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37岁读研,45岁成博士,64岁当院士,他时常提醒自己...

2024-05-30
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上世纪60年代参与全国顺丁橡胶攻关会战是化学工程学家、中国科学院院士李洪钟科研生涯的起点,他没有因为已取得的成绩而停下学习的脚步。1978年,我国恢复研究生招生考试,37岁的李洪钟开始攻读硕士、博士,并在45岁获得博士学位,随后赴国外留学开展博士后研究工作。也许正因为有这份坚持和韧性,他们这辈科学家才能做出比肩国际的研究成果。


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以接近满分的成绩考入大学



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1965年,李洪钟在母校太原理工大学化工原理实验室前留影


李洪钟1941年1月21日出生在山西省昔阳县巴洲村。父亲早年曾担任中共昔阳西区地下抗日组织秘书,发动和组织昔阳人民反抗日本帝国主义的侵略。抗日战争胜利后,父亲编写了赞扬解放区土地改革的快板,还让幼小的李洪钟上街宣传,爱党爱国的种子在李洪钟年幼的心中萌芽。母亲是位心灵手巧、勤劳俭朴的家庭妇女,虽然文化程度不高,却十分重视子女教育,节衣缩食供5个孩子上学。正是在这样的家庭环境中,李洪钟学习努力、成绩优异,最终顺利考入了山西省太原市第五中学


太原五中是山西省最好的中学之一,师资力量雄厚,老师很称职,不仅教学水平高,态度也很认真。化学老师汪伯华、物理老师赖兴华、数学老师张根民、语文老师贾肯堂等都是太原市优秀教师。在课堂上,李洪钟被逻辑严密的几何证明、魔术般的化学实验、神奇的光电现象等深深吸引,逐渐萌生了对科学的兴趣。在校期间,李洪钟的成绩一直名列前茅,太原五中至今珍藏着他的成绩单。


1960年,李洪钟以接近满分的成绩考入太原工学院工程数理力学系高分子化学专业,后因院系调整成为化工系基本有机合成专业。5年的大学时光,一方面他踏实奋进努力学习,各科成绩优秀,另一方面,作为班长和团支部书记,他诚心诚意为同学服务,积极申请入党,被党支部列为重点培养对象。


由于在学期间表现突出,1965年,李洪钟被分配到中国科学院山西煤炭化学研究所(以下简称煤化所)工作,从此走上了科学研究之路


科研新兵参加科技会战



1988年,李洪钟在加拿大不列颠哥伦比亚大学从事博士后研究时,在他设计与安装的热态循环流化床烟气净化设备前留影。


至今,李洪钟回忆起在煤化所参加顺丁橡胶攻关会战的火红年代,仍百感交集。


合成橡胶是重要的战略物资和工业原料。新中国成立伊始,西方国家对我国实行橡胶禁运,同时对合成橡胶技术进行严密封锁。国内天然橡胶产量远不能满足国防和经济建设需求,研究与开发合成橡胶技术势在必行,其中顺丁橡胶因性能优越、应用广泛而备受瞩目。


1965年,国家科委、石油部、化工部决定集中力量开发顺丁橡胶生产技术,在兰州化工研究院和锦州石油六厂分别建立顺丁橡胶中试基地,开展以丁烯氧化脱氢制丁二烯、丁二烯/丁烯分离精制、丁二烯聚合三项核心技术为主的实验室研究、模拟和中试,同时在两个基地采用不同的技术路线并对其进行对比分析。1966年国家科委召开全国合成橡胶会议,最终决定集中国内科研、生产各方面优势力量在锦州石油六厂完成顺丁橡胶全流程的中试


李洪钟参加了这次会战。1965年,李洪钟和一位同学被学校安排到煤化所进行大学毕业论文实习,指导老师是从苏联留学回国的杨贵林研究员。课题是“流化床内挡板效应的研究”,属于顺丁橡胶攻关会战丁烯氧化脱氢制丁二烯流化床反应器项目的基础研究部分。在煤化所几位老师的指导下,他们研究了网状挡板和百叶窗单旋挡板两类结构的横向挡板对流态化质量的影响效果。得出的结论是百叶窗结构挡板的强化效果优于网状挡板。这为以后的丁烯氧化脱氢制丁二烯挡板流化床的设计、中试与工业放大提供了最初的实验依据。


