德重于学 行胜于言——访化学工程专家、教育家金涌院士

本刊记者 刘之灵

德重于学 行胜于言
——访化学工程专家、教育家金涌院士

本刊记者 刘之灵

人生总有某一种能量在那里闪烁着光芒，我始终相信那是一种气场的存在，它感染着每一个人。

“三百六十行，行行都能出状元，重要的是对事业要执着。”金涌院士这样说，说话的时候，他常常下意识地将身体向前倾，轻声说：“您说，您说。”

他长期致力于化学工程研发领域，在流态化技术、清洁化工工艺等方面成绩卓著，获授权专利40多项，并多次获得国家级大奖和其他多种奖励；2006年获美国化学工程师协会PSRI讲座教授奖，成为获得该奖的第二位中国教授，并获得了美国化学工程师协会PSRI讲座奖；他以古稀高龄，倡导循环经济，为我国经济的健康有序发展呕心沥血……

1935年出生的金涌院士，经历过近现代中国各个时期的社会变革，在化学工程科学发展和教育事业上已经走过了半个世纪的历程。斗转星移，他从时光铺就的奋斗之路上走来，可以捕捉到敏捷的思路和良师的风范，还有一如既往的乐观和勤奋……

留学生涯 一心向学

1953年金涌被选去苏联留学，对于一心向学的金涌而言，留学生涯如世外桃源，每天7:30准备去学校，晚上12:00离开图书馆。日复一日，年复一年，除了上课、看书、作业没有任何分心之事。由于苏联学科划分过细，又是以工程师为培养目标，他感到有些课完全可自学就能考取满分，且觉得其基础理论教育难于满足他的求知欲和好奇心，所以自行安排课表，到其他系蹭课，整日忙碌于各楼之间。由于缺少名师引导，最大收获也仅是培养了自学能力。最终以全优成绩毕业后，被分配到中国科技大学任职。

上世纪50年代末60年代初的中国科大是与众不同的，聚集了全国最有名的大师如钱学森、郭永怀、杨承宗、王葆仁、钱人元等直接授课，“有教无类、因材施教”。金涌在大师们的耳濡目染之下涉猎广泛。

金涌当时主要从事化工原理的教学工作，启蒙老师是丁绪淮教授，这种一对一的耳提面命式的教诲，使金涌受益终身。金涌直接接触过并得到指导的老先生还有汪家鼎、时钧、郭慕孙、陈家镛教授等，这些大家都被他奉为做事的榜样，由此渐渐对化学工程学有了一些感悟。

1973年大学复课以后，金涌转到清华大学化工系任教，并参与工厂的技术改造活动。恰逢工厂的一个直径三米多、高四五十米的化学反应器要淘汰，在当时的特殊条件下，金涌师生遂成为新型反应器设计和指导施工的主力。虽然承受了巨大的风险压力，但也是绝好的实践机会，过去所学的理论知识终于可以牛刀小试，最终圆满完成了任务。就这样在工厂摸爬滚打了四五年，增长了许多实践经验。

科学无垠 长河人生

从70年代后期起，金涌终于得偿所学，有机会认认真真从事治学和研究工作。

他所从事的学术领域，当时有一个世界级重要方向，即流态化化学反应工程学，通俗来讲就是用流体（参加化学反应的气/液体原料）把细粉（催化剂或固体原料）悬浮起来，并进行大规模化学反应。这样做有诸多优点，如设备生产能力大，反应可以在全设备内的温度、浓度、压力均匀的条件下进行；设备结构简单投资低，反应过程中可以大量移出或加入热量，固体物料可以连续不间断地引出和引入等等。因此，这一方向受到世界上该领域学者的广泛重视，后来成为化学工业中最为重要和普遍使用的反应装置之一。

流态化作为世界范围化学工程学领域的研究热点之一持续了半个世纪，不仅因流态化在各种工业中可以有广泛应用前景，而且它的学术问题有深度、有广度。但要真正掌握多相湍流的理论规律很难。在它的极盛时期，世界上有上百个大学和工业研究院的研究小组参与其中，上世纪80～90年代，正恰逢流态化研究向高流速方向延伸和深入发展，金涌所组建和领导的研究室趁着这一绝好时机在流态学领域大展身手。

金涌研究室善于通过实验测量发现某领域工程科学中的新现象，通过系统研究归纳其基本规律和机理的解释，再上升到数学模型预测，并在认识自然规律的同时改进工程应用，改造客观世界，较好地实现了把基础研究和工程应用相结合。

该研究室的主要工程科学贡献有：

1.鼓泡流态化向湍动流态化转变判据

在流态化系统中逐步提高气流的速度，这一两相流系统和单相流一样，也会发生流型转变。单相流系统从滞流流型转变成湍流流型是以雷诺准数（Re =2,300～10,000）为判据，在两相流系统中提速时，从鼓泡流型转变成湍流流型要复杂得多。化学反应器内的物系变量多，实验表明化学反应器在湍流下操作，不但产量加大，而且反应收率和选择性也会提高，所以查明这一流型转变定量判据，不仅有着学术价值而且也有重要的工程价值。

