化學(xué)史方法論侯德榜制堿

侯德榜制堿2010級化學(xué)化工學(xué)院化師四班222010316011220xx1、侯氏制堿法的誕生1.1背景純堿是一種非常重要的化工原料，在玻璃、肥皂、合成洗滌劑、造紙、紡織、石油、冶金、食品等工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。人們最早使用的堿是天然堿。12世紀(jì)我國北方使用內(nèi)蒙古堿湖取得的天然堿，由于張家口為集散地，所以稱為“口堿”。18世紀(jì)，歐洲人從草木灰、鹽湖中提取堿，主要成分是碳酸鉀，稱為“鉀堿”。18世紀(jì)后半葉，由于紡織工業(yè)的發(fā)展，促使肥皂和堿的需求量大增，原始的方法對于工業(yè)的要求簡直是杯水車薪！為此，1775年法國科學(xué)院用10萬法郎的懸賞征求可工業(yè)化的制堿方法。先后經(jīng)歷了呂布蘭制堿法、索爾維制堿法。掌握索爾維制堿法的資本家采取了技術(shù)封鎖，并劃片瓜分全球市場。新中國成立前的中國，飽受列強的欺凌，一窮二百，需要碳酸鈉只能靠進(jìn)口，稱其為“洋堿”。1917年第一次世界大戰(zhàn)期間，因交通中斷導(dǎo)致純堿奇缺，靠進(jìn)口為生的中國民族化學(xué)工業(yè)面臨滅頂之災(zāi)。同年，我國知名實業(yè)家范旭東和陳調(diào)甫先生在天津塘沽創(chuàng)辦了永利制堿公司，請在美國共度博士學(xué)位的侯德榜來主持技術(shù)工作。在制堿技術(shù)和市場被外國公司嚴(yán)密壟斷的情況下，侯德榜帶領(lǐng)廣大職工艱苦努力，解決技術(shù)難題，掌握了索爾維制堿法的技術(shù)?？谷諔?zhàn)爭爆發(fā)后，塘沽永利堿廠和南京永利硫酸銨廠遷往內(nèi)地，在四川五通橋籌建川廠。當(dāng)時鹽價昂貴，牛華溪一帶地下黃鹵濃度過淡，不符合索爾維法的要求，加之排放廢液難處理，必須加以改進(jìn)。該廠在侯德榜主持下，從事改進(jìn)索爾維法的研究，幾年后獲得成功。1941年3月15日，永利化學(xué)工業(yè)總公司總經(jīng)理范旭東鄭重宣布，決定將新法命名為侯氏制堿法。1.2侯氏制堿法誕生19世紀(jì)歐洲化學(xué)工業(yè)的發(fā)展史就是呂布蘭制堿工業(yè)的興衰史。呂布蘭制堿法以芒硝、焦炭、石灰石為原料生產(chǎn)碳酸鈉，但因是高溫固相反應(yīng)，不能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，最終為索爾維法所代替。索爾維法以食鹽和石灰石為原料、以氨為媒介，原則上實現(xiàn)下列反應(yīng)：2NaCl+CaCO3NH3Na2CO3+CaClNH3原料路線合理，大部分為氣液反應(yīng)，能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，而且產(chǎn)品質(zhì)量高。但是丟棄了原料的一半，所得副產(chǎn)品CaCl2沒有多大用途，而且污染江河，原鹽利用效率也比較低。侯德榜不滿足于索爾維制堿法，大膽對工藝進(jìn)行了改進(jìn)。既提高了食鹽的利用率（從70%一下子提高到96%），又得到氯化銨這一重要的工業(yè)產(chǎn)品。侯氏制堿法立刻得到了世界的響應(yīng)，侯德榜的名字也因此世界聞名。侯氏制堿法（見圖1-2-1）的最大特點是，不從固體碳酸氫銨開始，而是用鹽鹵先吸收氨后碳酸化進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。其原理是：低溫下用氨飽和了的飽和食鹽水通入CO2可析出NaHCO3，此時母液中的Na+減少而Cl-則相當(dāng)多。若加細(xì)鹽末，因同離子效應(yīng)，在低溫下NH4Cl的溶解度陡減，而對NaCl的溶解度則影響不大，故NH4Cl析出，而食鹽不析出。再用氨飽和后通CO2，結(jié)果是往返析出NaHCO3與NH4Cl，而氨可由空氣中的氮與水中的氫化合制成，CO2則是提取氫氣和氮氣的半水煤氣之副產(chǎn)品。如此巧妙地把氮氣工業(yè)與制堿工業(yè)聯(lián)合起來，故稱“聯(lián)合制堿法”?