他们写好毕业论文回校答辩时,煤化所所长贾晨林亲临指导,对顺丁橡胶攻关会战相关的课题非常重视。大学毕业后,李洪钟顺利留在煤化所工作。


研究一直在进行中。李洪钟回忆说,在完成两种流化床反应器对比和3000小时催化剂寿命试验后,他们马不停蹄地赶到锦州中试基地,在石油六厂研究所很快搭建起一套双流化床中试装置,与研究所的技术人员和工人在一起倒班工作,进行了多次连续性试验。


在锦州石油六厂的日子让李洪钟记忆深刻。厂里的招待所腾出了一间大屋子搭建大通铺,他们把自带的被褥在大通铺上依次铺开。这间大屋子既是宿舍又是学习和办公场所。吃饭则在招待所小食堂,李洪钟第一次到食堂就餐时,买了一碗白米饭,以为是大米饭,但一吃到口里觉得味道不对,食堂大师傅说这是东北特有的白高粱米饭。即便如此,他也吃得很香。


李洪钟说:“那时出差补贴是每天7分钱。尽管物资比较匮乏,但是大家精神饱满,奋发图强,在‘备战、备荒、为人民’的战斗口号鼓舞下,大家一心一意要把顺丁橡胶制造出来。”


锦州基地的中试优化结果让研究组最终选择了设有多层百叶窗式多旋斜片横向挡板的单流化床反应器。1971年,两台直径2400mm丁烯氧化脱氢制丁二烯挡板流化床反应器工业装置在北京胜利化工厂建成投入试运行。


之后基于李洪钟对移动床立管料封的研究积累,煤化所指派他完成“北京胜利化工厂丁烯氧化脱氢制丁二烯流化床反应器内循环管设计计算”,为该大型流化床装置的改造提供了方案。


作为一名科研新兵,李洪钟亲身经历了一个科研项目从实验室小试、中试到工业放大的全过程,从中增长了见识,得到了锻炼。1985年,李洪钟在煤化所工作期间参与的项目“顺丁橡胶工业生产新技术”获得国家科技进步奖特等奖。


李洪钟认为,在物资匮乏、工资待遇低的条件下,思想和信仰对科研工作的促进作用不可或缺。通过这次参与全国顺丁橡胶科研攻关,他体会到我国社会主义制度集中力量办大事的优越性,也感受到中华民族自力更生、艰苦奋斗的优秀品质和屹立于世界民族之林的决心、能力。



37岁师从名师继续深造


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1981年,李洪钟(右二)硕士毕业时和导师郭慕孙(右一)在一起。


“理想是人生之路标,创新乃科学之灵魂。”工作后,无论受到何种干扰影响,李洪钟从未放弃理想,始终坚持追寻科学真理。1978年,我国恢复了研究生招生考试,当时已经37岁并且是3个孩子父亲的李洪钟,在家人的支持与鼓励下,积极备考,最终被中国科学技术大学研究生院录取,师从中国科学院化工冶金研究所研究员郭慕孙。


郭慕孙1980年当选为中国科学院学部委员(院士),是我国流态化学科与颗粒学的开拓者和奠基人。在他的言传身教下,李洪钟的科研能力显著提升,懂得要做一名合格的科技工作者,既要有严谨认真、精益求精的科学态度,又要有追求创新、不断进取的科学精神。他的硕士和博士工作内容分别在国际化工期刊Chem.Eng.Res.Des.Chem.Eng.Sci.上发表。


1986年11月,经郭慕孙推荐,李洪钟作为中国科学院公派留学人员,到加拿大不列颠哥伦比亚大学化工系,在全世界仅有的5位国际流态化成就奖获得者之一、加拿大工程院院士J.R.Grace的指导下从事博士后研究工作,研究课题为“多种燃料在中试规模循环流化床中的燃烧特性以及超细颗粒的快速流态化”,这在当时属于世界前沿课题。上述工作在1989年美国召开的第十届国际流化床燃烧会议上获得大会最佳论文奖。


国外留学期间,李洪钟不仅开阔了眼界、结识了朋友,还接触到该领域一些前沿课题,例如纳米和超细颗粒的散式流态化,这是当时国际上刚刚开始研究并有发展前景的课题,也是李洪钟回国后重要的研究方向之一。


