百年清华

拓荒化工路 德炳华夏榜——走近中国近现代化学工业奠基人侯德榜(上)

2021-09-17 | 余创辉 | 来源 《中国科学报》2021-09-16 |

他冲破垄断,发明了世界制碱领域最先进的技术;他兼善天下,将数十年的宝贵经验向世界无私分享;他奠下一块基石,托起了中华民族复兴的希望……他身上所展现出的奋发图强、百折不挠等优良品质,值得后人永远铭记。

侯德榜

侯德榜18901974),著名化工专家,“红三角”牌纯碱、“侯氏制碱法”创始人,中国重化学工业开拓者,中国近现代化学工业奠基人之一。189089日出生于福建闽侯,名启荣,字致本。1911年考入清华留美预备学堂,1916年获美国麻省理工学院学士学位,1919年获美国哥伦比亚大学硕士学位,1921年以论文《盐铁鞣革法》获博士学位。1922年在爱国实业家范旭东邀请下回国担任永利制碱厂总工程师,突破索尔维制碱法的封锁,生产出“红三角”牌纯碱。1933年出版《纯碱制造》,将索尔维制碱法的全部工艺公之于世,为中外化工学者共享。1937年主持建成具有世界水平的南京永利硫酸铵厂,使得中国具有了生产氨、硝酸、硫酸和化肥的能力,开创我国现代化工新纪元。抗战爆发后前往四川主持建厂,针对四川的生产条件先后改进了查安制碱法,发明了联合制碱法——“侯氏制碱法”,为世界制碱技术开辟新途径,得到国际学术界的重视。1943年获英国皇家(化学工业)学会名誉会员荣衔,被哥伦比亚大学授予荣誉科学博士。1955年选聘为中国科学院院士(学部委员)。曾任化学工业部副部长、中国科协副主席等职。1974826日在北京去世。

“永久黄”(永利制碱厂、久大精盐公司、黄海化学工业研究社)集团职员合影(前排右四为侯德榜)

1937年侯德榜(左一)陪同外宾参观永利铵厂

少年立志,科学救国

189089日,一个新生儿诞生在福建省福州市闽侯县坡尾乡的侯家,取名“德榜”,正如其寓意“厚德载物,榜上有名”,他的名字在多年之后被永远铭刻在中国化学工业的功德榜上。

侯德榜的祖父是位读书人,对这个孙儿寄予厚望,在侯德榜六岁那年便给他启蒙。侯德榜自幼就显现出对学习的积极与严谨的态度。由于侯家当时缺少劳动力,侯德榜在跟随祖父读书的同时,还要和父亲一起劳动。为了宝贵的学习机会不被劳动耽误,他抓紧一切时间,哪怕是在劳动时也要口中诵读书籍,毫不松懈。

随着年龄渐长,祖父给予的私塾式教育已不能满足侯德榜的求知欲。一次偶然的机会,侯德榜来到福州城的姑妈家,在阁楼里发现了几箱藏书。这些书籍对于侯德榜来说无异于出现在哥伦布眼前的美洲大陆,带给他大量的新知识,开阔了他的视野,让他得以沉浸在知识的海洋中。更重要的是,这些书令侯德榜领悟到了“学无止境”这四个字的含义。

这位酷爱读书的少年的学习态度和优秀的学习能力,深受姑父姑妈的喜爱。在他们的资助下,13岁的侯德榜进入英华书院读书。在这个环境和条件均属一流的洋学堂,侯德榜接触到了更加先进的科学知识。而在此处,各种思想的碰撞也让他逐渐萌生了“科学救国”的想法。

刚进学堂时,侯德榜在课上了解到西方人推崇的自由、平等、博爱的思想,但现实中他只见到外国人对中国人的傲慢与欺压,只见到无数中国苦力在自己的土地上被他们鞭打、驱使,只见到腐败的清王朝在西方国家的坚船利炮下任人宰割……他从《天演论》中明白了弱肉强食的道理,从《海国图志》中读到了“师夷长技以制夷”的主张,年纪尚轻的侯德榜逐渐坚定了学习科学、打破枷锁、振兴祖国的志向。

因为参加了书院学生组织的反帝国主义罢课行动,侯德榜在1906年初被学校开除。幸运的是,他和其他被开除的同学一同转入爱国商人陈宝琛新开的中学学习。一年后,成绩优秀的侯德榜被保送到新成立的闽皖铁路学校进修,学到许多新的科学知识。

1909年侯德榜(右二)在上海闽皖铁路学校

铁路学校毕业后,侯德榜分配到津浦铁路南段符离集车站实习,但是他很快意识到自己修建这条英国人的铁路,只不过是让外国人占领中国市场、掠夺中国资源和资产变得更方便而已,和自己学习科技、工业救国的抱负大相径庭。

1911年,清华留美预备学堂首次公开招考留美学生,憋着一口气的侯德榜立即辞职参加考试。在这位热爱祖国、思想先进的热血青年眼中,唯有学习外国先进的科学技术、回来发展属于本国的民族企业,方是拯救中国的不二之选。