研究室在对其机理分析和实验测量的基础上，找到判别流型以若干无因次数组表示的定量判据，在新反应器设计中作为依据，对已有反应器操作条件进行提升。这一研究成果随后被美国颗粒科学研究所（PSRI）所推荐使用。而在国内则根据这一判据对各种工艺和大型反应器进行改造，获得显著经济效益，在国际学术界也得到很好评价，并分别在不同工艺中获得国家发明二等奖（第一发明人，1987）和国家科技进步二等奖（第一获奖人，1996）。

2.气固并流下行快速两相流动规律

气固两相并流上行快速逆重力场流动的规律的研究，在上世纪80年代获得长足进步，其后在石油催化裂化反应中得到广泛应用，金涌研究小组在进行深入研究时，发现它有很多不足之处，对反应结果不利，如轴向气固相的严重返混等。为寻找改进方法，该研究室对气固并流下行顺重力场流动规律坚持进行了系统研究，首先发现下行的流速径向分布与上行时完全不同，固相含率的径向分布出现了浓环特征结构，而且气固两相间滑落速度分布规律也发生有利的变化等。他们进行流体流动参数规律的计算机数值模拟，有力地支持了反应器工程放大的进行。该室对下行并流流化床反应器的基础研究，长期保持世界领先地位。

他们在发现下行并行流态化有许多优点之后，也发现了该装置有催化剂浓度过稀薄，特别不利于反应初期的多相物料混合。为了克服这一缺陷，提出了两种新的结构和操作方式，即通过床型组合或折叠式床型可完全克服不足，形成了技术诀窍。

上述研究成果在高60米的工业热态大型工业试验装置中得到应用，并取得圆满效果。随着时间的推移，气固两相并流下行的技术在不同的工业中日益被广泛认同。

3.对聚团（纳米颗粒）流态化的研究

国际著名学者认为，在对不同直径颗粒的流态化行为进行流态化行为的研究中，颗粒群的平均直径在小到一定尺寸后就不再有良好的可操作性，这一研究成果被广泛认同。

金涌研究室在考察颗粒直径对流态化行为影响的系统研究中，指出某一特征粒径（对催化裂化催化剂为30μm）是不产生严重团聚的最小颗粒系统，也是在颗粒群运动中有独立运行行为的最小颗粒直径，因而是一种有特殊操作特性临界粒径。小于这种粒径的颗粒群会因有内部范德华力的作用而团聚行为加剧，从而失去可被气流悬浮的特征，但是在颗粒进一步减小时，特别是纳米尺寸颗粒群可以形成稳定团聚体，有稳定的聚团流态化现象，并且具有良好的工业操作特性。采用这种纳米聚团流态化特征的反应器，成功地大批量制备出各种特性的纳米炭管，并被证明是最佳的大批量制备炭管反应器。这一技术具有原始创新性，在国际上处于领先地位。

4.径向移动床反应器的研究

我国在石油工业催化重整工艺中，采用了径向气流移动床反应器结构，该反应器结构和操作机理复杂，一直都在重复购买国外专利使用权。金涌研究室参加了中国石化公司对该项目的自主研发，建立了中型测试平台，对不同流动方向加以组合，对操作性能的影响和颗粒由于侧向气流曳力的作用在一定流速后产生贴壁效应的规律进行了研究，并且提供了计算机数值模拟软件，进行了反应器放大规律的研究，建立了一比一的大型冷模实验论证，结果表明该模型计算软件对反应器放大结果的预测是可靠的。该软件被提供给设计院，在多台反应器改造和新反应器设计中使用，并取得显著经济效益。这也是中国在石油炼制工艺自主开发上获得的又一次成功。

化学工艺反应的现象会表达出其物理化学本质特征，也会表达出其固有的优点和不足，化学工程则是通过工程科学手段，使反应工艺过程中优点得到充分的发挥，而使其不足得到避讳和克服，所以化学工程与工艺的综合开发，可以缩短研发过程，获得更好的效果。该研究室将化学工程与工艺相结合，如常压流化床法生产三聚腈胺全流程开发，现已成为该产品的主流技术。三聚腈胺是重要的粘合剂、涂料、减水剂、阻燃和仿瓷塑料的原料，目前国内已发展成为世界产量第一的产业；同时，完成了有机硅生产中流化床法二甲基二氯硅烷的生产放大技术和改造，在吉林化学工业公司实现产业化；完成了氯化法钛白生产中氧化反应器的实验剖析和模拟，并在指导工业实践中获得成功。