；瘜W(xué)方程式如下：（1）NH3+H2O+CO2NH4HCO3（2）NH4HCO3+NaClNH4Cl+NaHCO3（3）2NaHCO3Na2CNa2CO3+H2O+CO2↑到1943年，完成了從合成氨開始的聯(lián)合制堿法流程。1943年12月在中國化學(xué)會第11屆年會上，此法獲“中國工程學(xué)會化工貢獻(xiàn)最大者獎”。此法一出現(xiàn)，在國際上引起很大反響，侯德榜因此獲英國皇家化工學(xué)會、美國化學(xué)工程學(xué)會、美國機(jī)械學(xué)會榮譽會員稱號。燃燒燃燒飽和食鹽水氨鹽水通NH3過濾洗滌通CO2CO2NH3合成氨工廠冷卻過濾洗滌干燥加NaCl，通NH3飽和食鹽水（循環(huán)使用）NH4Cl產(chǎn)品濾液NaClNH4Cl沉淀NaHCO3Na2CO3產(chǎn)品CO2(循環(huán)使用)圖1-2-1侯氏制堿法工藝流程2、侯德榜簡介圖2-1侯德榜侯德榜，化工專家，字致本，1890年8月9日生于福建省閩侯縣坡尾鄉(xiāng)，1974年8月26日卒于北京。早年就讀于美國教會所辦的福州英華書院，后考入清華留學(xué)預(yù)備學(xué)堂高等科，以全部功課滿分的優(yōu)秀成績畢業(yè)。1913年赴美國留學(xué)。1917年畢業(yè)于美國麻省理工學(xué)院化工專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位。畢業(yè)后，曾在美國水泥、硫酸、染料、電化等工廠實習(xí)，同時繼續(xù)深造，所有這些為他日后成為一名優(yōu)秀的化工專家打下基礎(chǔ)。正如他晚年常說的那樣：“要當(dāng)一名稱職的化學(xué)工程師，至少要對機(jī)、電、建筑內(nèi)行?！?919年獲美國哥倫比亞大學(xué)制革碩士學(xué)位。1921年寫出“鐵鹽鞣革法”論文而獲博士學(xué)位。侯德榜1921年10月回國，應(yīng)聘在中國化學(xué)工業(yè)開拓者范旭東開辦的天津塘沽堿廠任總工程師。1934年任永利化學(xué)工業(yè)總公司工程師、南京銨廠廠長。圖2-1侯德榜侯德榜1950年任中央財經(jīng)委員會委員、重工業(yè)部顧問。1951年任中國化學(xué)會理事長。1955年任中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士）。1958年起任化學(xué)工業(yè)部副部長。1958年9月任中國科協(xié)副主席。1963年任中國化工學(xué)會理事長。侯德榜一生為中國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)，是中國近代化學(xué)工業(yè)的奠基人之一，是世界制堿工業(yè)的權(quán)威。在他的技術(shù)指導(dǎo)下，中國在20年代建成了亞洲第一大堿廠，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)純堿，獲1926年美國費城“萬國博覽會金質(zhì)獎?wù)隆?，被譽為中國近代工業(yè)進(jìn)步的象征。1932年起，他用英文撰寫《純堿制造》一書，將氨堿法制堿技術(shù)公諸于世，為中外化工學(xué)者所共仰。此書1948年譯成俄文，1959年經(jīng)充實內(nèi)容，以中文《制堿工學(xué)》為名由化學(xué)工業(yè)出版社出版。1937年他主持建成具有世界先進(jìn)生產(chǎn)水平的南京硫酸銨廠，開創(chuàng)了中國化學(xué)工業(yè)的新紀(jì)元。1942年他受聘為印度達(dá)達(dá)公司堿廠顧問，每年去印度一次，使其純堿改造獲得成功。他曾應(yīng)邀考察巴西等國，為這些國家籌建堿廠。1943年他首先在實驗室完成連續(xù)生產(chǎn)純堿和氯化銨的聯(lián)合制堿工藝，而后實現(xiàn)了大工業(yè)的生產(chǎn)，為世界制堿技術(shù)開辟了一條新途徑，并得到了國際學(xué)術(shù)界的重視。1944年美國哥倫比亞大學(xué)授予他榮譽科學(xué)博士學(xué)位。1949年后，他領(lǐng)導(dǎo)中國化肥專家開發(fā)了碳酸氫銨新工藝流程，促進(jìn)了我國化肥工業(yè)的發(fā)展。侯德榜一生功績卓著，共獲得20多項榮譽。