侯德榜以优异的成绩被清华学堂录取,直接进入最高年级学习。勤奋刻苦而又极具天赋的他曾在期末考试考出所有科目满分、总共1000分的好成绩,令所有人对他刮目相看。

1911年末爆发的辛亥革命迫使清华学堂停课,次年南北议和,清华学堂改名为“清华学校”后重新开课,侯德榜得以继续学习。一年后,历经波折的侯德榜终于被选入留美名单,赴美留学。

学无止境,矢志报国

在美国,侯德榜做出了一个影响他一生的决定——放弃铁路专业,学习化工。在他眼里,化学是一门可以探究物质变化原理的科学,是一种可以从微观到宏观改造世界的技术,化学工业对于国家实力、民生福利来说都意义重大,因而也是工业救国的最佳选择之一。

就这样,对化学工业充满期盼的侯德榜来到了麻省理工学院,学习化工知识。

麻省理工学院崇尚自由探索、独立钻研的精神,同时也为学生提供了设施齐全的实验室和藏书丰富的图书馆。在这里,侯德榜只争朝夕,几乎所有时间都在实验室和图书馆。

在实验室,侯德榜往往能专注地工作一整天,进行各种化工工艺试验和化工设备实验。他奋力拼博、认真严谨的精神有时不被同学理解,但侯德榜始终坚信,唯有踏踏实实地夯实基础,才能真正地掌握知识。

这种精神在他回国研究制碱后被一直延续下来,他对整个化工厂的设备和生产工艺,从最根本的原理到实际生产的细节都如数家珍,无论什么环节的问题或者需求,他都会亲自参与设计和改良,前往生产一线和工人们一起探索,给出最合适的方案。

在图书馆,侯德榜学习各类科学技术知识:化学、化工、电气、机械……海量的书籍和安静宽敞的环境让他如鱼得水,沉浸于吸收各种知识的乐趣中,以至于经常忽视闭馆的铃声,直到被管理员提醒。

从儿时的诵读生活到留美生涯,“学无止境”这四个字在他身上体现得淋漓尽致,而他在知识海洋里上下求索,也越来越充实。

麻省理工学院四年的学习结束,侯德榜又参加了化工实习,在美国参观了各大水泥厂、硫酸厂、染料厂、炼焦厂和电化厂。经过为期半年的参观实习,侯德榜的实际化工生产的知识得到精进,他朝着化学工程师的方向又向前迈了一步。

大学毕业后,基于当时中国的制革工业仍采用传统工艺、效率和利润都很低、亟待现代化改进的现实,侯德榜先后在普拉特专科学院、新泽西州制革厂、哥伦比亚大学研究院学习制革,最终以《盐铁鞣革法》的论文获得了博士学位,论文发表在当年制革界权威期刊《美国制革化学师协会会志》上。

由于在校成绩优异,侯德榜被选为美国Sigma Xi荣誉科学会会员和美国Phi Lambda Upsilon化学会荣誉会员。至此,在美已有八年的侯德榜学习了大量的化工知识,对其他领域的知识也有一定的涉猎。

此时的侯德榜,已经具备了成为一名顶尖化学工程师的素质和能力,只需等待属于他的机会。

1921年春,侯德榜刚完成博士毕业论文,收到一封来自祖国的信,署名为“范旭东”。范旭东彼时是久大精盐公司和永利制碱公司董事长,他来信是为了邀请侯德榜到永利制碱厂工作。

信中详细讲述了纯碱(碳酸钠)对于工业、食品行业和百姓日常生活的重要性,英国卜内门公司对中国纯碱市场的垄断、国际索尔维集团对中国的技术封锁,以及处于天津塘沽的永利制碱厂的条件和工业救国的目标。

范旭东的诚挚邀请和中国制碱事业的急切需求令这名心系祖国的学子激动不已,但随之而来的则是纠结:他已经致力于制革研究四年了,博士论文也为此开辟了新方向,导师又十分器重他,如继续制革研究前途不可限量。而制碱工业虽然也是化学工业,但他并非制碱专家。在原本已有建树且前景大好的情况下,放弃制革从事制碱,对于侯德榜来说确实需要一番考量。

然而,作为一名化工从业者,侯德榜又非常清楚缺少纯碱对于一个国家意味着什么:百姓不得不吃着因缺碱而发酸的面食、穿着无法染色的布衣、用着土法生产的肥皂,其他下游化工业更是像缺了灵魂一样奄奄一息……祖国蒙受的苦难、西方人的欺骗与傲慢、爱国实业家的有心无力,让侯德榜想起了在英华书院目睹的中国人被欺凌的场景,想起了立志于工业救国的自己。当年自己力量弱小、缺乏学识,对这些事情只能袖手旁观,而如今,振兴祖国工业的机会就在眼前,又岂能放手?