除上述外，金涌研究室在其他许多研究课题上均有骄人成果：在基础理论探索中，采用数学方法，在对气固流化床内的参数随机行为的研究、对气液固三相流化床行为的研究、对新型结构气流床干燥节能技术的研究、对大型固体物料静态掺混技术、对密相气力输送粉体技术和超短接触反应技术的研究、以及浮板塔精馏技术的研究等方面都取得了创新成果，在国内外发表学术论文400余篇，并在工业技术转化上取得了显著经济效益，共申请40多项专利技术，同时获得国家发明二等奖、国家科技进步二等奖各一项，教育部、石化总公司、石化协会等部级科技进步一等、二等和三等奖十多项，获专利优秀奖、专利推广成果奖等多项。

在化工研究中的卓越贡献为金涌赢得国际声誉，2007年，他获得美国化学工程师协会（AICHE）的PSRT流态化讲座教授奖。

立身为梯育英才

金涌院士半个多世纪来一直活跃在教学第一线，长期讲授“化学工程”本科专业基础课；直到2009年仍然与荷兰工程院士Delft大学Jakob de swaan Arons教授一起针对绿色大学建设，为清华大学一年级学生开设“资源·能源·环境·社会”的全校选修课；25年来先后被国内近20所大学聘为兼职教授，在化工系先后指导了30多名博士生和硕士生；在金涌与年轻教授合作执导的博士生中，有两名博士的论文被评为全国百篇优秀博士论文，金涌因此也两度获得全国百篇优秀博士论文导师奖；凡在金涌研究组工作过的人员，在国内外都有骄人的业绩，而且该实验室的勤奋敬业传统被学生带入新岗位而广受称道。

只有让更多年轻人，走进自主研发队伍，成为项目的中坚力量，才有我国科学技术“跨越式发展”的春天。金涌认为：“年轻人有很多新思想，要把他们的智慧和才能发挥出来，必须给他们机会，让他们身上有‘担子’。”为了团队的活力和后劲，金涌教授到外面联系科研项目交给年轻人牵头做：“如果出了问题算我的，做好了算年轻人的。”这种“人梯”精神，使年轻人早日自强自立。

哪一个研究集体的年轻帅才脱颖而出的快，那个集体就会长盛不衰。为了整体的利益，金涌在新世纪之初，推举新的研究实验室领导人，离开了自己主持创建和成长的实验室领导岗位。虽然内心有依依不舍，但是想到实验室的成绩和大家共同创造的大片“家业”能够青出于蓝，内心也就释然了。

50多年的教师生涯，迎来桃李满园，也为金涌带来了一系列荣誉，他先后获得全国优秀教师奖”、全国五一劳动奖章、北京市教学名师奖等，获全国优秀博士论文指导教师奖两次。

桑榆未晚霞满天

21世纪之初，中国经济历经20多年的高速发展，取得了巨大的成就，但是人们回过头来却发现，这是以巨大物耗、能耗和环境污染为代价取得的。人们已经认识到要使中国社会经济可持续发展必须转变发展模式。

世纪之初，金涌在清华大学化工系老领导滕藤教授的动议之下，成立了生态工业经济和技术专业委员会，并在这一多学科交叉领域找到其工程实践的突破口，初步组织了该领域的学术队伍。这样就有每两年（或每年）召开一次的学术系列会议活动和学会组织，活动一直持续发展到今天。

金涌还积极参与国内外学术交流活动，2001年和2003年两次作为中美化工学术大会中方主席，任循环经济流态化系列国际会议组织顾问，并组织中日学术交流会议，成为该领域国际知名学者，成为中国工业生态化的“宣传员”。

在宣传、倡导循环理念的同时，金涌还和清华的同事们一起实干。他们选择了基础条件较好的山东鲁北集团，分析该集团的能源流、物流、信息流、废物流，利用最新科技，对它们的优化配置和链接做了进一步的研究。如今，在这个全国最大的磷铵、硫酸、水泥联产化工企业的厂区内，闻不到刺鼻的异味，看不到废物的排出，因为前一个车间的废气、废水、废渣、废热都已在一个封闭式的环境下，被转化成了下一个车间的原料和能源。在先驱者的示范作用下，迄今为止，全国已有上百个生态工业园区。

侧记：值得一提的是，金院士自幼喜爱颂读古体诗词，在中学时代一位语文老师的影响和鼓励下开始尝试创作仿古体诗词，几十年来对此爱好始终情有独钟。茹古涵今，常常使他对我国灿烂辉煌的古典文化、伦理学以及各类科技艺术中所蕴藏的非凡智慧，产生一种民族自豪感。

《兰栖石楼集》集中了金院士近几年创作的十首仿古体诗词，体现了金院士对古体诗词的喜爱和深厚造诣，其中既有苏东坡诗词的豪迈俊秀，如“登楼极目，望金乌，恰正推霞涌出。山川次第披锦绣，唤醒四方英物”；又有李清照柳永的婉约隽永，如“送伊人远行别诀，丝丝缕缕明月夜”。

最后金涌院士真切的寄语学理工科的年轻人，不仅要专注于自己的学科领域，更要加强自己的文化修养和综合素质。