德重于學(xué) 行勝于言——訪化學(xué)工程專家、教育家金涌院士

本刊記者 劉之靈

德重于學(xué) 行勝于言
——訪化學(xué)工程專家、教育家金涌院士

本刊記者 劉之靈

人生總有某一種能量在那里閃爍著光芒，我始終相信那是一種氣場的存在，它感染著每一個人。

“三百六十行，行行都能出狀元，重要的是對事業(yè)要執(zhí)著。”金涌院士這樣說，說話的時候，他常常下意識地將身體向前傾，輕聲說：“您說，您說?！?/p>

他長期致力于化學(xué)工程研發(fā)領(lǐng)域，在流態(tài)化技術(shù)、清潔化工工藝等方面成績卓著，獲授權(quán)專利40多項，并多次獲得國家級大獎和其他多種獎勵；2006年獲美國化學(xué)工程師協(xié)會PSRI講座教授獎，成為獲得該獎的第二位中國教授，并獲得了美國化學(xué)工程師協(xié)會PSRI講座獎；他以古稀高齡，倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟，為我國經(jīng)濟的健康有序發(fā)展嘔心瀝血……

1935年出生的金涌院士，經(jīng)歷過近現(xiàn)代中國各個時期的社會變革，在化學(xué)工程科學(xué)發(fā)展和教育事業(yè)上已經(jīng)走過了半個世紀的歷程。斗轉(zhuǎn)星移，他從時光鋪就的奮斗之路上走來，可以捕捉到敏捷的思路和良師的風(fēng)范，還有一如既往的樂觀和勤奮……

留學(xué)生涯 一心向?qū)W

1953年金涌被選去蘇聯(lián)留學(xué)，對于一心向?qū)W的金涌而言，留學(xué)生涯如世外桃源，每天7:30準(zhǔn)備去學(xué)校，晚上12:00離開圖書館。日復(fù)一日，年復(fù)一年，除了上課、看書、作業(yè)沒有任何分心之事。由于蘇聯(lián)學(xué)科劃分過細，又是以工程師為培養(yǎng)目標(biāo)，他感到有些課完全可自學(xué)就能考取滿分，且覺得其基礎(chǔ)理論教育難于滿足他的求知欲和好奇心，所以自行安排課表，到其他系蹭課，整日忙碌于各樓之間。由于缺少名師引導(dǎo)，最大收獲也僅是培養(yǎng)了自學(xué)能力。最終以全優(yōu)成績畢業(yè)后，被分配到中國科技大學(xué)任職。

上世紀50年代末60年代初的中國科大是與眾不同的，聚集了全國最有名的大師如錢學(xué)森、郭永懷、楊承宗、王葆仁、錢人元等直接授課，“有教無類、因材施教”。金涌在大師們的耳濡目染之下涉獵廣泛。

金涌當(dāng)時主要從事化工原理的教學(xué)工作，啟蒙老師是丁緒淮教授，這種一對一的耳提面命式的教誨，使金涌受益終身。金涌直接接觸過并得到指導(dǎo)的老先生還有汪家鼎、時鈞、郭慕孫、陳家鏞教授等，這些大家都被他奉為做事的榜樣，由此漸漸對化學(xué)工程學(xué)有了一些感悟。

1973年大學(xué)復(fù)課以后，金涌轉(zhuǎn)到清華大學(xué)化工系任教，并參與工廠的技術(shù)改造活動。恰逢工廠的一個直徑三米多、高四五十米的化學(xué)反應(yīng)器要淘汰，在當(dāng)時的特殊條件下，金涌師生遂成為新型反應(yīng)器設(shè)計和指導(dǎo)施工的主力。雖然承受了巨大的風(fēng)險壓力，但也是絕好的實踐機會，過去所學(xué)的理論知識終于可以牛刀小試，最終圓滿完成了任務(wù)。就這樣在工廠摸爬滾打了四五年，增長了許多實踐經(jīng)驗。

