為世界制堿技術開辟新紀元
20世紀初之前,我國使用的純堿不是來自內蒙古的口堿,就是蔔內門公司進口的“洋”堿。第壹次世界大戰爆發後,歐亞交通阻塞,“洋”堿來源銳減。人們無堿,只得以酸饃為食。以堿為原料的工廠也紛紛倒閉。壹些憂國憂民的愛國人士決心趁歐戰期間帝國主義者忙於戰爭無暇東顧時,發展我國的民族工業。我國化學家、企業家範旭東(1883-1945)在天津塘沽創辦久大精鹽公司成功後,於1918年集資在天津成立永利制堿公司,在塘沽設制堿廠,采用蘇爾維法制堿,1920年破土動工,建設廠房,1921年聘請侯德榜(1890-1974)為總工程師兼制造部長。
侯德榜出生於福建省福州市郊農村,1903年進入福州美國教會開辦的英華學院學習,三年後因參加反對美國在舊金山大規模迫害和驅逐華僑工人事件罷課遊行,被開除出校,1907年進入上海閩皖鐵路學校,三年後畢業,在津浦線鐵路符離集車站實習三個月,1911年考入北京清華留美預備學堂高等科,1913年畢業後被派赴美國進馬薩諸塞(Massachusetts)州理工學院學習化學工程,1916年獲學士學位,1921年獲哥倫比亞(Columbia)大學博士學位,同年10月返國,應永利制堿公司聘請。從此侯德榜與永利制堿公司結下不解之緣,為我國制堿工業做出卓越貢獻。
永利堿廠於1922年試工,久久未能生產出合格產品,借用資金已超過額定資本數倍,企業三次瀕臨倒閉,最終於1926年獲得成功。工廠總經理範旭東眼裏閃著淚花激動地表示:“諸位,今天我們總算制出合格的中國堿。這是我們多少年來的夙願,為此我們支付多少辛苦,嘗盡人間辛酸。用蘇爾維法制堿在世界上我們永利是第31家,而在遠東、亞洲我們則是第壹家。今天看到這雪白、純潔的產品,心裏無比喜悅和激動。為使我們的產品區別於用土法生產的口堿和進口的蔔內門洋堿,我提議取名為純堿。”由此碳酸鈉在我國稱為純堿,以區別於燒堿氫氧化鈉和氫氧化鉀以及潔堿碳酸氫鈉。
1928年8月,永利制堿公司在美國費城(Philadelphia)舉行的紀念美國獨立150周年的萬國博覽會上展出壹袋雪白的純堿,袋面中央印著嵌在雙環中倒立的紅三角形商標,上方印著“中國永利”,下方是“純堿”,說明牌上註明是國際甲甲級,獲得“中國工業進步的象征”評語,榮獲大會金質獎章。
“紅三角”純堿聲譽日盛。1927年,永利戰勝蔔內門,迫使蔔內門簽訂在日本代銷“紅三角”純堿的協議。從此中國人使用上了自己制造的純堿,同時也銷售到日本、朝鮮等國家。
1934年,永利制堿公司擴建改名為永利化學工業公司,決定在南京長江對岸卸甲甸創建永利硫酸銨廠,設計規模為日產合成氨39噸、硫酸120噸、硫酸銨150噸、硝酸10噸。侯德榜被任命為公司總工程師和堿、銨兩廠廠長。
中國人飽嘗千辛萬苦,建立了亞洲壹流水平的永利硫酸銨廠,投入生產不到幾個月時間,1937年7月7日日本軍隊尋釁向河北省宛平縣發動進攻,8月13日又向淞滬進攻,我國抗日戰爭爆發。日軍瘋狂向華北、上海等地入侵。範旭東、侯德榜積累了20年的心血所創建的亞洲最大的堿廠和硫酸銨廠皆落入日寇魔掌之中。兩位先生堅貞愛國,寧為玉碎,不為瓦全,毅然決然放棄沽、寧兩廠,率眾攜要撤入四川,為建設我國西部化工基地而奮鬥。
侯德榜和同事們冒著敵機轟炸的危險,跋山涉水,在川西、雲、貴調查資源,勘察廠址,最後決定在四川省犍為縣岷江東岸五道橋東南十裏的道士觀圈購廠址,設立永利川廠。
