《化工安全與環(huán)保技術(shù)》-教學(xué)案例五（【課程思政教學(xué)案例】）

課程思政教學(xué)案例《化工基礎(chǔ)》一、課程概況課程名稱：化工基礎(chǔ)授課章節(jié)：第二章典型化工產(chǎn)品工藝學(xué)第三節(jié)合成氨生產(chǎn)二、學(xué)情分析（一）學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)分析：授課對(duì)象為應(yīng)用化學(xué)本科二年級(jí)學(xué)生，已經(jīng)完成全部化學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，此階段的學(xué)生思想相對(duì)成熟，已經(jīng)具備了基本的化工專業(yè)知識(shí)。（二）學(xué)生學(xué)習(xí)能力分析：通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷的方式發(fā)現(xiàn)，學(xué)生遇到學(xué)習(xí)問(wèn)題的解決辦法中10%的學(xué)生傾向于及時(shí)請(qǐng)教老師，46.67%的學(xué)生傾向于上網(wǎng)去查閱相關(guān)問(wèn)題，20%的學(xué)生傾向于與同學(xué)相互交流，23.33%的學(xué)生傾向于留著問(wèn)題以后再說(shuō)。由此可見(jiàn)，大部分學(xué)生遇到學(xué)習(xí)問(wèn)題的解決辦法中會(huì)上網(wǎng)去查閱相關(guān)問(wèn)題;少部分的高職學(xué)生遇到學(xué)習(xí)問(wèn)題的解決辦法中會(huì)及時(shí)請(qǐng)教老師。所以本課程在編排上，有意識(shí)、有目的地對(duì)化工基礎(chǔ)涉及的工程技術(shù)研究思想和方法進(jìn)行科學(xué)闡述和傳授，讓學(xué)生熟悉各種研究方法，了解不同的研究對(duì)象，采用不同研究方法的原因，體察各種研究方法的實(shí)質(zhì)，學(xué)會(huì)根據(jù)具體對(duì)象，按照問(wèn)題認(rèn)識(shí)程度的不同，選擇正確的研究方法，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自我獲取知識(shí)、擴(kuò)展知識(shí)的能力，突出素質(zhì)教育。（三）學(xué)生思想狀況分析：目前學(xué)生自身的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、態(tài)度和興趣都是以實(shí)用型就業(yè)為導(dǎo)向的。許多學(xué)生都暴露出了純粹為了考試而學(xué)習(xí)的態(tài)度,而不是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)出的方法不正確，勤奮程度不夠高，久而久之對(duì)學(xué)業(yè)產(chǎn)生了懈怠的態(tài)度。三、教學(xué)內(nèi)容（一）課堂教學(xué)目標(biāo)(1)知識(shí)目標(biāo):1.理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。2.了解應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。(2)能力目標(biāo):1.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,訓(xùn)練科學(xué)方法。2.培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,具體問(wèn)題具體分析的能力。(3)價(jià)值目標(biāo):1.通過(guò)了解合成氨的全過(guò)程，可以激發(fā)學(xué)生愛(ài)科學(xué)、探索科學(xué)的熱情。2.通過(guò)合成氨前景的展望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科中邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)深刻的科學(xué)美。（二）教學(xué)知識(shí)點(diǎn)本節(jié)以氨的合成為重點(diǎn)，闡述合成原理，并對(duì)一些合成塔、合成流程進(jìn)行分析對(duì)比。然后對(duì)現(xiàn)代合成氨工廠的一些問(wèn)題如原料線路、大型化、綜合利用等,著重從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度作一些分析。并將氨合成反應(yīng)的特點(diǎn)與二氧化硫催化氧化比較，主要是在催化劑允許的溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)化率很低，必須采用高壓來(lái)提高轉(zhuǎn)化率;必須采用循環(huán)流程以提高原料利用率。合成氨的生產(chǎn)是消耗能量的生產(chǎn)，它所用的原料恰好又都是能源，因此節(jié)省能源是合成氨生產(chǎn)的又一突出的特點(diǎn)。（三）重點(diǎn)難點(diǎn)(1)教學(xué)重點(diǎn):應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件。