科學(xué)無垠 長河人生

從70年代后期起，金涌終于得償所學(xué)，有機會認認真真從事治學(xué)和研究工作。

他所從事的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，當(dāng)時有一個世界級重要方向，即流態(tài)化化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)，通俗來講就是用流體（參加化學(xué)反應(yīng)的氣/液體原料）把細粉（催化劑或固體原料）懸浮起來，并進行大規(guī)?；瘜W(xué)反應(yīng)。這樣做有諸多優(yōu)點，如設(shè)備生產(chǎn)能力大，反應(yīng)可以在全設(shè)備內(nèi)的溫度、濃度、壓力均勻的條件下進行；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單投資低，反應(yīng)過程中可以大量移出或加入熱量，固體物料可以連續(xù)不間斷地引出和引入等等。因此，這一方向受到世界上該領(lǐng)域?qū)W者的廣泛重視，后來成為化學(xué)工業(yè)中最為重要和普遍使用的反應(yīng)裝置之一。

流態(tài)化作為世界范圍化學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一持續(xù)了半個世紀，不僅因流態(tài)化在各種工業(yè)中可以有廣泛應(yīng)用前景，而且它的學(xué)術(shù)問題有深度、有廣度。但要真正掌握多相湍流的理論規(guī)律很難。在它的極盛時期，世界上有上百個大學(xué)和工業(yè)研究院的研究小組參與其中，上世紀80～90年代，正恰逢流態(tài)化研究向高流速方向延伸和深入發(fā)展，金涌所組建和領(lǐng)導(dǎo)的研究室趁著這一絕好時機在流態(tài)學(xué)領(lǐng)域大展身手。

金涌研究室善于通過實驗測量發(fā)現(xiàn)某領(lǐng)域工程科學(xué)中的新現(xiàn)象，通過系統(tǒng)研究歸納其基本規(guī)律和機理的解釋，再上升到數(shù)學(xué)模型預(yù)測，并在認識自然規(guī)律的同時改進工程應(yīng)用，改造客觀世界，較好地實現(xiàn)了把基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用相結(jié)合。

該研究室的主要工程科學(xué)貢獻有：

1.鼓泡流態(tài)化向湍動流態(tài)化轉(zhuǎn)變判據(jù)

在流態(tài)化系統(tǒng)中逐步提高氣流的速度，這一兩相流系統(tǒng)和單相流一樣，也會發(fā)生流型轉(zhuǎn)變。單相流系統(tǒng)從滯流流型轉(zhuǎn)變成湍流流型是以雷諾準(zhǔn)數(shù)（Re =2,300～10,000）為判據(jù)，在兩相流系統(tǒng)中提速時，從鼓泡流型轉(zhuǎn)變成湍流流型要復(fù)雜得多?；瘜W(xué)反應(yīng)器內(nèi)的物系變量多，實驗表明化學(xué)反應(yīng)器在湍流下操作，不但產(chǎn)量加大，而且反應(yīng)收率和選擇性也會提高，所以查明這一流型轉(zhuǎn)變定量判據(jù)，不僅有著學(xué)術(shù)價值而且也有重要的工程價值。

研究室在對其機理分析和實驗測量的基礎(chǔ)上，找到判別流型以若干無因次數(shù)組表示的定量判據(jù)，在新反應(yīng)器設(shè)計中作為依據(jù)，對已有反應(yīng)器操作條件進行提升。這一研究成果隨后被美國顆?？茖W(xué)研究所（PSRI）所推薦使用。而在國內(nèi)則根據(jù)這一判據(jù)對各種工藝和大型反應(yīng)器進行改造，獲得顯著經(jīng)濟效益，在國際學(xué)術(shù)界也得到很好評價，并分別在不同工藝中獲得國家發(fā)明二等獎（第一發(fā)明人，1987）和國家科技進步二等獎（第一獲獎人，1996）。

