從化工熱力學教學談“節能減排”意識的培養

胡琳娜　康彥芳　王淑芳　趙茜　李芳

摘要：本文提出了化工熱力學教學中如何強化“節能減排”意識的措施：在緒論課教學中引導學生樹立“節能減排”的意識；教學內容始終貫穿“節能減排”理念；注意與后續課程的銜接，在實習及畢業環節教學中繼續強化“節能減排”的意識，促進理論聯系實際，注重對學生綜合能力的培養。通過教與學雙方共同努力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：節能減排；化工熱力學；素質教育

中圖分類號：G641 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）50-0148-02

《化工熱力學》的概念較抽象，理論性強，學生學習起來有一定的難度。但是，它所研究和解決的都是化工生產中的實際問題。其中，物料衡算、熱量衡算、功的計算均為化學工程師的基本功；相平衡計算是分離設備設計的基礎。因此，教學過程中不但要教學生學知識，更要注重教學生學方法，提高學生分析問題、解決問題的能力。2014年世界地球日的主題是“珍惜地球資源 轉變發展方式——節約集約利用國土資源共同保護自然生態空間”。今年是第48個世界地球日，主題為“節約集約利用資源 倡導綠色簡約生活——講好我們的地球故事”。在低碳意識越來越強烈的今天，低碳生活倡導人們從點滴做起，減少生活中的能量消耗，從而減低二氧化碳的排放量，保護自然生態空間。化工熱力學教學中如何強化“節能減排”的意識，值得大家深思。本文旨在拋磚引玉，對化工熱力學教學如何體現“節能減排”、倡導低碳生活、保護資源與環境等提出了相應的措施和建議。希望對其他學科的教學亦有所啟迪。

一、在緒論課教學中引導學生樹立“節能減排”的意識

通過緒論課教學，不但讓學生了解熱力學的主要內容及其分支、化工熱力學的研究方法、本課程的內容安排、化工熱力學中的數學方法等，還要引導學生樹立“節能減排”的意識。

熱力學的內容可以概括為三個E：Energy（Enthalpy即焓）、Entropy（熵S）及Equilibrium（平衡）。其中前兩個E討論能量的守恒、轉化的方向和限度。合理地利用能源、保護生態環境關系到社會的可持續發展。教學中可以通過設問的形式引起學生的重視，比如為什么要節能？全世界不可再生化石燃料的消耗占90%；中國50%的能源需要進口；中國人均能源消費不到世界平均水平的50%；中國的能源利用率僅是世界平均水平的50%；化工是耗能大戶，僅次于冶金。第三個E研究平衡問題，包括相平衡和化學平衡。比如二氧化碳減排的緊迫性：全球氣候轉暖，導致南北極冰山融化，海平面已上升了0.10—0.25m。二氧化碳地質減排需要研究如下體系的相平衡：CO2-H2O體系；CO2-NaCl-H2O體系；CO2-NaCl-KCl-H2O體系；CO2-多元電解質-H2O體系等。在今后工作中，新產品的開發要選擇綠色、環保工藝路線。可以給學生提出問題比如：為何從天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超臨界萃取技術？萃取劑為何常選CO2？等等。通過這些問題引起學生對“節能減排”的關注。

二、教學內容始終貫穿“節能減排”理念

在講解熱力學第一、第二定律的應用時，除了注意緊密聯系化工生產實際，還應注意強化貫徹“節能減排”理念。比如在講解熱力學第一定律的應用時講到焓的概念，處于同一溫度下的水蒸汽，壓力越高其焓值越大還是越小？高壓蒸汽和低壓蒸汽哪個適合做功，哪個適合供熱？在講解熱力學第二定律的應用時講到蒸汽動力循環，聯系到現在中型以上的化工廠都有自己的發電廠，為什么？是為了自己發電不受別人制約嗎？還是為了能源的合理利用？化工企業離不開鍋爐產生蒸汽，用蒸汽作為熱源供給工藝過程使用，但一般只需要中壓甚至是低壓鍋爐，而煤燃燒的溫度約為1300℃，如果僅產生200℃的飽和蒸汽，傳熱溫差高達1000℃以上，顯然能量利用是不合理的，如果改成高壓鍋爐，產生500℃的蒸汽，傳熱溫差縮小，循環的熱力學效率提高，即傳熱過程能量損耗減少。高壓蒸汽作為動力帶動汽輪機，從而帶動發電機發電，根據化工生產需要背壓到某一壓力再作為工藝蒸汽使用，達到能量的梯級利用：高級能量用于做功，低級能量用于供熱。在講到蒸汽壓縮制冷循環時，聯系到冰箱、空調如何省電？低溫熱源溫度越高，循環的制冷系數越大，所以，26℃時如果不做劇烈運動，人就不會出汗了，沒必要非要把空調開到18℃。冬天取暖，空調的制熱系數大于1，而用電爐取暖，由電轉變成熱是1比1轉化，而全國火力發電廠的平均熱效率不足40%，所以用電爐取暖能量利用嚴重不合理！在講解過程的方向性時提問：為什么治理環境污染要比污染環境難得多？