(2)教學(xué)難點(diǎn):氨合成工藝條件的優(yōu)化（四）思政資源(1)思想政治教育素材:在教學(xué)中以學(xué)生為中心，采取引導(dǎo)啟發(fā)和歸納概況相結(jié)合的教學(xué)方法,借助多媒體課件和板書結(jié)合引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體能動(dòng)性，并且圍繞知識(shí)傳輸、能量培養(yǎng)、品格塑造三位一體的課程建設(shè)目標(biāo)，挖掘家國(guó)情懷、社會(huì)責(zé)任、工匠精神等社會(huì)價(jià)值觀相關(guān)的思政元素融入點(diǎn),通過(guò)各種教學(xué)素材的運(yùn)用,在課堂上問(wèn)答互動(dòng)，以及課后延展作業(yè)，將思政元素貫穿到本節(jié)課的教學(xué)實(shí)施中，以潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的方式將理想信念和家國(guó)情懷有效的傳遞給學(xué)生,在傳授知識(shí)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)立德樹人的教育功能，將教書育人的使命落實(shí)在課堂教學(xué)的主渠道中。(2)思想政治教育元康:對(duì)學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行新知識(shí)的建構(gòu)，同時(shí)增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，認(rèn)識(shí)化學(xué)學(xué)習(xí)的社會(huì)價(jià)值。學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)或?qū)ι磉吺挛锏挠^察為出發(fā)點(diǎn),從生活中獲取化學(xué)知識(shí)從而體會(huì)到除了伴隨著物質(zhì)變化和能量變化以外，還可以從另一個(gè)角度研究化學(xué)反應(yīng)。在此過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)探究的重要作用，突出了科學(xué)方法教育，教會(huì)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段尋找證據(jù)并進(jìn)行合理的推理論證,最終建構(gòu)研究化學(xué)反應(yīng)的思維模型。通過(guò)合成氨教學(xué)中貫穿綠色化學(xué)思想，引導(dǎo)學(xué)生用綠色化學(xué)思想與當(dāng)今化工生產(chǎn)情況相結(jié)合。有意識(shí)、有目的地對(duì)化工基礎(chǔ)涉及的工程技術(shù)研究思想和方法進(jìn)行科學(xué)闡述和傳授,并融入相關(guān)的思想政治教育,引領(lǐng)他們樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，善于用馬克思主義的立場(chǎng)、觀點(diǎn)和方法來(lái)認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題:也要引領(lǐng)他們確立正確的歷史觀、民族觀、國(guó)家觀和文化觀，不斷增強(qiáng)學(xué)生的道路自信、理論自信、制度自信和文化自信，為每位學(xué)生播種夢(mèng)想、點(diǎn)燃?jí)粝?，讓更多學(xué)生敢于有夢(mèng)、勇于追夢(mèng)、勤于圓夢(mèng)，用中國(guó)夢(mèng)打牢青年學(xué)生的共同思想基礎(chǔ),用中國(guó)夢(mèng)激發(fā)學(xué)生的歷史責(zé)任感和使命感。四、教學(xué)方法與手段（一）教學(xué)方法1.啟發(fā)邏輯推理式教學(xué):采用現(xiàn)象揭示→提出問(wèn)題→解決問(wèn)題為主線的教學(xué)模式，層層遞進(jìn)，寓教于樂(lè)，使重點(diǎn)知識(shí)便于理解和記憶。通過(guò)學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)在科學(xué)研究過(guò)程中邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性的思維。2.項(xiàng)目教學(xué)法:先通過(guò)例子導(dǎo)入本項(xiàng)目的工作任務(wù)，根據(jù)要求布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)，演示實(shí)訓(xùn)操作方法，指導(dǎo)學(xué)生按步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。然后，在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)固液分離的相關(guān)知識(shí)。3.