无机盐工业
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   中国化工学会无机酸碱盐专业委员会
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科普│红色风骨——民族科学家侯德榜和他的侯氏制碱法
发布日期: 2022-05-10    浏览: 28378



,化学名称为碳酸钠,俗称苏打。它是重要的化工产品,广泛用于制造玻璃、肥皂、纸浆、洗涤剂和炼制石油等。纯碱可存在于自然界中,但纯度低,产地分散,远远不能满足社会对它的需要。

然而,20世纪20年代之前相当长一段时间里,优质纯碱制造技术一直垄断在西方人手中,直至一个中国人的出现才改变这一状况。

著名科学家侯德榜(1890—1974)

1921年,福建人侯德榜获得美国麻省理工学院制革博士学位。不久他接受爱国实业家范旭东的邀请,回国前往正在筹建的中国第一家碱厂——塘沽永利碱厂担任总工程师兼制造部长、厂长。经过七年多的调试与探索,侯德榜及其团队攻克了一道又一道技术难题,最终打破了英国公司卜内门在中国碱类市场上独家垄断的局面,掌握了索尔维制碱法的奥秘。

永利碱厂旧貌

在此之后,他将制碱法的全部技术和自已的实践经验写成了专著《纯碱制造》,1933年该专著在纽约被列入美国化学会丛书出版。这部化工巨著首次将垄断长达70年的索尔维制碱法的秘密公诸于众。


关于“索尔维制碱法”


1862年,比利时人索尔维最早用化学方法制造纯碱。他所用的制纯碱的主要原料是食盐和石灰石,制造的基本方法:先将浓的食盐水通入氨水饱和后,再利用石灰石煅烧产生的二氧化碳与上述氨化饱和食盐水反应,生成碳酸氢铵(式1)。碳酸氢铵进一步与食盐反应,就得到碳酸氢钠和副产物氯化铵(式2)。碳酸氢钠溶解度小,经过滤分离后,加热得到纯碱并放出二氧化碳(式3)。二氧化碳可再利用。氯化铵可与石灰乳反应,生成氯化钙和氨气,氨气被收集起来循环使用(式4)。

NH3+CO2+H2O=NH4HCO3   (1)

NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl     (2)

2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O    (3)

2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O     (4)


《纯碱制造》被世界各国化工界公认为制碱工业的权威专著,并相继译成多种文字出版,对世界制碱工业的发展起了重要作用。



1937年,抗日战争全面爆发。几经周折,侯德榜带领永利公司在四川岷江岸边的五通桥组建永利川西化工厂,并担任厂长兼总工程师。然而,当时四川的条件并不适于沿用索尔维制碱法——

第一,制碱的主要原料是食盐(即氯化钠),而四川的盐多为井盐,需用竹筒从很深的井底一桶桶吊出来,费时费力。

第二,由于井盐盐卤浓度低,还要经过浓缩才能成为原料,从而进一步拉高制食盐的成本。

第三,索尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高,生产过程中有30%的食盐会被白白地浪费掉。

基于以上各种因素,侯德榜决定放弃索尔维制碱法,另辟新路。


“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)


不久之后,侯德榜经德国前往美国,开始新制碱法的研究,并以通信方式领导国内人员进行试验和扩大半工业化生产。也就是两年多的时间,侯德榜便创造性地设计了联合制碱新技术。该技术是将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,母液里的氯化铵通过加入食盐使它结晶出来,用作化工产品或化肥,而食盐溶液又可以循环使用。

侯氏制碱法工艺流程


侯氏制碱法于1941年研究成功,1943年11月,新流程的半工业试验在新塘沽开车。这一技术是侯德榜在艰苦环境中经过500多次循环实验、分析了2000多个样品后,才最终摸索得到的。新工艺使得食盐的利用率从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。该方法将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高度评价。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”。

中国化工学会于1999年设立“侯德榜化工科学技术奖(点击左下方“阅读原文”查看历届获奖者名单)”,旨在纪念侯德榜先生一生为化学工业和化工科技事业发展所做的贡献,激励我国广大化工科技工作者投身于创新兴国的化工事业。



本文由中国化工学会无机酸碱盐专业委员会纯碱专业[中昊(大连)化工研究设计院有限公司]提供,编辑过程中部分内容参考以下文献——李祉川,陈歆文.侯德榜[M].天津:南开大学出版社,1986.陈竞生.“侯氏制碱法”的发明者侯德榜[J].工会信息,2018(2):39-43.