從化工熱力學(xué)教學(xué)談“節(jié)能減排”意識(shí)的培養(yǎng)

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(xué)教學(xué)中如何強(qiáng)化“節(jié)能減排”意識(shí)的措施：在緒論課教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立“節(jié)能減排”的意識(shí)；教學(xué)內(nèi)容始終貫穿“節(jié)能減排”理念；注意與后續(xù)課程的銜接，在實(shí)習(xí)及畢業(yè)環(huán)節(jié)教學(xué)中繼續(xù)強(qiáng)化“節(jié)能減排”的意識(shí)，促進(jìn)理論聯(lián)系實(shí)際，注重對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。通過(guò)教與學(xué)雙方共同努力，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排；化工熱力學(xué)；素質(zhì)教育

中圖分類號(hào)：G641 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）50-0148-02

《化工熱力學(xué)》的概念較抽象，理論性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)有一定的難度。但是，它所研究和解決的都是化工生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。其中，物料衡算、熱量衡算、功的計(jì)算均為化學(xué)工程師的基本功；相平衡計(jì)算是分離設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，教學(xué)過(guò)程中不但要教學(xué)生學(xué)知識(shí)，更要注重教學(xué)生學(xué)方法，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。2014年世界地球日的主題是“珍惜地球資源 轉(zhuǎn)變發(fā)展方式——節(jié)約集約利用國(guó)土資源共同保護(hù)自然生態(tài)空間”。今年是第48個(gè)世界地球日，主題為“節(jié)約集約利用資源 倡導(dǎo)綠色簡(jiǎn)約生活——講好我們的地球故事”。在低碳意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈的今天，低碳生活倡導(dǎo)人們從點(diǎn)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(hù)自然生態(tài)空間?；崃W(xué)教學(xué)中如何強(qiáng)化“節(jié)能減排”的意識(shí)，值得大家深思。本文旨在拋磚引玉，對(duì)化工熱力學(xué)教學(xué)如何體現(xiàn)“節(jié)能減排”、倡導(dǎo)低碳生活、保護(hù)資源與環(huán)境等提出了相應(yīng)的措施和建議。希望對(duì)其他學(xué)科的教學(xué)亦有所啟迪。

一、在緒論課教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立“節(jié)能減排”的意識(shí)

通過(guò)緒論課教學(xué)，不但讓學(xué)生了解熱力學(xué)的主要內(nèi)容及其分支、化工熱力學(xué)的研究方法、本課程的內(nèi)容安排、化工熱力學(xué)中的數(shù)學(xué)方法等，還要引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立“節(jié)能減排”的意識(shí)。

熱力學(xué)的內(nèi)容可以概括為三個(gè)E：Energy（Enthalpy即焓）、Entropy（熵S）及Equilibrium（平衡）。其中前兩個(gè)E討論能量的守恒、轉(zhuǎn)化的方向和限度。合理地利用能源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境關(guān)系到社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。教學(xué)中可以通過(guò)設(shè)問(wèn)的形式引起學(xué)生的重視，比如為什么要節(jié)能？全世界不可再生化石燃料的消耗占90%；中國(guó)50%的能源需要進(jìn)口；中國(guó)人均能源消費(fèi)不到世界平均水平的50%；中國(guó)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(gè)E研究平衡問(wèn)題，包括相平衡和化學(xué)平衡。比如二氧化碳減排的緊迫性：全球氣候轉(zhuǎn)暖，導(dǎo)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(zhì)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(zhì)-H2O體系等。在今后工作中，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)要選擇綠色、環(huán)保工藝路線?？梢越o學(xué)生提出問(wèn)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(shù)？萃取劑為何常選CO2？等等。通過(guò)這些問(wèn)題引起學(xué)生對(duì)“節(jié)能減排”的關(guān)注。

二、教學(xué)內(nèi)容始終貫穿“節(jié)能減排”理念

在講解熱力學(xué)第一、第二定律的應(yīng)用時(shí)，除了注意緊密聯(lián)系化工生產(chǎn)實(shí)際，還應(yīng)注意強(qiáng)化貫徹“節(jié)能減排”理念。比如在講解熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用時(shí)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?。扛邏赫羝偷蛪赫羝膫€(gè)適合做功，哪個(gè)適合供熱？在講解熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用時(shí)講到蒸汽動(dòng)力循環(huán)，聯(lián)系到現(xiàn)在中型以上的化工廠都有自己的發(fā)電廠，為什么？是為了自己發(fā)電不受別人制約嗎？還是為了能源的合理利用？化工企業(yè)離不開(kāi)鍋爐產(chǎn)生蒸汽，用蒸汽作為熱源供給工藝過(guò)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(chǎn)生200℃的飽和蒸汽，傳熱溫差高達(dá)1000℃以上，顯然能量利用是不合理的，如果改成高壓鍋爐，產(chǎn)生500℃的蒸汽，傳熱溫差縮小，循環(huán)的熱力學(xué)效率提高，即傳熱過(guò)程能量損耗減少。高壓蒸汽作為動(dòng)力帶動(dòng)汽輪機(jī)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，根據(jù)化工生產(chǎn)需要背壓到某一壓力再作為工藝蒸汽使用，達(dá)到能量的梯級(jí)利用：高級(jí)能量用于做功，低級(jí)能量用于供熱。在講到蒸汽壓縮制冷循環(huán)時(shí)，聯(lián)系到冰箱、空調(diào)如何省電？低溫?zé)嵩礈囟仍礁?，循環(huán)的制冷系數(shù)越大，所以，26℃時(shí)如果不做劇烈運(yùn)動(dòng)，人就不會(huì)出汗了，沒(méi)必要非要把空調(diào)開(kāi)到18℃。冬天取暖，空調(diào)的制熱系數(shù)大于1，而用電爐取暖，由電轉(zhuǎn)變成熱是1比1轉(zhuǎn)化，而全國(guó)火力發(fā)電廠的平均熱效率不足40%，所以用電爐取暖能量利用嚴(yán)重不合理！在講解過(guò)程的方向性時(shí)提問(wèn)：為什么治理環(huán)境污染要比污染環(huán)境難得多？