聯(lián)系法:通過(guò)課后習(xí)題和文獻(xiàn)閱讀等方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步對(duì)課堂內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固和加強(qiáng)，同時(shí)評(píng)價(jià)教學(xué)效果，及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，把控課堂節(jié)奏。教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)技術(shù)、技能和應(yīng)用。組織以學(xué)生為主的教學(xué)方式，分組討論、類比歸納。（二）教學(xué)手段本節(jié)采用項(xiàng)目教學(xué)法，以行動(dòng)導(dǎo)向來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，注重培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作、觀察分析、團(tuán)結(jié)合作的能力。根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，采用“問(wèn)題導(dǎo)入—演示—評(píng)價(jià)—講授—討論”的教學(xué)過(guò)程，先讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過(guò)程中熟悉相應(yīng)單元操作，然后通過(guò)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)技術(shù)、技能和應(yīng)用。組織以學(xué)生為主的教學(xué)方式，可以分組討論、類比歸納、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)探究、著重采用啟發(fā)式教學(xué)。通過(guò)前期有效備課，課堂中采用:創(chuàng)設(shè)情境，興趣導(dǎo)入→猜想與假設(shè)→合作學(xué)習(xí)，探究新知→交流探究成果，得出結(jié)論→鞏固應(yīng)用，深化規(guī)律。五、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過(guò)程專業(yè)知識(shí)與思政的融合第一部分:組織教學(xué)、回顧上節(jié)課內(nèi)容(5min)[清點(diǎn)人數(shù)、學(xué)生引課]點(diǎn)名、查看學(xué)生上課出勤情況第二部分:新課導(dǎo)入目前，中國(guó)是世界上最大的化肥生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，合成氨年生產(chǎn)能力已達(dá)4222萬(wàn)噸。但合成氦一直是化工產(chǎn)業(yè)的耗能大戶。2018年6月7日~8日，全國(guó)合成氨節(jié)能改造項(xiàng)目技術(shù)交流會(huì)在北京召開(kāi),明確了“十一五”期間合成氦節(jié)能工程在降耗、環(huán)保等方面要達(dá)到的具體目標(biāo)。會(huì)議根據(jù)“十一五”期間《合成氨能量?jī)?yōu)化節(jié)能工程實(shí)施方案》規(guī)劃，確定的這一重點(diǎn)節(jié)能工程的目標(biāo)是:大型合成氮裝置采用先進(jìn)節(jié)能工藝、新型催化劑和高效節(jié)能設(shè)備，提高轉(zhuǎn)化效率，加強(qiáng)余熱回收利用:以天然氣為原料的合成氨推廣一段爐煙氣余熱回收技術(shù)，并改造蒸汽系統(tǒng):以石油為原料的合成氨加快以潔凈煤或天然氣替代原料油改造:中小型合成氨采用節(jié)能設(shè)備和變壓吸附回收技術(shù)，降低能源消耗。煤造氣采用水煤漿或先進(jìn)粉煤氣化技術(shù)替代傳統(tǒng)的固定床造氣技術(shù)。到2010年，合成氨行業(yè)節(jié)能目標(biāo)是:單位能耗由目前的1700千克標(biāo)煤/噸下降到1570千克標(biāo)煤/噸;能源利用效率由目前的42.0%提高到45.5%:實(shí)現(xiàn)節(jié)能570萬(wàn)~585萬(wàn)噸標(biāo)煤，減少排放二氧化碳1377萬(wàn)~1413萬(wàn)噸。據(jù)了解，十多年來(lái)，我國(guó)合成氨裝置先后經(jīng)過(guò)油改煤、煤改油、油改氣和無(wú)煙煤改粉煤等多次反復(fù)的原料路線改造和節(jié)能改造，其中造氣爐、爐況監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)優(yōu)化、脫硫系統(tǒng)等技改始終是重點(diǎn)。但是，由于裝置原料路線、資源供應(yīng)、運(yùn)輸、資金與技術(shù)成熟度等諸多方面原因，合成氨節(jié)能技術(shù)改造的效果始終未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。到2004年底,合成氦單位能耗平均為1700千克標(biāo)煤/噸，噸氮平均水平與國(guó)際先進(jìn)水平相差600-700Kg標(biāo)煤。據(jù)了解，合成氨節(jié)能改造項(xiàng)目的具體實(shí)施由中國(guó)化工節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)。