侯德榜

中国著名化学家侯德榜主讲人：王婷婷•侯德榜（１８９０—１９７４）著名科家,杰出的化工专家,我国重化学工业的开拓者。他为祖国的化工事业奋斗终生,并发明了独特的制碱工艺他犹如一块坚硬的基石,与范旭东、陈调甫等实业家、化学家一起托起了中国现代化学工业的大厦。•侯德榜对世界化工业的最大贡献主要有3点：一是他揭开了苏尔维制碱法的秘密，二是他创造了中国人自己的制碱工艺侯氏制碱法，三是他为中国小化肥工业的发展做出了不可磨灭的贡献。•侯德榜，字致本，1890年8月9日（清光绪十六年农历六月二十四日）生于福建省闽侯县一个普通农家。自幼半耕半读，勤奋好学，有“挂车攻读”美名。一、苦读侯德榜故居“挂车攻读”有美名•侯德榜勤奋好学。为了学习、劳动两不误，他在学堂认真听、读、背、写，课后就参加劳动，以减轻体弱多病的父亲的重负，劳动之余再抓紧时间读书，这使侯德榜从小就有一种时间的紧迫感，他在放牛时带着书，车水时也诵读不已，甚至在帮妈妈做饭烧火时也口中念念有词。有一次，祖父找德榜问事，走出村外，远远看到他伏在水车上车水。祖父一边走一边高声喊他，可德榜始终置若罔闻。祖父生气了，正要申斥，却听见德榜的读书声：“归去来兮，田园将芜胡不归。既自以心为形役，奚惆怅而独悲??”祖父大为惊愕：“这不是五柳先生的文章吗？我没教过，他怎么已能朗朗成诵？”原来德榜一边在车水，一边在自学从姑妈家借来的《古文观止》呢！这“挂车攻读”的故事一时传为佳话。•1903年，13岁的侯德榜在姑妈资助下，进入一所美国办的教会中学—福州英华书院就读，他目睹外国工头蛮横欺凌我码头工人，耳闻美国的旧金山种族主义者大规模迫害华侨、驱逐华工等令人发指的消息，使之产生了强烈的爱国心，通过与老师的交谈后决心以用科学和工业拯救苦难的祖国1906年，侯德榜因参加反美示威罢课，被校方开除，转入另一所中学就读。1907年，他因成绩优异被保送到上海闽皖铁路学堂，1911年，侯德榜弃职考入北平清华留美预备学堂•1913年，清华学校公布第一批高等毕业生名单，侯德榜等16人赴美留学。•20世纪初期化工在世界上是一门方兴未艾的学科。侯德榜看到化学能将物质转化之理，综宏析微，是认识自然、改造自然的钥匙。发展化学工业，福国利民，是振兴中华的基础，他对化工发生了浓厚的兴趣。于是，放弃铁路工程，改学化工，到美国东海岸波士顿著名的麻省理工学院学习化工科。侯德榜在图书馆、实验室探索、钻研了4年，以优异的成绩于1917年获得学士学位。•大学毕业后，侯德榜鉴于祖国盛产皮毛，但皮毛工艺落后，亟待改进，于是又进入普拉特专科学院专修制革化学，后又入哥伦比亚大学继续研究制革，攻读硕士学位和博士学位。博士论文《铁盐鞣革法》，由于突破了铬盐鞣革的传统，得到国际制革界的好评。•侯德榜在美八载寒窗，当他领到博士证书时，已经30出头了。二、投身永利•纯碱即苏打，化学组成为Na2CO3。•纯碱是一种重要的化工原料，玻璃、肥皂、纸张、花布以及许多的食品和药品的制造，都需要纯碱作原料。古时，人们用稻草、麦秸烧成灰，经清水一浸，变成一种浓浓的汁液，这便是碱液。可是，从草木灰、盐碱土、盐湖水取出的天然碱毕竟有限，越来越不能满足生活和工业的需要。探求生产碱的新途径便成为当务之急，化学制碱也就应运而生。（Na2CO3·NaHCO3﹒nH2O）纯碱（Na2CO3)碱湖天然碱？•1861年，比利时人苏尔维在前人研究的基础上进行改进，首先使氨碱法工业化获得成功，因此氨碱法又称苏尔维法。此法直接采用食盐以及氨、石灰石作为原料。苏尔维法的优点在于食盐的价格便宜，反应所需要的氨和石灰石都可在生产过程中回收循环使用，所以产品成本较低，而且产品纯度较高，原料食盐的利用率较高，一般可达到70％。欧洲大陆各国和英美诸邦便发起组织苏尔维公会，垄断苏尔维制碱技术，对外保密极严，重要机器设备图样只向会员国公开。非会员国想得到苏尔维制碱法是不可能的。氨碱法制纯碱的化学反应原理•其化学反应原理是：先把氨气通入食盐水，然后向氨盐水中通二氧化碳，生产溶解度较小的碳酸氢钠。