川西用鹽歷來全靠從深井中抽出的鹵水熬制而成,不如在塘沽海邊取鹽那樣便利,而蘇爾維制堿法的缺點又在於原料鹽利用率低和廢液處理困難。這就必須要提高食鹽使用率,改進蘇爾維制堿法。
1938年,範旭東和侯德榜率團赴德國考察,隨後侯德榜轉赴美國,調派技術人員分別在中國香港、美國進行實驗。到1939年已全部摸清改進的方案,並分別在當時的上海法國租界、美國哥倫比亞大學、四川五通橋三地進行試驗。最後新制法終於研究成功。
為了表彰侯德榜開拓新制堿法的功績,1941年3月15日永利川廠舉行了廠務會議,會上總經理範旭東親自提議命名這壹新的制堿法為“侯氏堿法”(譯名Hou’s process)。會上壹致通過這壹提議,並於次日致函向在美國工作的侯德榜祝賀。賀函稱侯德榜“抱願恢宏,積20年深邃學理之研究與獻身苦幹之結果,設計適合華西環境之新法制堿,為世界制堿技術辟壹新紀元……”。
侯氏堿法的要點是不把過濾碳酸氫鈉後的氯化銨轉變為氨,而是將過濾碳酸氫鈉的母液降溫並加鹽,析出氯化銨。降溫可使氯化銨的溶解度大大降低,而食鹽的溶解度變化不大,特別是在16℃以下時,氯化銨的溶解度比食鹽還小。加鹽使溶液中的氯離子(Cl-)濃度加大,促使氯化銨沈澱。經過濾得到的氯化銨用作肥料。溶液中含有的食鹽再通入氨和二氧化碳氣體,又生成碳酸氫鈉。如此連續循環操作,得到純堿和氯化銨兩種產品,大大提高了食鹽的利用率,達到96%,而蘇爾維法食鹽的利用率只有70%,同時也解決了廢液中產生的氯化鈣問題。
李祉川,陳歆文。侯德榜。天津:南開大學出版社,1986。
侯氏制堿法的試驗裝置於1942年秋在五通橋永利川廠安裝就緒,1943年取得滿意結果。可是由於當時日寇已侵占東南亞,從國外入川交通堵塞,永利川廠建設設備運輸受到嚴重阻礙。侯氏堿法的擴大生產試驗工作被迫停止。
抗日戰爭勝利後,侯氏堿法在檔案櫃裏沈睡了6年,到新中國成立後,1952年按侯氏堿法設計的日產10噸的裝置在大連安裝完成。雖然曾遭到前蘇聯專家的挑剔,1961年,壹座年產18萬噸侯氏制堿法的車間還是在大連建設完成。1964年國家科委組成鑒定委員會赴大連對侯氏堿法車間進行技術鑒定,認為這壹成果可以在全國推廣。當時來自全國各地參加鑒定的專家、學者無不盛贊侯德榜及參加過這壹工作的同誌們付出的辛勤勞動和取得的豐碩成果,也為我國取得的這項重大成果而歡欣鼓舞。
侯德榜不僅為我國制堿工業做出卓越貢獻,還先後在1945年和1949年應巴西和印度政府邀請,協助籌建堿廠,名揚世界。1935年他榮獲中國工程師學會金質獎章,1943年接受英國皇家學會化工學會名譽會員榮銜(當時國外會員僅12人,亞洲僅中、日兩國各壹人),1944獲美國紐約哥倫比亞大學榮譽科學博士學位,1973年獲美國機械工程學會50年榮譽會員稱號。
1949年新中國成立後,侯德榜當選中國化學會會長、中國化工學會理事長、中國科學院技術科學部院士、中國科協副主席、化學工業部副部長等職。
侯德榜著有《純堿制造》(1933年在美國出版英文本,1942年修訂再版,1948年出版俄文本)、《制堿工學(上下冊)》(1959-1960年在國內出版),還著有科普讀物《酸和堿》(與胡先庚合著)和《從化學家觀點談原子能》等。
1974年8月26日,侯德榜因患白血病、腦溢血在北京逝世,享年84歲。
壹座侯德榜塑像豎立在北京化工大學圖書館前,留給未來的化學工程師們景仰(圖4-1)。