第三部分:新課講授[講述]一、合成氮概述（10min)【知識(shí)拓展】簡(jiǎn)單介紹我國(guó)合成氮工業(yè)的發(fā)展情況。氨的合成是人類從自然界制取含氮化合物的最重要方法。氨則是進(jìn)一步合成含氮化合物的最重要原料，而含氮化合物在人民生活中都是必不可少的。1977-1978年，世界含氮化合物產(chǎn)量為4935萬(wàn)噸氮，1980-1981則達(dá)6284萬(wàn)噸。氨除了本身可以作為肥料外，它是進(jìn)一步制取各種氮肥的原料。氮肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必不可少的，年增加率達(dá)7%。目前有氨制成的氮肥，最重要的是尿素、硝酸銨、硫酸銨、碳酸氫銨、磷酸銨等。氮用于生產(chǎn)各種氮肥約占其總產(chǎn)量的80%-90%。鑒于氮在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性，許多國(guó)家都集中主要力量解決與合成氨有關(guān)的技術(shù)和理論問(wèn)題。如高壓技術(shù)、煤的氣化、深冷技術(shù)、氣體凈制、特種鋼材、催化理論等。因此，合成氨的發(fā)展，又在理論上和技術(shù)上指導(dǎo)了其他新型的工業(yè)，如人造石油、甲醇、尿素的合成。乙烯的高壓聚合等。1.氮合成流程氨是用氫、氮合成的，所以合成氨的直接原料為氫和氮氨的生產(chǎn)過(guò)程，粗略可分成四步:原料的生產(chǎn)；原料氣的凈化；氦的合成；氮的分離。在這個(gè)原則流程中，氨的合成是核心，原料氣的生產(chǎn)和凈化工藝必須滿足氨的合成要求，氨的分離和循環(huán)氣返回合成塔的工藝，也主要是根據(jù)合成反應(yīng)的結(jié)果來(lái)確定的。除氨的合成外，其它過(guò)程的轉(zhuǎn)化率和分離率都比較高。由于氦合成的轉(zhuǎn)化率較低，反應(yīng)后的氣體經(jīng)氦分離后循環(huán)返回合成塔。在這個(gè)原則流程中，氨的合成是核心，原料氣的生產(chǎn)和凈化工藝必須滿足氨的合成要求，氦的分離和循環(huán)氣返回合成塔的工藝，也主要是根據(jù)合成反應(yīng)的結(jié)果來(lái)確定的。二、化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化—工業(yè)合成氮(20min)【引入】全國(guó)脫貧攻堅(jiān)總結(jié)表彰大會(huì)2月25日上午在北京人民大會(huì)堂隆重舉行。經(jīng)過(guò)全黨全國(guó)各族人民共同努力，在迎來(lái)中國(guó)共產(chǎn)黨成立一百周年的重要時(shí)刻，我國(guó)脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)取得了全面勝利。根據(jù)最新聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)聯(lián)合報(bào)告《非洲糧食安全和營(yíng)養(yǎng)區(qū)域概況》，非洲2.37億人處于慢性營(yíng)養(yǎng)不足狀態(tài)。所以我國(guó)完成的脫貧壯舉，為世界注入源源不斷的減貧動(dòng)能，展現(xiàn)出負(fù)責(zé)任大國(guó)擔(dān)當(dāng)。中國(guó)將一如既往，同世界各國(guó)一道，為共建一個(gè)沒(méi)有貧困、共同發(fā)展的人類命運(yùn)共同體而不懈奮斗，為人類和平與發(fā)展的崇高事業(yè)不斷作出新的更大貢獻(xiàn)。其中糧食生產(chǎn)作為脫貧攻堅(jiān)中的重要部分，如何提高糧食的產(chǎn)量就不得不提人工固氮合成氦生產(chǎn)，人工合成氦實(shí)驗(yàn)的成功令人歡欣鼓舞,它對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)際科技的重大意義是不言而喻的。自1784年發(fā)現(xiàn)氨氣以后,人們一直在研究如何利用化學(xué)方法由N和比合成NHs,但直到1913年才建成了大型合成氨廠-合成氮的工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)歷了如此漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。它不僅使兩位杰出的化學(xué)家勒夏特列和能斯特折戟蒙羞，而且使一位對(duì)人類社會(huì)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)，并因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的哈伯墮落成為助紂為虐與人民為敵的可恥下場(chǎng)。今天這節(jié)課我們就沿著科學(xué)家的足跡來(lái)體驗(yàn)工業(yè)合成氨條件的優(yōu)化選擇。[板書]化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨【設(shè)問(wèn)引入】比較兩個(gè)反應(yīng)，從工業(yè)化生產(chǎn)的角度考慮，你認(rèn)為哪一個(gè)更適合實(shí)現(xiàn)人工固氮的工業(yè)化生產(chǎn)?