2.氣固并流下行快速兩相流動規(guī)律

氣固兩相并流上行快速逆重力場流動的規(guī)律的研究，在上世紀80年代獲得長足進步，其后在石油催化裂化反應(yīng)中得到廣泛應(yīng)用，金涌研究小組在進行深入研究時，發(fā)現(xiàn)它有很多不足之處，對反應(yīng)結(jié)果不利，如軸向氣固相的嚴重返混等。為尋找改進方法，該研究室對氣固并流下行順重力場流動規(guī)律堅持進行了系統(tǒng)研究，首先發(fā)現(xiàn)下行的流速徑向分布與上行時完全不同，固相含率的徑向分布出現(xiàn)了濃環(huán)特征結(jié)構(gòu)，而且氣固兩相間滑落速度分布規(guī)律也發(fā)生有利的變化等。他們進行流體流動參數(shù)規(guī)律的計算機數(shù)值模擬，有力地支持了反應(yīng)器工程放大的進行。該室對下行并流流化床反應(yīng)器的基礎(chǔ)研究，長期保持世界領(lǐng)先地位。

他們在發(fā)現(xiàn)下行并行流態(tài)化有許多優(yōu)點之后，也發(fā)現(xiàn)了該裝置有催化劑濃度過稀薄，特別不利于反應(yīng)初期的多相物料混合。為了克服這一缺陷，提出了兩種新的結(jié)構(gòu)和操作方式，即通過床型組合或折疊式床型可完全克服不足，形成了技術(shù)訣竅。

上述研究成果在高60米的工業(yè)熱態(tài)大型工業(yè)試驗裝置中得到應(yīng)用，并取得圓滿效果。隨著時間的推移，氣固兩相并流下行的技術(shù)在不同的工業(yè)中日益被廣泛認同。

3.對聚團（納米顆粒）流態(tài)化的研究

國際著名學(xué)者認為，在對不同直徑顆粒的流態(tài)化行為進行流態(tài)化行為的研究中，顆粒群的平均直徑在小到一定尺寸后就不再有良好的可操作性，這一研究成果被廣泛認同。

金涌研究室在考察顆粒直徑對流態(tài)化行為影響的系統(tǒng)研究中，指出某一特征粒徑（對催化裂化催化劑為30μm）是不產(chǎn)生嚴重團聚的最小顆粒系統(tǒng)，也是在顆粒群運動中有獨立運行行為的最小顆粒直徑，因而是一種有特殊操作特性臨界粒徑。小于這種粒徑的顆粒群會因有內(nèi)部范德華力的作用而團聚行為加劇，從而失去可被氣流懸浮的特征，但是在顆粒進一步減小時，特別是納米尺寸顆粒群可以形成穩(wěn)定團聚體，有穩(wěn)定的聚團流態(tài)化現(xiàn)象，并且具有良好的工業(yè)操作特性。采用這種納米聚團流態(tài)化特征的反應(yīng)器，成功地大批量制備出各種特性的納米炭管，并被證明是最佳的大批量制備炭管反應(yīng)器。這一技術(shù)具有原始創(chuàng)新性，在國際上處于領(lǐng)先地位。

4.徑向移動床反應(yīng)器的研究

我國在石油工業(yè)催化重整工藝中，采用了徑向氣流移動床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和操作機理復(fù)雜，一直都在重復(fù)購買國外專利使用權(quán)。金涌研究室參加了中國石化公司對該項目的自主研發(fā)，建立了中型測試平臺，對不同流動方向加以組合，對操作性能的影響和顆粒由于側(cè)向氣流曳力的作用在一定流速后產(chǎn)生貼壁效應(yīng)的規(guī)律進行了研究，并且提供了計算機數(shù)值模擬軟件，進行了反應(yīng)器放大規(guī)律的研究，建立了一比一的大型冷模實驗論證，結(jié)果表明該模型計算軟件對反應(yīng)器放大結(jié)果的預(yù)測是可靠的。該軟件被提供給設(shè)計院，在多臺反應(yīng)器改造和新反應(yīng)器設(shè)計中使用，并取得顯著經(jīng)濟效益。這也是中國在石油煉制工藝自主開發(fā)上獲得的又一次成功。