在熱力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，及時(shí)提醒每位同學(xué)：在日常生活中一定要注意節(jié)水、節(jié)電。這不僅僅是節(jié)約了電費(fèi)、水費(fèi)，而是關(guān)系到節(jié)約資源、能源和保護(hù)環(huán)境的問(wèn)題。因?yàn)槲覀儑?guó)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(huì)引起環(huán)境污染。讓學(xué)生清楚地意識(shí)到：只有牢固樹(shù)立“節(jié)能減排”意識(shí)，從日常生活做起，注意節(jié)約每一滴水、每一度電，并將“節(jié)能減排”理念帶到今后的工作中去，在做一項(xiàng)決策前必須要問(wèn)：能量利用合理嗎？是否環(huán)保？只有人人具有責(zé)任感、使命感，才能保證我們的國(guó)家可持續(xù)發(fā)展！

三、實(shí)習(xí)及畢業(yè)環(huán)節(jié)教學(xué)中繼續(xù)強(qiáng)化“節(jié)能減排”意識(shí)

1.生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)中繼續(xù)強(qiáng)化“節(jié)能減排”意識(shí)。為了使學(xué)生牢固樹(shù)立“節(jié)能減排”的意識(shí)，在實(shí)習(xí)教學(xué)中要讓學(xué)生問(wèn)兩個(gè)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(dǎo)教師應(yīng)結(jié)合實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)例，聯(lián)系化工熱力學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行提問(wèn)、講解，從而加深學(xué)生的理解與記憶。比如氯堿廠燒堿蒸發(fā)工段采用三效順流蒸發(fā)工藝：生蒸汽作為一效蒸發(fā)器的熱源，將其冷凝水通過(guò)閃蒸器可回收一部分蒸汽，和一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽合并作為二效蒸發(fā)器的熱源，二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽作為三效蒸發(fā)器的熱源，一效、二效蒸發(fā)器的冷凝水再作為熱源預(yù)熱電解液，為什么不是三效全部用生蒸汽作為熱源呢？實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)，諸如此類的例子不勝枚舉。指導(dǎo)教師要啟發(fā)學(xué)生通過(guò)回憶所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)熱力學(xué)概念的理解與記憶，更有利于強(qiáng)化“節(jié)能減排”的意識(shí)，做到理論與實(shí)際有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。endprint

2.在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)中進(jìn)一步強(qiáng)化“節(jié)能減排”的意識(shí)。為了讓學(xué)生牢固樹(shù)立“節(jié)能減排”意識(shí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)中要進(jìn)一步強(qiáng)化“節(jié)能減排”的意識(shí)。在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，要提醒學(xué)生選擇“綠色”生產(chǎn)工藝，并注意“節(jié)能減排”及“三廢治理”等問(wèn)題。為了引起學(xué)生的高度重視，在畢業(yè)答辯過(guò)程中要對(duì)針對(duì)有關(guān)“節(jié)能減排”的問(wèn)題進(jìn)行提問(wèn)，比如：你所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝采取了哪些節(jié)能措施？工藝中的“三廢”是如何治理的？等等，使學(xué)生強(qiáng)烈地認(rèn)識(shí)到“節(jié)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(huì)、節(jié)約型社會(huì)，為子孫后代造福。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在化工熱力學(xué)教學(xué)過(guò)程中要讓學(xué)生牢固樹(shù)立“節(jié)能減排”的意識(shí)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，通過(guò)化工熱力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生不但學(xué)到熱力學(xué)知識(shí)，更重要的是提升他們的綜合素質(zhì)。教學(xué)過(guò)程中還要注意與后續(xù)課程的銜接，在生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)過(guò)程中進(jìn)一步強(qiáng)化“節(jié)能減排”的意識(shí)，促進(jìn)理論聯(lián)系實(shí)際。學(xué)生參加全國(guó)化工設(shè)計(jì)大賽時(shí)非常注重節(jié)能環(huán)保，連年獲得一等獎(jiǎng)。實(shí)踐證明，通過(guò)教與學(xué)雙方的努力，畢業(yè)生走向工作崗位后能夠把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)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