【交流·研討】合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng):N;(g)+3H;(g)=2NHs(g)已知298K時(shí)，AH=-92.2kJ-mol-lS=-198.2J·K'-mol'請(qǐng)根據(jù)正反應(yīng)的燴變和嫡變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行學(xué)生討論分析反應(yīng)特點(diǎn):合成氨反應(yīng)為放熱、氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減少的可逆反應(yīng).△H-TAS=-92.2kJ·mol1-298K(-198.2J·K-.moll)<0298K時(shí)，合成氨反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的?！咎釂?wèn)】只有相關(guān)的反應(yīng)原理是不夠的，假如你是一個(gè)化工廠的老板，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)你主要考慮哪些問(wèn)題?【學(xué)生討論回答】降低溫度、增大壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。增大化學(xué)反應(yīng)限度，增大化學(xué)反應(yīng)速率，另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源、原料來(lái)源、設(shè)備條件、環(huán)境保護(hù)等因素?！拘〗Y(jié)】利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)知識(shí)，從生產(chǎn)目的、選擇的依據(jù)和原則角度考慮這個(gè)問(wèn)題，選擇生產(chǎn)條件的目的是什么?選擇生產(chǎn)條件的依據(jù)是什么?【講述】如圖所示，在不同反應(yīng)溫度、壓強(qiáng)下反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，平衡混合物中氨含量的測(cè)定結(jié)果與上述理論分析結(jié)果一致。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在一定的溫度、壓強(qiáng)下，反應(yīng)物氮?dú)?、氫氣的體積比為1:3時(shí)平衡混合物中氨的含量最高?！緦W(xué)生回答】降低溫度、增大壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng),N、H體積比為1:3時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。（1）壓強(qiáng)提高壓強(qiáng)有利于提高平衡氨的濃度,也有利于加快反應(yīng)速率。同時(shí)壓力高時(shí),氨分離流程還可以簡(jiǎn)化。但高壓動(dòng)力消耗大，對(duì)設(shè)備材料和加工制造要求高:高壓和較高的溫度下,催化劑使用壽命較短。60年代以前,合成氨的壓強(qiáng)常采用32MPa。后來(lái)因能源費(fèi)用增加,才逐步降了下來(lái)。目前許多新建大型廠采用15-20MPa.有的甚至用7-8MPa。(2)溫度氮的合成是氣固催化反應(yīng),最優(yōu)的工藝條件必須根據(jù)催化劑的性能而定。催化劑對(duì)工藝條件的限制，主要是活性溫度。由于氦的合成是可逆放熱反應(yīng),最優(yōu)反應(yīng)溫度由高面低地變化著。生產(chǎn)上選用的反應(yīng)溫度就是催化劑的活性溫度(400-520℃)。(3)空間速度空間速度是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位體積催化劑的氣體量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積)單位也是m-n·h氣固催化反應(yīng)的空間速度越大,反應(yīng)時(shí)間越短。對(duì)于可逆反應(yīng),開(kāi)始反應(yīng)時(shí),反應(yīng)速率最快,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,反應(yīng)物的濃度逐漸降低和逆反應(yīng)的增加，反應(yīng)速率迅速下降。因此,空速越大,反應(yīng)時(shí)間越短，生產(chǎn)強(qiáng)度(單位時(shí)間單位容積的催化劑產(chǎn)出產(chǎn)物的量)越大?？臻g速度的倒數(shù)為平均逗留時(shí)間,例如空間速度30000的平均逗留時(shí)間是3600/30000=0.12s。空速越大，氣體流動(dòng)的阻力越大，能耗越高:空速越大，氨濃度越小，單位產(chǎn)量的氣體處理也就增加:氨分離器，循環(huán)氣壓縮機(jī)等的設(shè)備費(fèi)用都將有所增加。(4）氫氮比化學(xué)動(dòng)力學(xué)指出，氮的活性吸附是控制階段，氫氮比低于3時(shí)比較有利。實(shí)驗(yàn)證明，在32MPa、450C、催化劑粒度為1.2-2.5mm、空速為24000h'的條件下，氫氮比為2.5時(shí)，出口氨濃度最大。生產(chǎn)上為了追求高速率，同時(shí)又要保持生產(chǎn)穩(wěn)定，可以采取這種辦法:新鮮氣體的氫氮比等于3，循環(huán)氣體略低于3。