏过出口壁温,高过出口壁温,汽包上下壁温。安装壁温时注意要点:
(1)壁温块和管壁三点点焊。
(2)壁温块安装按照锅炉厂家图纸尺寸。
(3)屏过出口壁温位于顶棚上,顶棚和屏过出口管有密封膨胀节,壁温块若按图纸施工就会被密封与膨胀节内,为此壁温块要适当上移,焊接与密封膨胀节外。
(4)壁温引出考虑锅炉膨胀,在引出锅炉本体时留出一定的裕量。
3 结束语
弄清楚循环流化床的工艺流程及内部浇筑部位厚度,对于热控设备测点的安装很重要,热控设备安装中注意安装要点,避免机组出现的温度测量不准及压力测点老堵的现象,从电厂实际运行来看,热控测点测量达到了较为理想的效果。
【参考文献】
[1]DL/T 5210.4-2009 电力建设施工质量验收及评价规程[S].热工仪表及控制装置篇.
现阶段,磷化工企业进行区域发展的规划和管理时,利用评价决策支持系统能够有效分析磷化工工艺中物料的实际消耗以及产出情况,进一步提升了磷化工技术的创新能力以及水平,所以加强对此系统的开发研究有着十分重要的意义。
2磷化工技术评价决策系统组成框架
现阶段,我国所具有的磷化工技术评价决策支持系统主要为磷化工技术,此系统能够有效的模拟磷化工工艺流程、衡算其热量并作出相应的技术评价。此系统主要由三个部分组成,即人机交换系统、模型库管理系统以及数据库管理系统,具体如下所述:
2.1人机交互系统
此系统中的人机交换系统主要对话的部件就是跟磷化工用户之间进行交互的截面,其主要包含的内容有:登录系统;程序的驱动菜单;修改数据的接口;录入数据的接口;保存评价结果;打印结果。而磷化工用户将相关的工艺信息参数录入后,磷化工技术评价决策系统则会将系统运行的最后结果展示给用户,因此,人机交互系统主要具有以下三点功能:①提供更为合适的前台界面,更好的显示对话的形式。②有效的显示并执行相关的系统数据信息的输入、输出以及转换。③对系统的人机交互进行控制,并管理好模型库,有效的集合并运行好数据库。
2.2模型库及其管理系统
磷化工技术评价决策支持系统的关键在于模型库以及对其所展开的各项管理工作,其主要包含有以下几个模型:①磷矿评价模型;②动态工艺流程图模型;③衡算物料和能量的模型;④设备选型模型;⑤生产报告的模型。各模型都是独立设计并编制的,增减模型数跟修改程序代码之间不受影响,系统的扩展性能以及通用性能较好。
2.3数据库及其管理系统
评价决策系统中所包含的数据库系统,能够将磷化工技术中所设涉及到的信息模型的所有数据进行存储,以便有效的实现人机对话,并处理和调用模型数据。此数据库以及其相关的管理系统具有建立数据库、删除修改数据、维护数据库、检索信息、统计数据等功能。其中,用户数据库则主要对用户的名称、密码、所在工作单位以及联系方式进行了保存;工艺数据库则对磷化工工艺的基本种类和简介有关信息进行存储,以便用户能够更好的选择和调用;磷矿数据库则主要用来对磷矿的产地、分布情况等相关信息进行存储。用户可以自行的调用一些已有的有关磷矿数据,并对其进行保存,而对工艺模拟计算中的物料以及能量进行存储,能够对前台页面的运行提供信息支撑。
3磷化工技术评价决策支持系统的基本功能
3.1评价原料的适用性
磷矿作为磷化工生产的主要原料,其种类较多,且品位不一,所以为了对所选的磷矿进行初步的判定则对其适用性进行评价,从而判断此磷矿是否适合用来加工磷化工工艺,同时选出最佳的适用工艺。
3.2物料衡算
确定工艺的基本流程后,计算主要原料的消耗定额后要以原料跟产品之间的定量转化关系为参照,实现对各中间产物、产品以及副产物各物流量的判断,为衡算热量以及选用设备奠定基础。
