2.1 材料与化工在线视频

大家好

我们现在开始学习第二章

材料与化工伦理

先来看第一节材料与化工

本节我们将为大家介绍

材料与化工的定义

材料与化工中的安全和环保问题

材料与化工应该如何定义呢

首先我们明确两个概念

材料工程与化学工程

材料工程是研究 开发 生产

和应用金属材料

无机非金属材料

高分子材料

和复合材料的工程领域

材料学科是研究材料的

组织结构 性质 生产流程

和使用效能

以及它们之间的相互关系

集物理学 化学 冶金学等

于一体的科学

材料科学是一门与工程技术

密不可分的应用科学

化学工程是研究化学工业

和其他过程工业生产中

所进行的化学过程

和物理过程共同规律的

一门工程学科

化工学科要从民生 经济

安全和绿色属性出发

向高新技术领域

和国家需求的领域拓展

由学科上升到科学层面

形成从定性到定量

从单元到系统

从自控到智能的化学工程科学

材料工程与化学工程

是两个学科方向

但彼此学科之间

有交叉融合的部分

徐院士对交叉学科

“材料与化工”是这样描述的

材料工程与化学工程的有机结合

用化学工程的理论和方法

指导材料制备的工程化

基于新材料发展新的

化学工程技术与理论

以化学工程为核心

实现与环境 材料 资源 信息等

各个领域的交叉融合

从而在重要产业领域发挥作用

我们可以把这个描述

作为材料与化工的定义

工程伦理是大家所熟悉的课程名称

而我们这门课

定名是“材料与化工伦理”

为了更好的理解课程

我们要阐述一下

材料与化工和工程之间的关系

先看工程

工程包括广义和狭义两种定义

广义工程强调众多主体参与的社会性

比如说“希望工程”等

而我们通常说的工程是狭义工程

主要指针对物质对象的

与生产实践密切联系

运用一定的知识和技术

得以实现的人类活动

比如金字塔 长城 建筑

探月工程 基因工程等

都可以归类到工程范畴

材料与化工隶属于工程范畴

但是范围涵盖要比工程窄

主要包含材料 化学

和与之相关的工程活动

确切的说重点在于用化学工程

和过程工艺的方法

实现新材料的合成制备与加工过程

是材料工程和化学工程的有机结合体

材料与化工领域

当前主要集中在新材料的制备与应用上

比如新型的材料

二维石墨烯 MOF Mxenes材料

先进的能源材料 膜材料等

从实验室如何走向大规模生产

再到应用过程

就属于材料与化工的研究内容

材料 化工都不是新鲜的名词

都是早就出现

经历了长达千年以上的发展和变化

我们在这里总结一下

材料与化工概念的演变

大家都知道材料的发展史

与人类的文明发展是密切相关的

甚至有一种依据

材料的发展进行断代的方法

依次将人类文明定义为石器时代

青铜时代 铁器时代

钢铁时代和新材料时代

也就是说材料历经了从

石器 陶器 青铜器 铁器 钢铁

新材料的变化

从直接使用

简单加工

到采用化学方法制备

不断发展进步

古代材料呢多为直接使用

直到铁器时代才有了

化学方法制备的雏形

而古代化工更是发展缓慢

直到火药和造纸术的出现

因此在这阶段材料与化工相关性很少

发展也缓慢

自身涵盖范围也是比较小的

工业革命之后

材料和化工都得到了飞速的发展

特别是到了第一次

第二次世界大战时期

进入了材料快速发展的时期

合金 高分子材料

复合材料相继出现

而化学工程理论和生产实践

也得到了快速的发展

单元操作比如说精馏

过滤等逐渐的成熟了

这说明近代材料与近代化工

两者已经交织在了一起

特别是高分子材料的出现与发展

离不开石油化工的发展

到了现代新材料比如能源材料

高性能复合材料等不断的出现

而化工逐渐的规模大型化

同时主要以生产新型材料为主

可以说新技术革命推动了

现代材料与现代化工的发展

材料与化工两个学科范围

不断地发展扩大

学科联系更加紧密

进一步的交叉融合

“材料与化工”的特点

我们可以描述为如下这样几点

第一这是发明而非发现

化学工业的目的

是得到物质性的产品材料

因此其主旨为发明性

而非发现性

第二应用技术为先

生产过程充分体现了科学技术的应用

而不是科学理论

第三具有不确定性和探索性

新材料的制备过程

必然包含了部分的不确定性

化工工艺过程必然有探索性

第四为需求服务

为实现人类需求进行创新和创造

第五规模效应

现代化工已经向规模化 集团化发展

产生了广泛的社会效应

同时呢它也对自然环境

产生了较大程度地影响

为了更好地认识“材料与化工”

