侯德榜(1890.8.9-1974.8.26),福建閩侯人,著名科學家,傑出的化工專家,中國重化學工業的開拓者,近代化學工業的奠基人。1949年出席第一屆全國政治協商會議。曾任中國化工部副部長、中國科協副主席,第一至第三屆全國人大代表。
提起碳酸鈉想必大家都不陌生,它和碳酸氫鈉是常見的兩種含碳化合物。碳酸鈉俗稱純鹼或蘇打,是白色固體,廣泛用於玻璃、造紙等工業;碳酸氫鈉俗稱小蘇打,也是白色固體,是焙制糕點所用的發酵粉的主要成分之一。碳酸鈉和碳酸氫鈉雖然都屬於鹽類,但是它們的水溶液顯鹼性,因此被用作食用鹼。
在生產生活中,食用級純鹼用於生產味精、麵食等。在工業用純鹼中,主要是輕工、建材、化學工業,約佔2/3;其次是冶金、紡織、石油、國防、醫藥及其他工業。玻璃工業是純鹼的最大消費領域,每噸玻璃消耗純鹼0.2t。
在化學工業生產中,純鹼用於制水玻璃、重鉻酸鈉、硝酸鈉、氟化鈉、小蘇打、硼砂、磷酸三鈉等。在冶金工業純鹼用做冶煉助熔劑、選礦用浮選劑,煉鋼和煉錦用做脫硫劑;在印染工業純鹼用做軟水劑;在製革工業純鹼用於原料皮的脫脂、中和鉻鞣革和提高鉻揉液鹼度;另外純鹼還用於生產合成洗滌劑添加劑三聚磷酸鈉和其他磷酸鈉鹽等。
由此可見純鹼對於國家工業的發展至關重要。
侯德榜13歲時考入美國教會在福州辦的英華書院。雖然接受西式教育,但他感到在福州的洋人對中國人不講平等,到處耀武揚威,欺辱中國人。後來,侯德榜因參加反對美國政府迫害華僑的活動被學校開除,轉人了愛國人上陳寶環開辦的中學學習。他認識到中國必須圖強,並逐步樹立起「科學救國」「實業救國」的理想。1907年,候德榜被保送到上海閩皖鐵路學校學習,畢業後在英資津浦鐵路當實習準191年,他辭去工作考入清華學校高等科。1912年從清華學校畢業後赴美留學。
20世紀初,化工在世界上還是一門方興未艾的學科。侯德榜對化工產生了濃厚的興趣,先後在麻省理工學院、哥倫比亞大學學習化工專業,經過八載寒窗苦讀,於1921年獲得製革博士學位。其博士論文《鐵鹽鞣革》被《美國製革化學師協會會刊》特予全文連載,成為製革界至今仍在引用的經典文獻之一。
1921年,侯德榜接受愛國實業家範旭東的邀請,回國擔任永利鹼業公司的總工程師。他知道創業之初需要實幹精神,於是脫下西服,換上了藍布工作服和膠鞋,同工人一起工作。經常是哪裡出現問題,他就出現在哪裡,經常幹得渾身汗臭,卻贏得了工人們甚至外國技師的讚賞和欽佩。
當時在制鹼行業,帝國主義實行技術壟斷,中國在技術方面一片空白。侯德榜認真研究,終於揭開了索爾維制鹼法的秘密,打破了洋人的技術封鎖。
1926年,永利鹼廠終於生產出合格的純鹼,命名為「紅三角」牌中國純鹼。在當年美國費城舉辦的萬國博覽會上,一舉獲得了金質獎章,被譽為「中國工業進步的象徵」。
侯德榜摸索到索爾維制鹼法的奧秘,本可以高價出售專利而大發其財,但是他並沒有這樣做。跟範旭東的想法一樣,侯德榜主張把這一秘密公布於眾,讓世界各國人民共享。
他把制鹼法的全部技術和自已的實踐經驗寫成了專著《純鹼製造》,1933年這本專著在紐約被列入美國化學會從書出版。這部化工巨著第一次徹底公開了索爾維法制鹼的秘密,被世界各國化工界公認為制鹼工業的權威專著,並相繼譯成多種文字出版,對世界制鹼工業的發展起了重要作用。美國著名化學家威爾遜稱這本書是「中國化學家對世界文明所作的重大貢獻」。直到2004年,書中的觀點還被美國科學引文索引(SCI)引用。
