化学史方法论侯德榜制碱

侯德榜制碱2010级化学化工学院化师四班222010316011220xx1、侯氏制碱法的诞生1.1背景纯碱是一种非常重要的化工原料，在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金、食品等工业中有着广泛的应用。人们最早使用的碱是天然碱。12世纪我国北方使用内蒙古碱湖取得的天然碱，由于张家口为集散地，所以称为“口碱”。18世纪，欧洲人从草木灰、盐湖中提取碱，主要成分是碳酸钾，称为“钾碱”。18世纪后半叶，由于纺织工业的发展，促使肥皂和碱的需求量大增，原始的方法对于工业的要求简直是杯水车薪！为此，1775年法国科学院用10万法郎的悬赏征求可工业化的制碱方法。先后经历了吕布兰制碱法、索尔维制碱法。掌握索尔维制碱法的资本家采取了技术封锁，并划片瓜分全球市场。新中国成立前的中国，饱受列强的欺凌，一穷二百，需要碳酸钠只能靠进口，称其为“洋碱”。1917年第一次世界大战期间，因交通中断导致纯碱奇缺，靠进口为生的中国民族化学工业面临灭顶之灾。同年，我国知名实业家范旭东和陈调甫先生在天津塘沽创办了永利制碱公司，请在美国共度博士学位的侯德榜来主持技术工作。在制碱技术和市场被外国公司严密垄断的情况下，侯德榜带领广大职工艰苦努力，解决技术难题，掌握了索尔维制碱法的技术。抗日战争爆发后，塘沽永利碱厂和南京永利硫酸铵厂迁往内地，在四川五通桥筹建川厂。当时盐价昂贵，牛华溪一带地下黄卤浓度过淡，不符合索尔维法的要求，加之排放废液难处理，必须加以改进。该厂在侯德榜主持下，从事改进索尔维法的研究，几年后获得成功。1941年3月15日，永利化学工业总公司总经理范旭东郑重宣布，决定将新法命名为侯氏制碱法。1.2侯氏制碱法诞生19世纪欧洲化学工业的发展史就是吕布兰制碱工业的兴衰史。吕布兰制碱法以芒硝、焦炭、石灰石为原料生产碳酸钠，但因是高温固相反应，不能实现连续生产，最终为索尔维法所代替。索尔维法以食盐和石灰石为原料、以氨为媒介，原则上实现下列反应：2NaCl+CaCO3NH3Na2CO3+CaClNH3原料路线合理，大部分为气液反应，能实现连续生产，而且产品质量高。但是丢弃了原料的一半，所得副产品CaCl2没有多大用途，而且污染江河，原盐利用效率也比较低。侯德榜不满足于索尔维制碱法，大胆对工艺进行了改进。既提高了食盐的利用率（从70%一下子提高到96%），又得到氯化铵这一重要的工业产品。侯氏制碱法立刻得到了世界的响应，侯德榜的名字也因此世界闻名。侯氏制碱法（见图1-2-1）的最大特点是，不从固体碳酸氢铵开始，而是用盐卤先吸收氨后碳酸化进行连续生产。其原理是：低温下用氨饱和了的饱和食盐水通入CO2可析出NaHCO3，此时母液中的Na+减少而Cl-则相当多。若加细盐末，因同离子效应，在低温下NH4Cl的溶解度陡减，而对NaCl的溶解度则影响不大，故NH4Cl析出，而食盐不析出。再用氨饱和后通CO2，结果是往返析出NaHCO3与NH4Cl，而氨可由空气中的氮与水中的氢化合制成，CO2则是提取氢气和氮气的半水煤气之副产品。如此巧妙地把氮气工业与制碱工业联合起来，故称“联合制碱法”。化学方程式如下：（1）NH3+H2O+CO2NH4HCO3（2）NH4HCO3+NaClNH4Cl+NaHCO3（3）2NaHCO3Na2CNa2CO3+H2O+CO2↑到1943年，完成了从合成氨开始的联合制碱法流程。1943年12月在中国化学会第11届年会上，此法获“中国工程学会化工贡献最大者奖”。此法一出现，在国际上引起很大反响，侯德榜因此获英国皇家化工学会、美国化学工程学会、美国机械学会荣誉会员称号。燃烧燃烧饱和食盐水氨盐水通NH3过滤洗涤通CO2CO2NH3合成氨工厂冷却过滤洗涤干燥加NaCl，通NH3饱和食盐水（循环使用）NH4Cl产品滤液NaClNH4Cl沉淀NaHCO3Na2CO3产品CO2(循环使用)图1-2-1侯氏制碱法工艺流程2、侯德榜简介图2-1侯德榜侯德榜，化工专家，字致本，1890年8月9日生于福建省闽侯县坡尾乡，1974年8月26日卒于北京。早年就读于美国教会所办的福州英华书院，后考入清华留学预备学堂高等科，以全部功课满分的优秀成绩毕业。1913年赴美国留学。1917年毕业于美国麻省理工学院化工专业，获学士学位。毕业后，曾在美国水泥、硫酸、染料、电化等工厂实习，同时继续深造，所有这些为他日后成为一名优秀的化工专家打下基础。正如他晚年常说的那样：“要当一名称职的化学工程师，至少要对机、电、建筑内行。”1919年获美国哥伦比亚大学制革硕士学位。1921年写出“铁盐鞣革法”论文而获博士学位。侯德榜1921年10月回国，应聘在中国化学工业开拓者范旭东开办的天津塘沽碱厂任总工程师。1934年任永利化学工业总公司工程师、南京铵厂厂长。图2-1侯德榜侯德榜1950年任中央财经委员会委员、重工业部顾问。1951年任中国化学会理事长。