我们尝试着

从多个维度出发去理解掌握它

从技术维度来看

材料与化工集先进应用技术于大成

从管理维度上来看

材料与化工是理论 方法

和实践的高度协同

从经济维度看

材料与化工要考虑生产成本

产品价值和生产方法的经济性

从生态维度看

材料与化工要进行环境保护

避免对生态地影响

从责任维度看

科技的进步促使化工进步

而化工的本质包括价值和责任

要构建“未来责任”

以保全人类与自然的可持续发展

作为未来责任的终极目标

从伦理维度看

材料与化工领域的工程师

要遵守职业伦理

正当的行事

从安全维度看

必须确保生产平稳进行

从社会维度看

协调企业 社区 员工关系

处理不同群体的利益关系

对材料与化工概念进行解读之后

我们下面来讲解材料与化工中的

安全 环保问题

安全问题是第一位的

化工生产中涉及到了危险化学品化学反应

高温高压环境等危险因素

生产 储存 运输过程中

均存在着安全风险

一旦出现安全事故

涉及的范围广危害大

我们看这样两个例子

在2019年3月21日

江苏盐城响水陈家港镇

天嘉宜化工有限公司的

化学储罐爆炸事故

波及到了周边的16家企业

事故共造成了78人死亡

76人重伤640人住院治疗

直接经济损失19.86亿元

调查结果显示事故的直接原因

是天嘉宜公司旧固废库内

长期违法储存了硝化废料

持续积热升温导致了自燃

燃烧引发了爆炸

这是典型的化工类企业安全事故

另一起2018年11月28日

河北省张家口中国化工集团盛华化工公司

氯乙烯泄漏扩散到厂外区域

遇到火源之后呢发生了爆燃

造成24人死亡 21人受伤

38辆大货车和12辆小型车损毁

截止2018年12月24日

直接经济损失达到了4100多万元

经调查认定

河北张家口中国化工集团盛华化工公司

“11·28”重大爆燃事故

是一起重大危险化学品爆燃的责任事故

由上面两个例子

我们可以了解到

材料与化工领域一旦出现安全事故

涉及的范围广危害大

而安全事故的发生

往往都存在着严重的责任伦理

安全伦理问题

材料与化工领域的另一问题是环保问题

化工生产中“三废”

包括了废渣 废液和废气

三废的排放对环境和生态

都造成了较大的破坏

我们在这里也举两个例子

2005年11月13日

中国石油天然气股份有限公司

吉林石化分公司

双苯厂硝基苯精馏塔发生了爆炸

引发松花江水污染事件

这是一起特大的生产安全责任事故

和特别重大的水污染责任事件

我们将会在环境伦理章节详细地进行讲解

2016年全国城市空气质量排名

74个城市中倒数前十名中

河北省占了7席

这与河北省的钢铁企业众多的原因

是密不可分的

之后几年

河北省关停了大量的“小钢厂”

特别是《京津冀及周边地区2017-2018年

秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》

实施以来

PM2.5浓度削减成果显著

2019年全国城市空气质量排名

168个重点城市

倒数前十名河北仅剩了邢台 石家庄

邯郸和唐山四座城市

空气治理效果明显

环境保护是可持续发展的重要组成部分

必须重视生态环境的保护

避免环境伦理问题的发生

材料与化工领域的安全与环保问题

根本解决途径

就是要进行化学品全生命周期管理

化工产品全生命周期

包含了产品设计开发 产品生产

产品使用和产品废弃处置

四阶段的整个生命周期

可以人为的分成产品上游 产品下游

我们来看这个全生命周期图

产品上游包括了产品设计开发

生产工艺和流程两个阶段的管理

产品下游则包括了使用过程

和废弃处置过程两个阶段的管理

还有就是要包括从产品上游

经过储存 运输过程的管理

在产品上游阶段

产品设计开发阶段

重点考虑原材料的选择

尽可能的使用可再生材料 绿色清洁能源

避免辐射污染原料 有毒原料

还要考虑没有反应的原料的回收问题

生产工艺和流程阶段推行绿色工艺

避免高温高压条件

若进行高温高压必须考虑预防措施

进行经济性考虑和清洁生产

储存 运输阶段

要求关注储存条件达标

标明消防条件 确保运输安全

在产品下游阶段

产品的使用过程要保证功能性完好

避免释放有毒有害物质

寿命尽可能长

废弃处置阶段要充分进行回收再利用

推行循环经济

无法回收的物质尽量实现易降解处理

通过化工产品全生命周期管理

实现材料与化工领域的安全与环保

本节我们讲解了材料与化工的概念

发展 与工程之间的关系

介绍了材料与化工领域中

经常出现的安全与环保问题

并提出了解决途径

谢谢大家