•NaCl(饱和)＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl•将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。•2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑•放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。•CaO＋H2O＝Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O•1920年，侯德榜收到一封来自祖国的不寻常的信件，寄信人是爱国实业家范旭东先生，当时，正值第一次世界大战后的欧亚交通受阻时期。中国一向依赖进口的洋碱断了来源，国计民生受到严重影响，范旭东先生决心在塘沽久大精盐公司的基础上创办永利制碱公司并进一步发展中国自己的制碱工业，可是苦于当时国内没有专业人才，于是他发信给在美国留学的侯德榜，恳请他回国共同振兴祖国的民族工业。就这样侯德榜怀着工业救国的远大抱负，毅然放弃自己热爱的制革专业，回到阔别8年的祖国。范旭东先生揭开苏尔维制碱法的秘密•回国后，出任范旭东创办的永利碱业公司的技师长（即总工程师）。他深刻地体会到创业之艰难。要创业首先需要实干的精神。他脱下了白领西服，换上了蓝布工作服和胶鞋，身先士卒，同工人们一起操作。哪里出现问题，他就出现在哪里，经常于得浑身汗臭，衣服中散发出酸味、氨味。他这种埋头苦干的作风赢得了工人们、甚至外国技师的赞赏和钦佩。在他的带领下，技师、工人们团结一心，为建成中国自己的碱厂而奋战。••虽然索尔维制碱法的原理很简单，但是具体的生产工艺却为外国公司所垄断，所以侯德榜要掌握此法制碱，得完全靠自己进行摸索，在试生产中困难重重，例如干燥锅结疤了，浑圆的铁锅在高温下停止了转动，时间长了后果是很严重的。技师们都急得团团转，这时候侯德榜果敢地拿起玉米棒子粗的大铁杆往下捅，操起10一15公斤重的铁杆上下捅可不比举重运动员举杠铃轻松，累得他双眼直冒金星，汗水湿透了工装。不久他觉得单靠力气难于解决这一技术问题，经过大家商量，他们采用加干碱的办法终于使锅底上的碱疤脱水掉下来，总算克服了困难。•侯德榜奋不顾身地把全部身心都扑到了生产上，从调换碳酸化塔的水管，另行设计分解炉，到多次加强冷却设备，改造过滤机以及处理不断发生的生产故障，他都以探索者的勇气、生产者的细心和科学家的严谨来对待。经过紧张而又辛苦的几个寒暑的奋战，侯德榜终于掌握了索尔维制碱法的各项技术要领。1924年8月13日，永利碱厂正式投产。正当大家兴高彩烈地等待雪白的纯碱从烘烧干燥炉中出来时，出现在眼前的却是暗红色的纯碱。怎么回事？这无形给大家泼了一盆冰水。永利碱厂•作为总工程师的侯德榜冷静地去寻找事故的原因。经过分析他很快就发现纯碱变成暗红色是由于铁锈污染所致。随后他们以少量硫化钠和铁塔接触，致使铁塔内表面结成一层硫化铁保护膜。再生产时纯碱变成纯白色了。日产180吨纯碱的永利碱厂终于矗立在中国大地上。1926年，永利碱厂生产的“红三角”牌纯减在美国费城举办的万国博览会上荣获了金质奖章。这一袋袋的纯碱是中华民族的骄做，它象征着中国人民的志气和智慧。•摸索到素尔维制碱法的奥秘，本可以高价出售其专利而大发其财，但是和范旭东一样，侯德榜主张把这一奥秘公布于众，让世界各国人民共享这一科技成果。为此侯德榜继续努力工作，把制碱法的全部技术和自己的实践经验写成专著《纯碱制造》于1932年在美国以英文出版。一个有骨气的中国人就是这样披露了素尔维制碱法的奥秘。英文版《纯碱制造》封皮三、再展化工一翼•三酸二碱是化学工业的基本原料，仅能生产纯碱显然是不行的。在永利碱厂投入正常运行后，永利公司计划筹建永利硫酸铵厂。这个厂可以同时生产氨、硫酸、硝酸和硫酸铵。建厂的重担自然又落在侯德榜的肩上。