水利鹼廠投入正常運行後,永利公司又計劃籌建永利硫酸銨廠。侯德榜又開始了從無到有的「創業」歷程,跟外商談判,選購設備,終於在1937年,硫酸銨廠首次試車成功,並很快成為亞洲一流的化工廠。
抗日戰爭全面爆發,日軍先後3次以「廣安全」相要挾,提出「合作」管理的要求。侯德榜和同仁們大義凜然,堅持「寧舉喪,不受奠儀」,拒絕「合作」;同時積極響應抗戰,支援前線,利用工廠設施轉產硝酸銨炸藥等物資。後來,永利鹼廠遭到日本飛機轟炸,被迫遷往四川。
1938年,永利公司在四川岷江岸邊的五通橋組建永利川西化工廠,侯德榜擔任廠長兼總工程師。當時四川的條件不適於沿用索爾維制鹼法。侯德榜決心改進索爾維制鹼法,開創出更先進的技術來。他認真總結了索爾維法的優缺點,發現其缺點在於,兩種原料組分只利用了一半,即食鹽中的鈉和石灰中的碳酸根結合成純鹼,另一半組分食鹽中的氯卻和石灰中的鈣結合成了氯化鈣,沒有用途。
針對這些缺陷,侯德榜創造性地設計了聯合制鹼新技術。這個新技術是把氨廠和鹼廠建在一起,聯合生產。由氨廠提供鹼廠需要的氨和二氧化碳,母液裡的氯化銨用加入食鹽的辦法使它結晶出來,作為化工產品或化肥,食鹽溶液又可以循環使用。
聯合制鹼法於1941年研究成功,1943年完成半工業裝置試驗。這一技術是侯德榜在艱苦環境中經過500多次循環實驗,分析了2000多個樣品,才最終成功的。新工藝使得食鹽的利用率從70%一下子提高到96%,也使原來無用的氯化鈣轉化成化肥氯化銨,解決了氯化鈣佔地毀田、汙染環境的難題。該方法把世界制鹼技術水平推向了一個新高度,贏得了國際化工界的高度評價。1943年,中國化學工程師學會一致同意將這一新的聯合制鹼法命名為「侯氏聯合制鹼法」。
新中國成立後,侯德榜繼續在化工領域努力工作,他還設計了碳化法製造碳酸氫銨的新工藝,為我國的化肥工業發展作出了巨大貢獻。
侯德榜始終牢記自已是一個中國人,面對鮮花和掌聲,他平靜地說:「我的一切發明都屬於祖國!」他為中國的化學工業事業奮鬥終生,嘔心瀝血,直至生命的最後一息。
註:1861年,E·索爾維在煤氣廠從事稀氨水的濃縮工作時,在用鹽水吸收氨和二氧化碳的實驗中得到碳酸氫鈉。同年,他獲得了用食鹽、氨和二氧化碳製取碳酸鈉的工業生產方法的專利。此生產方法被稱為索爾維法,又稱氨鹼法。
1943年,侯德榜結合中國內地缺鹽的國情,對索爾維法進行改進,將純鹼和合成氨兩大工業聯合,同時生產碳酸鈉和化肥氯化銨,大大提高了食鹽利用率,是為侯氏制鹼法。
索氏制鹼法和侯氏制鹼法的主要反應均為:
NaHCO3(碳酸氫鈉,小蘇打)可溶於水,只是反應體系中碳酸氫鈉的量大於該條件下的溶解度,於是碳酸氫鈉析出。
其中,索氏制鹼法和侯氏制鹼法不同之處在於,索氏制鹼法中的氨是可以循環利用的,其副產物是氯化鈣。
而侯氏制鹼法支付的產品是碳酸鈉,副產品是氯化銨,如圖:
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