在国际学术界占有一席之地


“聪明出自勤奋,真知源于实践。”这是李洪钟常说的一句话。学成回国后,他主要致力于非流态化气固两相流理论及应用、气固流态化的散式化理论与方法、过程工程的新理论与新方法等方面的研究。


工业移动床气固两相流装置中存在着串气、架拱、气压与固体流率波动等不连续、不稳定现象,操作困难且易造成事故。李洪钟根据移动床中气固相互作用的特点,提出颗粒群体内的相间曳力与重力相似并具有体积力特性,散料力学适用于气固移动床的论点,并进一步将多相流基本原理与散料力学相融合,建立了移动床气固两相流理论,绘制了垂直气固移动床流动相图。


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2010年,李洪钟(右二)在新疆石河子考察流化床氯乙烯生产装置。


根据上述理论,李洪钟取得了多项与移动床相关的专利技术,丰富了多相流学科的科学内涵,指导解决了生产中的技术难题,出版了专著《非流态化气固两相流理论及应用》,并撰写了美国化工进展丛书中的专章Hardware Development。相关成果“移动床气固两相理论及应用”获1997年中国科学院自然科学奖二等奖。


为解决传统气固流化床中存在着大量气泡和颗粒聚团,大大降低气固接触效率与传递反应速率,从而限制流化床反应器生产能力的问题,李洪钟又对气泡和颗粒聚团的形成与调控机制进行了深入而系统的研究。


他带领科研人员通过自制微观摄像探头,首次拍摄到快速流化床内瞬态聚团和稀密两相结构的照片,证实了颗粒聚团的存在。


该工作具有重要意义。在理论方面,厘清了气固不均匀流态化与液固均匀流态化两个范畴现象之间的相互联系和转化条件,使之形成统一的专业体系,是对多相流理论的重要发展,使中国这一学科领域在国际学术界占有一席之地;在实用方面,使原本不均匀流态化转化为均匀散式流态化,大大改善流化质量,提高了设备反应效率,扩大了气固流态化的应用范围,从而产生显著的经济和社会效益。


由此,李洪钟撰写出版了专著《气固流态化的散式化》,其研究成果“气固流态化的散式化理论与方法”获1999年中国科学院自然科学奖一等奖,与纳微颗粒流态化相关的研究成果“细粉流态化过程强化理论与方法”获2012年中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖。


2008年,郭慕孙、李洪钟两位院士共同主编的中国首部《流态化手册》出版,国内外60余位专家受邀参与撰写,全书共316万字,获得当年国家新闻出版总署组织评选的第二届“三个一百”原创图书奖以及2011年第二届中国出版政府奖图书奖。


在过程工程的新理论和新方法方面,李洪钟认为化学工程的服务对象已从化学工业扩展到冶金、材料、能源、环境、生物等诸多物质与能量协同转化的过程工业。化学工程学科本身也在不断丰富其科学内涵,向着研究物质和能源在化学、物理和生物转化过程中的流动、传递和反应及其相互关系,以及过程的绿色化和集约化为科学内涵的过程工程学科转移。2010年,他主编的专著《过程工程——物质·能源·智慧》出版,此书是一部较系统完整的过程工程学著作,为过程工程科学的发展及工业应用作出了新的贡献。


他倡导理论、实验和计算机模拟三者并重的研究方法,提出了快速、鼓泡和湍动等不同流化床型局部结构与“三传一反”的关系理论并作出预测,且注重科学实验验证杜绝主观臆测,目标是实现化学过程的优化调控和模拟放大,后出版《流化床结构传递理论与工业应用》,有效推动了计算机模拟成功应用于流化床反应器的放大和优化操作中。


从20多岁到耄耋之年,李洪钟数十年如一日,在学术科研这片热土上默默追求、探索、奉献,用行动诠释着科技工作者的情怀和担当。他常常用“盛名之下,其实难副”提醒自己,低调做人、勤恳做事。


李洪钟的座右铭是:科学无国界,科学家有祖国,做一个爱祖国、爱人民、爱科学,对祖国富强和人类文明有所贡献的中国人。


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1995年,李洪钟(左五)在临界移动床输送成果鉴定会现场做讲解。


来源:《中国科学报》 (2024-01-12 第4版 印刻 原标题为《李洪钟:深耕流态化  厚积展“洪”图 》


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