在熱力學教學過程中，及時提醒每位同學：在日常生活中一定要注意節水、節電。這不僅僅是節約了電費、水費，而是關系到節約資源、能源和保護環境的問題。因為我們國家能源消耗以煤為主，煤為不可再生資源，其燃燒要排放二氧化碳、二氧化硫、灰塵等，會引起環境污染。讓學生清楚地意識到：只有牢固樹立“節能減排”意識，從日常生活做起，注意節約每一滴水、每一度電，并將“節能減排”理念帶到今后的工作中去，在做一項決策前必須要問：能量利用合理嗎？是否環保？只有人人具有責任感、使命感，才能保證我們的國家可持續發展！

三、實習及畢業環節教學中繼續強化“節能減排”意識

1.生產實習和畢業實習教學中繼續強化“節能減排”意識。為了使學生牢固樹立“節能減排”的意識，在實習教學中要讓學生問兩個為什么：工藝流程為什么這樣安排？能量利用合理嗎，為什么？指導教師應結合實習現場的實例，聯系化工熱力學所學的知識進行提問、講解，從而加深學生的理解與記憶。比如氯堿廠燒堿蒸發工段采用三效順流蒸發工藝：生蒸汽作為一效蒸發器的熱源，將其冷凝水通過閃蒸器可回收一部分蒸汽，和一效蒸發器產生的二次蒸汽合并作為二效蒸發器的熱源，二效蒸發器產生的二次蒸汽作為三效蒸發器的熱源，一效、二效蒸發器的冷凝水再作為熱源預熱電解液，為什么不是三效全部用生蒸汽作為熱源呢？實習現場，諸如此類的例子不勝枚舉。指導教師要啟發學生通過回憶所學知識，加深對熱力學概念的理解與記憶，更有利于強化“節能減排”的意識，做到理論與實際有機地聯系起來，同時也提高了學生的學習興趣。endprint

2.在畢業設計（論文）教學中進一步強化“節能減排”的意識。為了讓學生牢固樹立“節能減排”意識，在畢業設計（論文）教學中要進一步強化“節能減排”的意識。在工藝設計過程中，要提醒學生選擇“綠色”生產工藝，并注意“節能減排”及“三廢治理”等問題。為了引起學生的高度重視，在畢業答辯過程中要對針對有關“節能減排”的問題進行提問，比如：你所設計的生產工藝采取了哪些節能措施？工藝中的“三廢”是如何治理的？等等，使學生強烈地認識到“節能減排”的重要性，并把它帶到今后的工作、生活中去，還要注意影響、感染周圍的人，有助于建立和諧社會、節約型社會，為子孫后代造福。

四、結束語

綜上所述，在化工熱力學教學過程中要讓學生牢固樹立“節能減排”的意識，充分調動學生的積極性，通過化工熱力學課程的學習，使學生不但學到熱力學知識，更重要的是提升他們的綜合素質。教學過程中還要注意與后續課程的銜接，在生產實習、畢業實習、畢業設計（論文）教學過程中進一步強化“節能減排”的意識，促進理論聯系實際。學生參加全國化工設計大賽時非常注重節能環保，連年獲得一等獎。實踐證明，通過教與學雙方的努力，畢業生走向工作崗位后能夠把所學的知識應用到實際工作中，取得了可喜的成果。

Abstract：How to strengthen the awareness of the "energy conservation and emissions reduction" in teaching chemical engineering thermodynamics is discussed in the paper. Measures are put forward as follows：guiding students to set up the sense of "energy conservation and emissions reduction" in the introduction teaching；developing the "energy conservation and emissions reduction"idea through teaching contents；paying attention to the interface with the following courses to strengthen "energy conservation and emissions reduction" in graduation practice；promoting the combination of theory with practice，laying stress on nurturing students' integrated ability. With the efforts of both teachers and students，desired results have been achieved.

Key words：energy conservation and emissions reduction；chemical engineering thermodynamics；competence educationendprint