建造硫酸铵厂与当年永利碱厂的开创不一样，不存在技术保密的问题，所面临的关键问题是怎么引进国外技术和选购设备，争取投资少而见效快。为此侯德榜对整个计划作了周密的调查研究。范旭东、侯德榜•侯德榜时时处处表现出高度的事业心和可贵的献身精神。在纽约期间，一度患很重的“枯草热”，夜间因鼻塞呼吸困难而失眠，白日精神疲倦，仍天天坚持工作到深夜。也是同一时期，国内政府日见腐败，母亲去世，他在给友人的一封信中曾写道：这些事，“无一不令人烦闷，设非隐忍顺应，将一切办好，万一功亏一篑，使国人从此不敢再谈化学工程，则吾等成为中国之罪人。吾人今日只有前进，赴汤蹈火，亦所弗顾，其实目前一切困难，在事前早已见及，故向来未抱丝毫乐观，只知责任所在，拼命为之而已。”这就是侯德榜事业心的生动写照。•1937年之初，在侯德榜、范旭东及全厂员工的努力下，硫酸铵厂首次试车成功。侯德榜“拼命为之”的又一事业成功了。•铵厂的设计，应该自成系统，完整合理，引进技术要完全立足于国情，而不是照搬外国的成套设备。在采购设备中，侯德榜精打细算。凡是国内能够保证质量的，就自己动手在国内解决。进口外国设备时，他巧妙地利用了各国厂商之间的竞争，选择适用又价廉的设备，对若干关键设备，更是力主择优。在与外商谈判和选购设备时，侯德榜相当机智，如制硫酸的全套设备是从美国买的，在买下这套设备的同时，侯德榜顺便索要了硫酸铵的生产工艺图纸。掉过头来，他又从另一家工厂以废钢铁的价格买下一套硫酸铵生产设备（时至今日还在运转）。这种精明能干连美国的许多经理都佩服。永利三杰四、侯氏制碱法•1937年。日本侵华的战火伸向上海、南京。位于南京的硫酸铵厂作为亚洲第一流的化工厂，令日本侵略者垂涎三尺，日本侵略者看到永利公司的军事价值，年产一万吨硝酸，可以制造几万吨烈性炸药。他们派人企图收买范旭东和侯德榜。范、侯明确地表示：“宁肯给工厂开追悼会，也决不与侵略者合作”侵略者加大压力。甚至派飞机对碱厂进行狂轰滥炸。在战火逼近的情况下，侯德榜当机立断，布置技术骨干和老工人转移，组织重要机件设备拆运西迁。••1938年，侯德榜率西迁的全部员工在四川岷江岸边的五通桥建设永利川西化工厂。新厂采取什么工艺是首先要考虑的。制碱的主要原料食盐，在川西只能来源于深井中的盐卤浓缩。盐卤浓度低，所以食盐的成本很高。加上索尔维法的食盐转化率不高（只有70％），这就进一步提高了制碱的成本。固此继续采用索尔维制碱法，生产就难以维持。侯德榜经过调查，决定改进索尔维法开创制碱新路，他总结了索尔维法的优缺点，认为这方法的主要缺点在于，两种原料组分只利用了一半，即食盐（NaCl）中的钠和石灰（CaCO3)中的碳酸根结合成纯碱（NaCO3）另一半组分食盐中的氯和石灰中的钙结合成了CaCl2，却没有用途。•针对以上生产中不可克服的种种缺陷，侯德榜创造性地设计了联合制碱新工艺。这个新工艺是把氨厂和碱厂建在一起，联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来，作为化工产品或化肥。食盐溶液又可以循环使用。•为了实现这一设计，在1941一1943年抗日战争的艰苦环境中，在侯德榜的严格指导下，经过了500多次循环试验，分析了2000多个样品后，才把具体工艺流程定下来，这个新工艺使食盐利用率从70％一下子提高到96％，也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵，解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难题。这方法把世界制碱技术水平推向了一个新高度，赢得了国际化工界的极高评价。1943年，中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏联合制碱法”。侯德榜和他的妻子•联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