侯德榜:“侯氏制碱法”的创造者

  1961年,xxx接见竺可桢,吴有训,侯德榜等科学家。

1990年发行中国现代科学家(第二组)面额20分邮票,画面人物为侯德榜。    

       侯德榜1890年8月9日生于福建闽侯,1974年8月26日卒于北京。早年考入清华大学留学预备学堂高等科。1913年赴美国留学。1916年毕业于美国麻省理工学院化工专业,获学士学位。1919年获美国哥伦比亚大学制革硕士学位。1921年获博士学位。

       在国外留学时,侯德榜时刻怀念祖国,惦记着处于水深火热中的苦难同胞。这时候,他在纽约遇到了赴美考察的陈调甫先生。陈受爱国实业家范旭东委托,为在中国兴办碱业特地到美国来物色人才。当陈先生介绍一些列强不仅对我国采取技术封锁,而且利用我国缺碱而卡我国民族工业“脖子”的情况时,具有强烈爱国心的侯德榜马上表示,“可以放弃在美国的舒适生活,立即返回祖国,用自己的知识报效祖国。”

       1921年10月侯德榜回国后,出任范旭东创办的永利碱业公司的技师长(即总工程师)。

       碱是许多工业部门,尤其是纺织、肥皂、造纸、玻璃、火药等行业大量采用的原料。古代那种从草木灰中提取碱液,从盐湖水中取得xx碱的方法已远远不能满足现代化的需求。1775年,法国科学院曾用10万法郎的悬赏征求可工业化的制碱方法。1788年,勒布兰提出了以氯化钠为原料的制碱法,经过4年的努力,创制了一套完整的生产流程。到了1862年,比利时化学家索尔维实现了氨碱法的工业化。由于这种新方法能连续生产,产量大,质量高,省劳动力,废物容易处理,成本低廉,它很快取代了勒布兰制碱法。

       然而,掌握索尔维制碱法的公司为了独享此项技术成果,他们采取了严密的保密措施,使外人对此新技术一无所知。一些技术专家想探索此项技术秘密,大都以失败告终。不料这一秘密竟被一个中国人运用智慧摸索出来了,这个人就是侯德榜。

       1926年,永利碱厂生产的红三角牌纯碱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傲,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。他把制碱法的全部技术和自己的实践经验写成专著《制碱》,于1932年在美国以英文出版,从此揭开了素尔维制碱法的神秘面纱。

       1937年日本帝国主义发动了侵华战争,他们看中了南京的硫酸铵厂,为此想收买侯德榜,但是遭到侯德榜的严正拒绝。为了不使工厂遭受破坏,他决定把工厂迁到四川,新建一个永利川西化工厂。制碱的主要原料是食盆,也就是氯化钠,而四川的盐都是井盐,要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。由于它浓度稀,还要经过浓缩才能成为原料,这样制食盐的成本就高了。另外,苏尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高,也就是说将有30%的食盐会被白白地浪费掉,侯德榜决定不用苏尔维制碱法,而另辟新路。

       为了探索新的制碱方法,他首先分析了苏尔维制碱法的缺点,发现主要在于原料中各有一半的成分没有利用上,只用了食盐中的钠和石灰中的碳酸根,二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中的钙结合生成的氯化钙,却都没有利用上。那么怎样才能使另一半成分变废为宝呢?他设计了好多方案,但是—一都被xx了。后来他想到,能否把苏尔维制碱法和合成氨法结合起来,也就是说,制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供,滤液中的氯化铵加入食盐水,让它沉淀出来。这样氯化铵既可作为化工原料,又可以作为化肥,还可以大大提高食盐的利用率,同时又省去许多设备,如石灰窑、化灰桶、蒸氨塔等。

       侯德榜带领技术人员进行了500多次试验,分析了2000多个样品,才把试验搞成功,使设想成为了现实。其方法是:由合成氨厂提供氨和二氧化碳,以食盐为原料生产纯碱和氯化铵。将氨通入饱和盐水中,制成氨盐水,加入碳(酸)化塔中,同时通入二氧化碳在塔内进行碳酸化反应,生成碳酸氢钠,煅烧后得到纯碱产品。分离碳酸氢钠后的母液富含氯化铵,经过加氨、降温(至10~15℃)冷却析出一部分氯化铵结晶,再加入固体食盐进行盐析,可使绝大部分氯化铵结晶析出,经过滤、分离、干燥,并加入抗结块剂,即得产品氯化铵。残留氯化钠的母液送回盐水精制系统循环使用。此法是氨碱法的重大改革,利用合成氨系统排出的二氧化碳,可以省去庞大、耗能的石灰窑,也可以取消氨碱法中所用的蒸馏设备,同时获得两种工农业需要的产品——纯碱和氯化铵。这个制碱新方法被命名为“联合制碱法”,它使盐的利用率从原来的70%一下子提高到96%。此外,污染环境的废物氯化钙成为对农作物有用的化肥——氯化铵,还可以减少1/3设备,所以它的优越性大大超过了苏尔维制碱法,从而开创了世界制碱工业的新纪元。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”,又称侯氏制碱法,循环制碱法或双产品法。(摘自《经济参考报》)

附1:侯氏制碱法流程图:

附2:勒布兰制碱法

       18 世纪后期,作为欧洲工业强国的法国急需大量纯碱,但英法战争和拿破仑入侵活动使作为制碱原料的西班牙海草灰涨价并断源。1775 年法国科学院宣布以12000 法郎的巨奖征求以食盐为原料的制纯碱工艺。1791 年50 岁的外科医生勒布兰提出的方案中选。

       他的制碱法的基本反应就是现行中学教科书中制盐酸的一步,先得到硫酸钠,再加石灰石和煤粉高温转化成碳酸钠:

      NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl
      NaHSO4 + NaCl = Na2SO4 + HCl ↑
      Na2SO4 + 2C = Na2S + 2CO2
      Na2S + CaCO3 = Na2CO3 + CaS

       勒布兰于1791 年建厂开始了纯碱生产。

       19 世纪初,英国的纺织工业迅速发展,洗染业急需大量纯碱。1823 年年轻的工程师马斯普拉特,改进了勒布兰的方法,在纺织工业中心利物浦设厂后,副产品盐酸正式投产,并且又从废物中回收硫,这两种新产品使成本降低,解决了发展纯
碱生产的困难,使勒布兰法逐渐兴旺长达百年之久。

附3:索尔维法制碱

       它是比利时工程师苏尔维(1838~1922)于1892年发明的纯碱制法。他以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水,再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是:

       NaCl+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

其工业生产的简单流程如图所示:

    氨碱法的优点是:原料(食盐和石灰石)便宜;产品纯碱的纯度高;副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用;制造步骤简单,适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点:首先是两种原料的成分里都只利用了一半——食盐成分里的钠离子(Na)和石灰石成分里的碳酸根离子(CO32-)结合成了碳酸钠,可是食盐的另一成分氯离子(Cl)和石灰石的另一成分钙离子(Ca2+)却结合成了没有多大用途的氯化钙(CaCl2),因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的{zd0}缺点还在于原料食盐的利用率只有72%~74%,其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了,这是一个很大的损失。





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