3.3能量衡算
将物料能量的衡算当作基础,对工艺实施过程中可能达到的物理状态以及化学状态时所能够传出的热量进行确定,以便更好的进行后续的设备选型。
3.4设备选型
工艺设计的基础在于设备的选型,其也是项目投产之间的重要环节。而技术评价中所包含的设备资料能够为磷化工的经济性、安全性以及环境评价的基础提供相关的设备资料。
3.5动态工艺流程图
此系统中工艺流程图为动态的,因而用户能够切实的了解到工艺的生产流程,而流程图上具有的动态浮动的窗口数据,方便了用户对物料和能量的实际消耗和产出进行了解。而设计该系统主要面向的对象则为用户,因此动态的工艺流程图还能够给用户带来更为清晰、生动以及明了的视觉效果。
4磷化工技术评价决策支持系统的开发过程
4.1分析需求
①评价目标。磷化工产品主要有三种,即磷酸、磷复肥以及磷酸盐,需要在生产过程中选出最具代表的典型工艺进行评价。②选择评价模型。③对磷矿评价的资料进行整理,计算评价目标工艺中所使用到的物料、能量,并绘制出动态的工艺流程图。④明确评价的报告形式。一般评估的最终结果需要以评价报告呈现,以便用户查看或者保存。
4.2编制软件
(1)以决策支持系统理论作为基础,来搭建出系统的整体框架,监理各个功能模块时则需要使用到微软SQLServer2005数据库管理开发系统软件以及J2EE技术作为主要工具。(2)对各部分的内容进行整合时需要利用到调试运行系统,确保系统具有兼容性。(3)完善人机对话的平台,构建基本平台后,要能够及时的检查前台页面中所存在的问题以及缺陷,并能够及时的进程修缮。
5磷化工技术评价决策支持系统设计
①进入主页后,点击技术评价,方能够进入到技术评价界面。②选择工艺。③选择磷矿。选择工艺以后进入到地图选矿界面。将主要矿区的矿石信息标注到Flash地图上,可以方便用户快速选择自己所需要的矿石进行测评,鼠标移至某矿点即显示该矿点矿石的组分。在此过程中可以自行的将矿石的组分输入到系统中,选择矿点的矿石,遵循相关的相关标准选择磷矿石。④录入基本的工艺操作参数。选择好磷矿后,则需要进行工艺操作参数的操作,其主要涉及到两种类型,即原料的流量以及工艺操作参数。数据录入页面上设置了“数据清零”和“恢复默认值”按钮,可以方便用户快速录入数据。⑤动态工艺流程图和报表单元。a.动态工艺流程图根据文献中的工艺简图和详细的工艺流程介绍,绘制了动态工艺流程图,点击“开车”按钮Flash文件开始播放,对实际工艺的生产过程进行模拟,当鼠标滑过某设备时,流程图上会将设备的基本名称显示出来,而数据录入之前流程图上只显示物流名称,物流量为空。b.报表单元报表单元包括主要原料消耗定额以及工艺流程中各部分物料衡算和能量衡算的详细报表,用户可以通过报表单元看到工艺过程中各主辅物流的产生量。⑥保存评价。用户查看完报表以后可以保存评价,以便下次调用。该工艺技术评价完成以后还可以继续进行经济评价、环境评价和安全评价。
6结语
磷化工技术评价软件的开发,为磷化工行业技术人员提供各类工艺技术评价相关信息,同时结合经济、安全和环境评价等功能,将提供较为完整的磷化工工业综合评价信息。将现代DSS技术运用到磷化工领域,扩展了计算机信息技术在磷化工领域的应用,推动了中国磷化工产业的技术水平提升。
作者:杨勇 刘晓刚 单位:贵州省瓮安磷矿
参考文献:
[1]刘项.磷复肥工艺决策支持系统构建和运行[D].郑州大学,2011,12(12):96.