撰寫過《Manu-factureofSoda》、《從化學(xué)家觀點談原子能》、《制堿工學(xué)》等10余部著作，還發(fā)表過60多篇論文。侯德榜深入實際工作，艱苦奮斗，數(shù)十年如一日。他從不居功自傲，常和工人們鉆鍋爐，跑下水道，哪里有問題，他就出現(xiàn)在哪里。一次，為解決大連堿廠干燥鍋出現(xiàn)的問題，年過花甲的侯德榜副部長，親自鉆進(jìn)60—70℃高溫的干燥鍋觀察了解，再和大家一起討論解決的辦法。他的兒女們總結(jié)他父親的特點時說：“他對工作簡直著了迷！”“他年輕時整天在工廠，到了晚年，又只認(rèn)得他的辦公桌?！焙畹掳癞吷木Χ加迷诳萍脊ぷ骱涂茖W(xué)研究上。他常常以“勤能補拙”勉勵青年人。他認(rèn)為外國人能做到的，中國人也能做到?！半y道黃頭發(fā)綠眼珠的人能搞出來，我們黑頭發(fā)黑眼珠的人就辦不到嗎？”這便是他的名言。他以聯(lián)合制堿法技術(shù)為中華民族爭得了榮譽。1990年8月在北京舉行了紀(jì)念侯德榜誕辰100周年大會，緬懷這位中國化學(xué)工業(yè)的奠基人。侯德榜一生事業(yè)成功，主要是外有范旭東為他“遮風(fēng)擋雨”，內(nèi)有愛妻張淑春為他作堅強后援。范旭東1943年介紹侯德榜時曾說過：“侯先生年歲不高，身體健康，且有賢內(nèi)助為他治家教子，使他無后顧之憂，相信今后的成就必更偉大?！焙畹掳袷鞘澜缰瘜W(xué)家，可是誰能想象他的患難與共的妻子，竟是福建農(nóng)村的一位農(nóng)家婦女。不管侯德榜一生中地位如何升遷，可是他們之間恩恩愛愛，相敬如賓，歷50多年而不衰，可謂糟糠之妻白頭偕老。1958年1月，侯德榜正率領(lǐng)中國化工代表團(tuán)訪問日本，愛妻病逝，他悲痛欲絕。侯德榜在晚年時常思念他的愛妻。1963年，有人因他生活上需要人照顧，勸他續(xù)弦，他寫下了三首情深意切、哀婉的悼亡詩，以詩明志，誓不再娶：十七來家結(jié)褵時，金婚七十已逾期。唯將白發(fā)守空房，報答半生死別離。婚后離家?guī)资?，死時見面也無緣。誓于晚歲勤研究，答謝平生賢內(nèi)助。秉性剛強意志堅，一人做事一身肩。丈夫兒女勤防護(hù)，慈母賢妻兩自兼。3、啟示3.1侯氏制堿法的方法侯氏制堿法是依據(jù)離子反應(yīng)發(fā)生的原理進(jìn)行的，離子反應(yīng)會向著離子濃度減小的方向進(jìn)行。也就是很多初中高中教材所說的復(fù)分解反應(yīng)應(yīng)有沉淀、氣體和難電離的物質(zhì)生成。方程式如下：（1）NH3+H2O+CO2NH4HCO3（2）NH4HCO3+NaClNH4Cl+NaHCO3（3）2NaHCO3Na2CNa2CO3+H2O+CO2↑他要制純堿（Na2CO3），就利用NaHCO3在溶液中溶解度較小，所以先制得NaHCO3，再利用碳酸氫鈉不穩(wěn)定性分解得到純堿。要制得碳酸氫鈉就要有大量鈉離子和碳酸氫根離子，所以就在飽和食鹽水中通入氨氣，形成飽和氨鹽水，再向其中通入二氧化碳，在溶液中就有了大量的鈉離子、銨根離子、氯離子和碳酸氫根離子，這其中NaHCO3溶解度最小，所以析出，其余產(chǎn)品處理后可作肥料或循環(huán)使用。3.2敢于創(chuàng)新，不斷進(jìn)取的科學(xué)態(tài)度制堿法的探索經(jīng)歷了一個漫長的過程，雖然索爾維制堿法能夠適于工業(yè)生產(chǎn)，但是仍有不足。侯德榜沒有止步不前，而是敢于創(chuàng)新，創(chuàng)造出更好的制堿方法。這是敢于創(chuàng)新、不斷進(jìn)取的科學(xué)態(tài)度，值得我們后輩學(xué)習(xí)。科學(xué)是不斷發(fā)展的，有時也會有不足或錯誤的地方，我們不能迷信于它，而是應(yīng)該敢于糾正它，敢于推陳出新，這樣的態(tài)度才是科學(xué)的態(tài)度。3.3不怕困難，迎難而上的精神舊中國飽受欺凌，處處被列強刁難。因為技術(shù)問題，我們的用堿受制于別人，但是這并沒有影響侯德榜他們的探索，他們不怕困難，迎難而上，最終克服了困難，攻破了索爾維制堿法的技術(shù)難關(guān)，還提出了克服索爾維制堿法缺點的侯氏制堿法，引起了世界的關(guān)注，得到了肯定。不論是做什么，有時很難一帆風(fēng)順，但是不要就此灰心，而是積極去克服困難。3.4愛國精神侯德榜當(dāng)時在美求學(xué)，取得不錯的