化學(xué)工藝反應(yīng)的現(xiàn)象會表達出其物理化學(xué)本質(zhì)特征，也會表達出其固有的優(yōu)點和不足，化學(xué)工程則是通過工程科學(xué)手段，使反應(yīng)工藝過程中優(yōu)點得到充分的發(fā)揮，而使其不足得到避諱和克服，所以化學(xué)工程與工藝的綜合開發(fā)，可以縮短研發(fā)過程，獲得更好的效果。該研究室將化學(xué)工程與工藝相結(jié)合，如常壓流化床法生產(chǎn)三聚腈胺全流程開發(fā)，現(xiàn)已成為該產(chǎn)品的主流技術(shù)。三聚腈胺是重要的粘合劑、涂料、減水劑、阻燃和仿瓷塑料的原料，目前國內(nèi)已發(fā)展成為世界產(chǎn)量第一的產(chǎn)業(yè)；同時，完成了有機硅生產(chǎn)中流化床法二甲基二氯硅烷的生產(chǎn)放大技術(shù)和改造，在吉林化學(xué)工業(yè)公司實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；完成了氯化法鈦白生產(chǎn)中氧化反應(yīng)器的實驗剖析和模擬，并在指導(dǎo)工業(yè)實踐中獲得成功。

除上述外，金涌研究室在其他許多研究課題上均有驕人成果：在基礎(chǔ)理論探索中，采用數(shù)學(xué)方法，在對氣固流化床內(nèi)的參數(shù)隨機行為的研究、對氣液固三相流化床行為的研究、對新型結(jié)構(gòu)氣流床干燥節(jié)能技術(shù)的研究、對大型固體物料靜態(tài)摻混技術(shù)、對密相氣力輸送粉體技術(shù)和超短接觸反應(yīng)技術(shù)的研究、以及浮板塔精餾技術(shù)的研究等方面都取得了創(chuàng)新成果，在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文400余篇，并在工業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化上取得了顯著經(jīng)濟效益，共申請40多項專利技術(shù)，同時獲得國家發(fā)明二等獎、國家科技進步二等獎各一項，教育部、石化總公司、石化協(xié)會等部級科技進步一等、二等和三等獎十多項，獲專利優(yōu)秀獎、專利推廣成果獎等多項。

在化工研究中的卓越貢獻為金涌贏得國際聲譽，2007年，他獲得美國化學(xué)工程師協(xié)會（AICHE）的PSRT流態(tài)化講座教授獎。

立身為梯育英才

金涌院士半個多世紀來一直活躍在教學(xué)第一線，長期講授“化學(xué)工程”本科專業(yè)基礎(chǔ)課；直到2009年仍然與荷蘭工程院士Delft大學(xué)Jakob de swaan Arons教授一起針對綠色大學(xué)建設(shè)，為清華大學(xué)一年級學(xué)生開設(shè)“資源·能源·環(huán)境·社會”的全校選修課；25年來先后被國內(nèi)近20所大學(xué)聘為兼職教授，在化工系先后指導(dǎo)了30多名博士生和碩士生；在金涌與年輕教授合作執(zhí)導(dǎo)的博士生中，有兩名博士的論文被評為全國百篇優(yōu)秀博士論文，金涌因此也兩度獲得全國百篇優(yōu)秀博士論文導(dǎo)師獎；凡在金涌研究組工作過的人員，在國內(nèi)外都有驕人的業(yè)績，而且該實驗室的勤奮敬業(yè)傳統(tǒng)被學(xué)生帶入新崗位而廣受稱道。

只有讓更多年輕人，走進自主研發(fā)隊伍，成為項目的中堅力量，才有我國科學(xué)技術(shù)“跨越式發(fā)展”的春天。金涌認為：“年輕人有很多新思想，要把他們的智慧和才能發(fā)揮出來，必須給他們機會，讓他們身上有‘擔(dān)子’?！睘榱藞F隊的活力和后勁，金涌教授到外面聯(lián)系科研項目交給年輕人牽頭做：“如果出了問題算我的，做好了算年輕人的。”這種“人梯”精神，使年輕人早日自強自立。