关键词:化工制图 案例教学
《化工制图》是高等职业院校环境监测与治理专业、应用化工技术专业、精细化学品生产技术专业、化学制药技术、生化制药技术、食品生物技术、药物制剂技术等专业的职业基础课程,是一门理论和实际紧密结合的课程。我校2006年制定了人才培养方案,于2009年重新修订了人才培养方案,但《化工制图》课程中的化工工艺流程图部分,仍沿用2006年的课程设置。且施行的是教师满堂灌式,教师的重点在于“教”,以讲授为主。这样的结果,一是无法达到专业人才培养方案的要求,二是教师讲得辛苦,学生学得吃力,难以形成以教师为主导、学生为主体的生动局面。
随着招生规模的不断扩大,出现考生分数偏低,高职生源质量便愈加呈下降趋势。如我校2009年河北地区招生录取分数线为371分,2010年录取分数线为343分,2011年录取分数线为200分。学生入学程度参差不齐,基础偏低,也给教学带来了一定的困难。
为此,笔者采用案例教学法,设计出教学案例,要求学生在课前预习与教学案例相关的知识,准备绘图用品等。课堂上以学生训练为主,教师通过提问、讨论等检查学生课前准备情况,发现学生学习中的问题,给予提示和讲解。学生训练过程中,教师要认证观察学生的绘图过程,通过点评、讨论等方式及时纠正问题,表扬成绩。完成案例后,教师要对知识做总结归纳,提高学生的认知水平及对知识的应用能力。
现以化工工艺流程图部分举例说明。
教学目的:学习化工工艺流程图的知识,为后续学习化工工艺类课程,也为今后在化工产品的生产中,从事项目施工、现场操作、技术改造等工作奠定看图基础。
教学目标
能力目标:1.能够识读化工工艺流程图。2.能用绘图软件抄画化工工艺流程图。
知识目标:1.掌握带控制点的工艺流程图的阅读方法。2.熟悉工艺流程图的表达方法。3.了解工艺流程图的作用和内容。
素质目标:1.工程意识、自主学习意识、细致认真的绘图习惯。
设置案例:识读软化水处理系统的工艺流程图(4学时)
通过查阅有关资料,了解锅炉给水软化处理的工艺流程,并识读软化水处理系统带控制点的工艺流程图,搞清楚软化水处理所使用的设备,主要物料的流程线,其他物料的流程线,管路中有哪些阀门,哪些控制仪表等。教学过程分为六步,第一步为课前预习;二至五步为在多媒体教室学习,两学时;第六步为在机房上机练习,两学时。
第一步:课前布置预习内容:①查阅参考资料,了解锅炉给水软化处理的工艺过程。②了解工艺流程图的作用、内容。③了解工艺流程图中设备位号、管路、阀门、控制点、图例表达方法。④了解工艺流程图的图示方法。
第二步:布置案例:软化水处理系统带控制点的工艺流程图,见图1。并通过提问检查学生课前预习情况。
第三步:根据学生回答问题的情况,教师进行纠正补充,并讲解知识点。软化水处理系统共有6台设备,其中动设备有1台盐水泵(P0201)和2台软水泵(P0202a、b),静设备有2台离子交换器(R0201a、b)和1台软水储罐(V0201)。其中钠离子交换器按软化、反洗、还原、正洗四个步骤运行。
第四步:总结读图、绘图步骤。阅读带控制点工艺流程图的步骤一般为:①了解设备的数量、名称和位号。②分析主要物料的工艺流程。③分析其他物料的工艺流程。④分析阀门及控制点,了解生产过程的控制情况。用AutoCAD软件抄画工艺流程图的步骤:①设置粗实线、中实线、细实线三个图层。②设置两种文字样式,专门用于书写汉字及数字字母。③在细实线层绘制设备。④在粗实线层绘制主要物料流程线。⑤在中实线层绘制辅助物料流程线。⑥细实线层绘制阀门及仪表控制点符号。⑦注写设备位号及名称、管段编号及规格、物料走向及图例说明。
第五步:案例练习,识读空压站带控制点的工艺流程图。
第六步:上机抄画化工工艺流程图。
笔者采用合班授课,把课程知识的学习融入到具体的绘图、识图案例中,体现出“做中学、学中做”的高职课程特点。且根据学生特点降低了理论知识难度,课堂练习采取随堂做随堂交,考核方法包括案例考核、期末考核,重视完成案例的过程考核。学生考核总分 = 案例得分×50% + 期末考核得分×50%。经过一学期实验,笔者发现教学效果良好。教学改革是一个长期的过程,教师应在教学实践中,通过不断探索,不断改进,创造出适合高职教育实情的教学模式,才能取得令人满意的教学效果。
[参考文献]
一、试题结构
化学工艺流程题的结构一般分为题引、题干和题设三个部分。题引主要是以引导性的语言,简单介绍该工艺生产的目的、原料、产品,有时还提供相关表格、图像等参考数据或信息;题干主要是以框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;题设是根据生产过程中涉及的化学知识设计成的一系列问题,要求学生依据化学原理进行分析解答。
