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中国科学报:半世“精馏”梦,百年爱国情

      2020-04-28       

《中国科学报》 2020年4月28日 08版

余国琮

本报记者 陈彬 通讯员 赵晖

2020年春日的一天,中国科学院院士、天津大学教授余国琮像往常一样,在电脑前修改着书稿。书桌上放着一本夹着很多小纸条的《化工计算传质学》,纸条上写着这本书第三版的修订内容。书下还压着某国外知名科技出版公司发来的感谢信,感谢他提供了一本有水平且销量好的科学专著。

就在这位98岁的老人享受春日暖阳之时, 4月24日,在第五个“中国航天日”和“东方红一号”卫星成功发射50周年到来之际,习近平总书记给参与“东方红一号”任务的老科学家回信的消息传遍中华大地。信中,习近平总书记就弘扬“两弹一星”精神、加快航天强国建设向广大航天工作者提出殷切期望。

在人们的认知中,余国琮是我国精馏分离学科的创始人、现代工业精馏技术的先行者,以及化工分离工程科学的开拓者。但如果将时钟拨回到半个世纪之前,我们就会发现,余国琮同样为我国核技术的起步作出了宝贵贡献。而他,也是“两弹一星”精神的一生践行者。

“回来,为自己的国家做点事”

1922年,余国琮出生于广州西关。因日寇侵占广州,他随父母到香港避难,后考入西南联大。战火纷飞的年代和颠沛流离的生活,促使他在心底埋下了“科学救国、科学强国”的种子。

1943年,从西南联大毕业后,余国琮赴美求学。1947年,博士毕业的余国琮成为匹兹堡大学化工系讲师。短短一年后,他便被评为了助理教授。而此时,大洋彼岸的中国,解放战争临近结束,余国琮的人生命运也将迎来一次巨大的转折。

1949年10月1日,新中国迎来了开国大典。仅一年后,余国琮便以到香港探亲为由,毅然返回祖国。“很多人问我,为什么放弃美国那么好的工作、生活条件选择回国,其实我的想法很简单,那就是回来为自己的国家做点事。”在一篇自述中余国琮回忆道。

回国后的余国琮应邀到当时的唐山工学院组建化工系。1952年我国高校院系调整,该系并入天津大学。此后的半个多世纪,余国琮再没有离开北洋园,在这里,他找到了自己为之奋斗一生的研究方向。

据余国琮的弟子、天津大学化工学院化学工程研究所所长袁希钢介绍,上世纪50年代,我国的炼油工业刚刚起步,而蒸馏(也称精馏)技术是其中的关键。余国琮敏锐地发现了这一产业重大需求,开始进行化工精馏技术领域的科研。

1954年,在他的指导下,我国第一套大型塔板实验装置正式建立。经过两年的探索,余国琮于1956年撰写的论文《关于蒸馏塔内液体流动阻力的研究》引起了当时化学工业部的注意,并被邀请参与化工部精馏塔标准化的大型实验研究。此后不久,余国琮参与了我国第一个科学发展远景规划“十二年科技规划”的制定工作。天津大学的化工“蒸馏”科研被列入十二年科技规划之中,天津大学化学工程专业也于1958年设立。

此时,又一个历史重担压到了余国琮的肩头。

为了“争一口气”

就在天津大学化学工程专业设立的当年,我国由外国援建的首座原子反应堆投入运行。但由于国际关系突变,重水供应面临中断。开发我国自主的重水生产技术,成为了当时的国家重大需求。

就在这时,余国琮在天津大学展开的重水精馏分离技术研究进入国家视野。

1959年5月28日,周恩来总理来到天津大学,重点考察了余国琮所在的重水浓缩研究实验室。“当时,周总理握着我的手说,现在有人要‘卡脖子’,不让我们的反应堆运作。我们一定要争一口气,不能让这个反应堆停下来。这句话我始终牢记。”为了“争一口气”,余国琮做研究时更加废寝忘食了。

重水是原子裂变反应堆不可或缺的重要物资。在天然水中,重水的含量约万分之一点五,如何将其提纯到99.9%,并实现工业化生产?这是一项巨大的挑战。为此,余国琮率领团队,在极其简陋的条件下日夜攻关,创造性地采用多个精馏塔级联等多种创新的方式替代传统的精馏方式。周恩来总理在视察实验室一年之后,专门给学校打电话,询问重水技术的研究进展。余国琮坚定地回复说:“可以告诉总理,研究进行得很顺利。”