1955年任中国科学院学部委员(院士）。1958年起任化学工业部副部长。1958年9月任中国科协副主席。1963年任中国化工学会理事长。侯德榜一生为中国化学工业的发展做出了卓越的贡献，是中国近代化学工业的奠基人之一，是世界制碱工业的权威。在他的技术指导下，中国在20年代建成了亚洲第一大碱厂，生产出优质纯碱，获1926年美国费城“万国博览会金质奖章”，被誉为中国近代工业进步的象征。1932年起，他用英文撰写《纯碱制造》一书，将氨碱法制碱技术公诸于世，为中外化工学者所共仰。此书1948年译成俄文，1959年经充实内容，以中文《制碱工学》为名由化学工业出版社出版。1937年他主持建成具有世界先进生产水平的南京硫酸铵厂，开创了中国化学工业的新纪元。1942年他受聘为印度达达公司碱厂顾问，每年去印度一次，使其纯碱改造获得成功。他曾应邀考察巴西等国，为这些国家筹建碱厂。1943年他首先在实验室完成连续生产纯碱和氯化铵的联合制碱工艺，而后实现了大工业的生产，为世界制碱技术开辟了一条新途径，并得到了国际学术界的重视。1944年美国哥伦比亚大学授予他荣誉科学博士学位。1949年后，他领导中国化肥专家开发了碳酸氢铵新工艺流程，促进了我国化肥工业的发展。侯德榜一生功绩卓著，共获得20多项荣誉。撰写过《Manu-factureofSoda》、《从化学家观点谈原子能》、《制碱工学》等10余部著作，还发表过60多篇论文。侯德榜深入实际工作，艰苦奋斗，数十年如一日。他从不居功自傲，常和工人们钻锅炉，跑下水道，哪里有问题，他就出现在哪里。一次，为解决大连碱厂干燥锅出现的问题，年过花甲的侯德榜副部长，亲自钻进60—70℃高温的干燥锅观察了解，再和大家一起讨论解决的办法。他的儿女们总结他父亲的特点时说：“他对工作简直着了迷！”“他年轻时整天在工厂，到了晚年，又只认得他的办公桌。”侯德榜毕生的精力都用在科技工作和科学研究上。他常常以“勤能补拙”勉励青年人。他认为外国人能做到的，中国人也能做到。“难道黄头发绿眼珠的人能搞出来，我们黑头发黑眼珠的人就办不到吗？”这便是他的名言。他以联合制碱法技术为中华民族争得了荣誉。1990年8月在北京举行了纪念侯德榜诞辰100周年大会，缅怀这位中国化学工业的奠基人。侯德榜一生事业成功，主要是外有范旭东为他“遮风挡雨”，内有爱妻张淑春为他作坚强后援。范旭东1943年介绍侯德榜时曾说过：“侯先生年岁不高，身体健康，且有贤内助为他治家教子，使他无后顾之忧，相信今后的成就必更伟大。”侯德榜是世界知名化学家，可是谁能想象他的患难与共的妻子，竟是福建农村的一位农家妇女。不管侯德榜一生中地位如何升迁，可是他们之间恩恩爱爱，相敬如宾，历50多年而不衰，可谓糟糠之妻白头偕老。1958年1月，侯德榜正率领中国化工代表团访问日本，爱妻病逝，他悲痛欲绝。侯德榜在晚年时常思念他的爱妻。1963年，有人因他生活上需要人照顾，劝他续弦，他写下了三首情深意切、哀婉的悼亡诗，以诗明志，誓不再娶：十七来家结褵时，金婚七十已逾期。唯将白发守空房，报答半生死别离。婚后离家几十年，死时见面也无缘。誓于晚岁勤研究，答谢平生贤内助。秉性刚强意志坚，一人做事一身肩。丈夫儿女勤防护，慈母贤妻两自兼。3、启示3.1侯氏制碱法的方法侯氏制碱法是依据离子反应发生的原理进行的，离子反应会向着离子浓度减小的方向进行。也就是很多初中高中教材所说的复分解反应应有沉淀、气体和难电离的物质生成。方程式如下：（1）NH3+H2O+CO2NH4HCO3（2）NH4HCO3+NaClNH4Cl+NaHCO3（3）2NaHCO3Na2CNa2CO3+H2O+CO2↑他要制纯碱（Na2CO3），就利用NaHCO3在溶液中溶解度较小，所以先制得NaHCO3，再利用碳酸氢钠不稳定性分解得到纯碱。要制得碳酸氢钠就要有大量钠离子和碳酸氢根离子，所以就在饱和食盐水中通入氨气，形成饱和氨盐水，再向其中通入二氧化碳，在溶液中就有了大量的钠离子、铵根离子、氯离子和碳酸氢根离子，这其中NaHCO3溶解度最小，所以析出，其余产品处理后可作肥料或循环使用。3.2敢于创新，不断进取的科学态度制碱法的探索经历了一个漫长的过程，虽然索尔维制碱法能够适于工业生产，但是仍有不足。侯德榜没有止步不前，而是敢于创新，创造出更好的制碱方法。这是敢于创新、不断进取的科学态度，值得我们后辈学习。科学是不断发展的，有时也会有不足或错误的地方，我们不能迷信于它，而是应该敢于纠正它，敢于推陈出新，这样的态度才是科学的态度。3.3不怕困难，迎难而上的精神旧中国饱受欺凌，处处被列强刁难。因为技术问题，我们的用碱受制于别人，但是这并没有影响侯德榜他们的探索，他们不怕困难，迎难而上，最终克服了困难，攻破了索尔维制碱法的技术难关，还提出了克服索尔维制碱法缺点的侯氏制碱法，引起了世界的关注，得到了肯定。不论是做什么，有时很难一帆风顺，但是不要就此灰心，而是积极去克服困难。3.4爱国精神侯德榜当时在美求学，取得不错的