化学工艺流程题的一般结构如下:
箭头:进入的是投料(反应物),出去的是生成物(包括主产物和副产物)。
三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线表示物质可循环使用。
二、解题思路
要准确、顺利地解答化学工艺流程题,除了必须掌握物质的性质和物质之间相互作 用的基本知识,以及除杂、分离、提纯物质的基本技能外,最关键的是要掌握和具备分析工艺生产流程的方法和能力。因此,解题思路通 常是: [审题][析题][答题][①阅读题目的背景材料;
②提供的原料;
③物料或操作流程;
④提供的条件和图表;
⑤化工流程图的类型;
⑥重要的操作。
][①从目的和反应原理切入;
②从原料和产品切入;
③从生产要求和条件切入;
④从产品分离提纯切入;
⑤从绿色化工思想切入;
⑥注意问题表达;
⑦注意每问提供的答题区域大小。
][①弄清目的和原理;
②弄清各步骤的目的;
③如何运用条件;
④问题突破口与隐含条件;
⑤建立解题思路与方法。]
答题顺序一般按题号的先后顺序作答,但要注意前后问题一般没有“株连效应”,遇到难题时不妨先放一放,先做后面的题;若时间不够用,还可以不看流程图,先做与流程图无关的题,能抓几分就抓几分。
三、相关知识储备
1.除杂提纯
化学工艺流程的目的之一是从混合物中除杂、分离、提纯某一物质,因此,掌握好中学化学中常见的除杂、提纯方法是解答好工艺流程题的第一把钥匙。
(1)常见的化工术语。
(2)常见工艺流程题中添加化学试剂的作用。
(3)常见工艺流程题中除杂、提纯的方法。
①常用的物理方法:根据物质物理性质上的差异分离、提纯物质。主要有:过滤、蒸发结晶(重结晶)、蒸馏或分馏、萃取分液、渗析、盐析等。
②常用的化学方法:根据物质化学性质上的差异分离、提纯物质。主要有:生成沉淀法、生成气体法、氧化还原法、正盐与酸式盐相互转化法、利用物质的两性除去杂质法、离子交换法。
(4)常见离子的检验。离子的检验是进行物质鉴别、推断的重要基础,因此,掌握常见离子(如H+、Na+、K+、、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ba2+、Cu2+、Al3+、OH-、、、S2-、Cl-、Br-、I-、)的检验方法是十分必要的,特别是Na+、K+、、Fe3+、Al3+、、、Cl-的检验,更要熟练掌握。
2.实验操作
化学工艺流程题的另一个目的是利用某些物质制备另一种物质,其中必然涉及不少实验操作,因此,熟练掌握中学阶段常见的实验操作是解题的又一把钥匙。
(1)洗涤沉淀:沿玻璃棒向过滤器的沉淀上加入蒸馏水至浸没沉淀,静置使其全部滤出,重复此操作2~3次。
[特别提醒]有机物最好用冷水洗涤,无机盐最好用酒精洗涤,以减少晶体溶解。
(2)是否洗净:取最后一次洗涤液于试管中,加入某种能检验沉淀上吸附离子的试剂。
(3)从溶液中得到晶体:蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤干燥。
(4)水浴加热的优点:受热均匀,便于控制温度。
(5)使用时不需要润洗的实验仪器:中和滴定中装待测液的锥形瓶,配制溶液时的容量瓶等。
(6)中和滴定终点的判断:当滴入最后一滴标准液时,溶液颜色突然变化,且在半分钟内不恢复原色。
(7)趁热过滤的目的:防止其他溶质析出;抽滤的目的:较快、较干燥地得到固体。
3.平衡原理
化学工艺流程题从本质上说,就是将中学的知识运用到实际工艺流程中,指导具体实际生产,而平衡原理是中学的重要理论,用好平衡这把钥匙对答好工艺流程题是很有帮助的。
化学工艺流程题中运用平衡原理要特别掌握以下几点:
(1)根据勒夏特列原理选择合适的工业生产条件,包括温度、压强、反应物配比、反应时间等。
(2)侯氏制碱法是工艺流程题的热点,要掌握氨气和二氧化碳通入的顺序、NaHCO3析出条件的控制。
(3)重视水解平衡的应用,如水解对溶液pH的影响,易水解盐的配制,水解对盐溶液蒸干的影响,利用水解除杂、制备Fe(OH)3胶体。
(4)沉淀溶解平衡是工艺流程题的热点,要求能根据表达式进行简单计算,能根据图像选择合适的溶质析出温度,能运用原理解释生产中的一些现象等。
4.中学化学中重要的化工生产
高中教材中涉及的化工生产主要有:①氯碱工业;②工业制硫酸(接触法);③侯德榜制碱;④合成氨工业;⑤工业制硝酸;⑥金属钠、镁、铝、铁、铜等的冶炼;⑦海水提溴;⑧硅酸盐工业;⑨粗铜精炼等。