(5）進(jìn)塔氣中惰氣的含量為了控制惰氣的含量不超過(guò)一定限度，生產(chǎn)上采取放掉一部分循環(huán)氣體的辦法。然而循環(huán)氣的弛放量越多，原料氣的損失也就越多。因此，進(jìn)塔氣中的最優(yōu)惰氣含量應(yīng)該在原料利用率和反應(yīng)速率的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比中確定。(6)進(jìn)口氨的含量進(jìn)合成氮塔氣體中的氮由循環(huán)氣帶入，其數(shù)量決定于氨分離的條件。氨分離的方法是降溫液化法。溫度越低，分離效果越好，循環(huán)氣中含氦越低，進(jìn)口氨濃度越小，從而可以加快反應(yīng)速度和氨產(chǎn)量，但分離冷凍量也勢(shì)必增大。在30MPa左右，進(jìn)口氨含量控制在3.2%-3.8%:15MPa時(shí)為2.8%-39%。(7）催化劑的粒徑在反應(yīng)初期，反應(yīng)溫度在440-470C范圍內(nèi)，使用粒徑0.6-3.7mm的催化劑較為合理;在反應(yīng)后期,反應(yīng)溫度在在合成氨生產(chǎn)中，達(dá)到高轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率所需要的條件有時(shí)是相互矛盾的。由理論分析再結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際（高壓對(duì)設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求和所需能耗多少、溫度對(duì)催化劑活性的影響等)討論:(1)既然降低溫度有利于（2）既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氦的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好?回答:⑴低溫雖然有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，但低溫時(shí)反應(yīng)速率低，所以生產(chǎn)中溫度不是越低越好?？紤]到催化劑活性，應(yīng)選擇適宜的溫度。(2)雖然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氦的產(chǎn)量，但是我們應(yīng)該考慮到反應(yīng)器材質(zhì)及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)，并非是越大越好?！局v述】因此，選擇合成氨的條件時(shí)，既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率，也不能只追求高反應(yīng)速率，應(yīng)該尋視以較高的反應(yīng)速率獲得適當(dāng)平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件。此外，還應(yīng)該考慮原料的價(jià)格、未轉(zhuǎn)化的合成氣的循環(huán)使用、反應(yīng)熱的綜合利用等問(wèn)題。420-440°C范圍內(nèi)，使用粒徑8-16mm的催化劑較為合理。⒉合成氮反應(yīng)的速率【過(guò)渡】在尋找最佳的生產(chǎn)條件時(shí)，除了考慮反應(yīng)的限度時(shí)，還需要研究采取哪些措施來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率?！窘涣鳌ぱ杏憽?1)結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素，思考什么條件能提高合成氨反應(yīng)的速率?(2)實(shí)驗(yàn)表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為v=kc(Nz)c5(Hz)c-(NHz)請(qǐng)你根據(jù)關(guān)系式分析:各物質(zhì)的濃度對(duì)反應(yīng)速率有哪些影響?可以采取哪些措施來(lái)提高反應(yīng)速率?(3)請(qǐng)你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對(duì)合成氦反應(yīng)速率的影響:【補(bǔ)充】除此之外，溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的速率也有顯著影響:溫度越高，反應(yīng)進(jìn)行得越快。3.結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際選擇合成氨的適宜條件/板書/3.合成氨的適宜條件(10min)【交流·研討】根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)分別采取什么措施提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率?請(qǐng)將你的建議填入下表。在合成氨生產(chǎn)中，達(dá)到高轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率所需要的條件有時(shí)是相互矛盾的。