侯德榜不再纠结,立马回信接受了范旭东的邀请。192110月,侯德榜毕业回国,翌年大年刚过就从福建赶往天津,出任永利制碱厂的技师长(总工程师),从此踏上中国重化学工业拓荒者之路。

披荆斩棘,勇破索尔维法

当时,永利制碱厂面临着一个巨大挑战——自行研发索尔维制碱法(以下简称索尔维法)。索尔维法系1861年由比利时工业化学家索尔维发明,英法德美等国为了谋取利益,买断该法专利后组建工会,约定制作工艺只向会员国公开,对外严密封锁。

因索尔维法以食盐、石灰石和氨气为原料,步骤简单,成本较低,而且产品纯度较高,对于拥有大量的低成本、高质量的精盐的永利公司来说,这种方法再适合不过。但是,索尔维法属于连续生产法,所有生产设备是一个整体,环环相扣,任何一个环节出现问题都会导致整个生产出现问题,因此它对工艺和设备的要求极高。国际上不乏尝试自行研究的人,但基本都以失败告终。在索尔维法被严格保密的情况下自行发展这一方法的难度可见一斑。

侯德榜刚到永利制碱厂工作时,设备老旧,可供参考的仅有一份漏洞百出的图纸,许多核心的技术细节均无从知晓,他面临着巨大困难,一个又一个的难题正在前方等着……

在蒸氨工段试车时,蒸氨塔发生了剧烈摆动,场面十分危急,被迫停车检查。侯德榜等人将蒸氨塔打开才发现问题是因溢流管被堵导致。经过仔细对比,发现他们使用的硫酸铵蒸氨方法会导致硫酸铵和石灰水接触,生成硫酸钙堵塞溢流管。一番推敲后他们通过降低铵液浓度和下料速度,才顺利解决了该问题。

试车一段时间后,煅烧炉突然出现了结疤现象,闻讯赶来的侯德榜十分着急,打算用铁棒把结疤捅掉,结果因体力不支倒下。张佐汤工程师提出可能是因含水量过高导致煅烧时重碱分解困难。后来,侯德榜等人研发了将煅烧出的纯碱反加到炉中以降低重碱含水量的工艺,彻底解决了结疤问题。

因为缺乏经验,在自行摸索制碱法的过程中,每前进一步都会遇到巨大挑战,都需付出艰辛劳动,但是,侯德榜永不言弃,带领大家在实践中苦苦探索,一步一个脚印创新方法、解决问题。

其间,侯德榜表现出了严谨细致、实事求是的研究态度和不畏艰苦、深入一线的工作作风——为了研究石灰窑的生产过程,他多次进入灼热的石灰窑中检查设备;为了排清水沟的堵塞,他钻进下水道检查;为了观察炉体结疤、烧裂的问题,他不顾危险进入碱尘弥漫的煅烧炉;为了观察碳化塔的生产情况,他长时间呆在这个气味难闻的地方,即便是吃饭也不例外……

在一年多的研发过程中,侯德榜等人解决了无数难题,进行了大量的现场观察与调研。19248月,永利制碱厂终于生产出纯度达98%的纯碱,侯德榜在这一过程中也成长为经验丰富的制碱专家。

不过,初次开车得到的纯碱虽然纯度达标,但颜色却是红黑色,而非纯白色,属于无法出售的不合格产品。这一结果令永利公司的董事心灰意冷,不愿再投资。尽管侯德榜基于经验提出了将钢管全部换为铸铁和向铵液中加入硫离子的解决办法,可惜在即将生产出正常纯碱的时候,厂里的最后一台煅烧炉也烧坏了,工厂不得不停工,实验更是无从谈起。

雪上加霜的是,感受到来自永利竞争的卜内门公司,利用政治力量强收永利的工业用盐税,想以增加成本的方式击倒永利。

接踵而至的困难几乎要将永利公司压垮,四面楚歌下,董事长范旭东扛住了压力,说服董事和政府,保下侯德榜,为永利制碱厂争取了宝贵的时间。

之后,侯德榜等人前往美国,引进了先进的圆通回转型外热式煅烧炉,并对设备进行了一定的改造,使用自动出灰器和加煤器,增加了蒸氨塔的换热面积,改装了滤碱机……经过一系列的改进和优化,他们自行研发的索尔维法变得更加成熟、稳定。

19264月,重新开车的永利制碱厂终于得到了期盼已久的纯白色的碱——“红三角”牌纯碱。经过一段时间的稳定运行,产品纯度达到99%,日产超过30吨,彻底打破了索尔维法的垄断和封锁。同年8月,在美国费城举办的万国博览会上,“红三角”牌纯碱受到众人瞩目,荣膺金质奖章。

“红三角”牌纯碱商标

上世纪30年代范旭东与侯德榜(右)在重庆

这些年来,为了突破索尔维法,侯德榜在自力更生、奋发图强的路上历经坎坷,利用丰富的知识和深入的思考解决了无数技术问题,终于得到这来之不易的纯碱。“红三角”牌纯碱被誉为“中国近代工业进步的象征”,也是对侯德榜这1000多个日夜辛勤付出的最好回报。

“红三角”牌纯碱的成功给永利公司带来了盈利和信心,在侯德榜主持下,一系列新的化工厂纷纷落成。中国自此具备了生产纯碱、硝酸、硫酸等基础化工产品的能力。

(未完待续)


(作者单位:中科院理化技术研究所)



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