哪一個研究集體的年輕帥才脫穎而出的快，那個集體就會長盛不衰。為了整體的利益，金涌在新世紀之初，推舉新的研究實驗室領(lǐng)導(dǎo)人，離開了自己主持創(chuàng)建和成長的實驗室領(lǐng)導(dǎo)崗位。雖然內(nèi)心有依依不舍，但是想到實驗室的成績和大家共同創(chuàng)造的大片“家業(yè)”能夠青出于藍，內(nèi)心也就釋然了。

50多年的教師生涯，迎來桃李滿園，也為金涌帶來了一系列榮譽，他先后獲得全國優(yōu)秀教師獎”、全國五一勞動獎?wù)?、北京市教學(xué)名師獎等，獲全國優(yōu)秀博士論文指導(dǎo)教師獎兩次。

桑榆未晚霞滿天

21世紀之初，中國經(jīng)濟歷經(jīng)20多年的高速發(fā)展，取得了巨大的成就，但是人們回過頭來卻發(fā)現(xiàn)，這是以巨大物耗、能耗和環(huán)境污染為代價取得的。人們已經(jīng)認識到要使中國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展必須轉(zhuǎn)變發(fā)展模式。

世紀之初，金涌在清華大學(xué)化工系老領(lǐng)導(dǎo)滕藤教授的動議之下，成立了生態(tài)工業(yè)經(jīng)濟和技術(shù)專業(yè)委員會，并在這一多學(xué)科交叉領(lǐng)域找到其工程實踐的突破口，初步組織了該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)隊伍。這樣就有每兩年（或每年）召開一次的學(xué)術(shù)系列會議活動和學(xué)會組織，活動一直持續(xù)發(fā)展到今天。

金涌還積極參與國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流活動，2001年和2003年兩次作為中美化工學(xué)術(shù)大會中方主席，任循環(huán)經(jīng)濟流態(tài)化系列國際會議組織顧問，并組織中日學(xué)術(shù)交流會議，成為該領(lǐng)域國際知名學(xué)者，成為中國工業(yè)生態(tài)化的“宣傳員”。

在宣傳、倡導(dǎo)循環(huán)理念的同時，金涌還和清華的同事們一起實干。他們選擇了基礎(chǔ)條件較好的山東魯北集團，分析該集團的能源流、物流、信息流、廢物流，利用最新科技，對它們的優(yōu)化配置和鏈接做了進一步的研究。如今，在這個全國最大的磷銨、硫酸、水泥聯(lián)產(chǎn)化工企業(yè)的廠區(qū)內(nèi)，聞不到刺鼻的異味，看不到廢物的排出，因為前一個車間的廢氣、廢水、廢渣、廢熱都已在一個封閉式的環(huán)境下，被轉(zhuǎn)化成了下一個車間的原料和能源。在先驅(qū)者的示范作用下，迄今為止，全國已有上百個生態(tài)工業(yè)園區(qū)。

側(cè)記：值得一提的是，金院士自幼喜愛頌讀古體詩詞，在中學(xué)時代一位語文老師的影響和鼓勵下開始嘗試創(chuàng)作仿古體詩詞，幾十年來對此愛好始終情有獨鐘。茹古涵今，常常使他對我國燦爛輝煌的古典文化、倫理學(xué)以及各類科技藝術(shù)中所蘊藏的非凡智慧，產(chǎn)生一種民族自豪感。

《蘭棲石樓集》集中了金院士近幾年創(chuàng)作的十首仿古體詩詞，體現(xiàn)了金院士對古體詩詞的喜愛和深厚造詣，其中既有蘇東坡詩詞的豪邁俊秀，如“登樓極目，望金烏，恰正推霞涌出。山川次第披錦繡，喚醒四方英物”；又有李清照柳永的婉約雋永，如“送伊人遠行別訣，絲絲縷縷明月夜”。

最后金涌院士真切的寄語學(xué)理工科的年輕人，不僅要專注于自己的學(xué)科領(lǐng)域，更要加強自己的文化修養(yǎng)和綜合素質(zhì)。