由理論分析再結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際（高壓對(duì)設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求和所需能耗多少、溫度對(duì)催化劑活性的影響等>討論:(⑴既然降低溫度有利于(⑵既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好?回答。⑴低溫雖然有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，但低溫時(shí)反應(yīng)速率低，所以生產(chǎn)中溫度不是越低越好?？紤]到催化劑活性，應(yīng)選擇適宜的溫度。(2雖然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，但是我們應(yīng)該考慮到反應(yīng)器材質(zhì)及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)，并非是越大越好?！局v述】因此，選擇合成氨的條件時(shí)，既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率，也不能只追求高反應(yīng)速率，應(yīng)該尋找以較高的反應(yīng)速率獲得適當(dāng)平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件。此外，還應(yīng)該考慮原料的價(jià)格、未轉(zhuǎn)化的合成氣的循環(huán)使用、反應(yīng)熱的綜合利用等問(wèn)題?！倦S堂檢測(cè)參考答案】1．解析:因催化劑不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，合成氦是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)。答案:B、C。2．解析:注意本題反應(yīng)方程式未配平，而工業(yè)生產(chǎn)要求成本低、原料利用率高、反應(yīng)條件相對(duì)比較溫和。答案:C。3.450°C。加快反應(yīng)速率，但溫度過(guò)高不利于So,生成，提高催化劑的活性等合理答案。常壓下SO:的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高,若采用較大壓強(qiáng)，SOz的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要的動(dòng)力更大，對(duì)設(shè)備的要求更高，成本提高很大【課程小結(jié)】(5min)為使學(xué)生鞏固舊知識(shí)并為本節(jié)課奠定基礎(chǔ)，采用提問(wèn)方式回顧化工產(chǎn)品基本流程，及合成氮應(yīng)用范圍。在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生參與到問(wèn)題中使學(xué)生進(jìn)入分析問(wèn)題，進(jìn)而要解決問(wèn)題的過(guò)程，激發(fā)其思維能力，并能積極參與到課堂中。使學(xué)生更好的認(rèn)識(shí)到人類認(rèn)識(shí)事物的過(guò)程，使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用唯物主義科學(xué)世界觀解決問(wèn)題。在授課過(guò)程中引入合成氨節(jié)能減排技術(shù)改進(jìn)，提高學(xué)生解決實(shí)際環(huán)境污染問(wèn)題的思維方法和應(yīng)用技術(shù)解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神。“綠水青山就是金山銀山”。為加深學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)的了解。讓學(xué)生了解我國(guó)合成氨工業(yè)發(fā)展歷程，目前我國(guó)合成氨工業(yè)從生產(chǎn)能力和產(chǎn)量上都位居世界前列，對(duì)他們進(jìn)行情感態(tài)度與價(jià)值觀教育。此處通過(guò)生態(tài)文明建設(shè)的教學(xué)引入,化工專業(yè)學(xué)生投入到化工行業(yè)的同時(shí)樹立崇尚自然、尊重自然的理念，增強(qiáng)學(xué)生投身生態(tài)文明建設(shè)的責(zé)任感、使命感。加強(qiáng)學(xué)生環(huán)保節(jié)能意識(shí)，使其樹立生態(tài)意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)、責(zé)任意識(shí)。形成綠色發(fā)展的環(huán)保理念通過(guò)引領(lǐng)讓學(xué)生怪得我黨的領(lǐng)導(dǎo)是打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的根本保證，中國(guó)特色社會(huì)主交制度是打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的制度優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)完備、科學(xué)規(guī)范、運(yùn)