1965年,余国琮的多项成果和突破终于形成了我国自主重水生产工业技术,在原化工部配合下成功生产出了符合要求的重水,为新中国核技术起步提供了坚实的保障。重水分离技术的研制成功,也标志着我国的精密精馏技术进入了一个新的阶段。

“我当初抱着朴素的爱国心回来,只想贡献自己的一些力量。回国那年,我有幸参加天安门的国庆阅兵,也看到了伟大的解放军。现在国家比当时强大了很多。我很高兴为国家做了一点事情,当初的选择是正确的。” 提起关于重水的往事,余国琮十分欣慰。

从“技术”走向“科学”

在美国的学习经历,让余国琮对二战后美国以及世界化工学科的发展趋势有了深刻的了解。“‘战后美国的化学工业发展得比较快,但中国人在基础研究等多个领域仍有机会,我们有信心迎头赶上。’余国琮先生曾这样对我们说。”袁希钢回忆道。

上世纪80年代初,我国首批巨资引进的大庆油田原油稳定装置是实现年利润50亿元乙烯生产的龙头装置。但是,由于装置的设计没有考虑我国原油的特殊性,投运后无法正常运行,整个流程都无法正常生产。外国技术人员数月攻关仍未解决这一问题。为此,余国琮应邀带领团队对该装置展开研究,很快发现问题所在。经过运用自主技术对装置实施改造,他们最终使整套装置实现了正常生产,甚至一些技术指标还超过了原来的设计要求。

有专家表示,这次应用自主技术对工业装置成功实施改造,开创了中国人给进口成套装置“动手术”的先河,也为改革开放之初中国科技工作者打破对进口技术的迷信树立了信心。

进入21世纪,以大型石化工业为代表的化学工业成为我国国民经济的支柱性产业,而精馏作为覆盖所有石化工业的通用技术,在炼油、乙烯和其他大型化工过程中发挥着关键作用。

余国琮认识到,新的技术条件和市场需求,使现有的精馏技术不断受到新的限制,特别是精馏在热力学上的高度不可逆操作方式,以及在设计中对经验的依赖,已经成为限制精馏技术进一步提高的瓶颈。

“工业技术的革命性突破必须在基础理论和方法上取得突破的前提下才能实现,而基本理论和方法的突破必须要打破原有理论框架桎梏,引入并结合其他学科最新的理论和技术研究成果。”他说。

为此,余国琮针对精馏以及其他化工过程开辟了一个全新领域——化工计算传质学理论。从根本上摆脱现有精馏过程工业设计中对经验的依赖,让化工过程设计从一门“技术”逐步走向科学,是这一新理论的明确目标,也是余国琮作为科学家的远大目标。

“站着讲课是我的职责”

如今已经是一所之长,但如果哪天有课,袁希钢还是会凌晨4点起床,一遍遍审视讲课内容。即使这门课他已经教授了多年、多次。“如此精益求精,就像精馏提纯的过程,这是我对‘师者’身份的尊重。这份为人师表的使命担当,则是余国琮先生传递给每个学生的宝贵财富。”袁希钢说。

在大学校园度过了大半生的余国琮,经常挂在嘴边的一句话就是:“我是一名人民教师,教书育人是我最大的职责。”

85岁那年,余国琮还坚持给本科生上一门“化学工程学科的发展与创新”的创新课。一堂课大约要持续3个小时,学生们怕先生身体吃不消,给他搬来了一把椅子,想让他坐下来讲。可余国琮却总是拒绝:“我是一名教师,站着讲课是我的职责。”

听过余国琮课的人都说,“余先生把讲课当成了一门艺术”。对于学生,余国琮有一份发自内心的喜爱。无论是国际上的前沿论坛、国内的学术交流,还是学校的各种科研活动,甚至是学生自发的科技活动,凡是接到邀请,只要时间和身体条件允许,他总会欣然接受。

曾有人问他为何如此拼命,余国琮回答说:“在国内外高水平论坛上的任务是交流,我们要把国外前沿的研究成果引进来,要把最新的研究成果推出去;科普工作则更为重要,为大学生讲课是培养创新人才的重要途径。只要身体条件允许,我能多讲一些就多讲一些,让更多的年轻人了解、投身祖国的化工事业,为祖国培养更多的优秀化工类人才。”

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(编辑 赵晖 陈志龙)