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第6章 伟大的古代生产科技发明(6)

至今在一些农村中,还会发现一些爆米花的手艺人,他们用风箱鼓风加温,把煤块催烧得通红。那一推一拉的悠闲劲儿,确实给人一种有趣的感觉。那么,这“呼哧呼哧”喘着气的风箱最早是怎么发明出来的呢?

早在公元前4世纪就出现了这种风箱。在春秋时期老子的巨着中就有关于双动式活塞风箱的记述:“天地之间,其犹龠(即风箱),虚而不屈,动而愈出。”可见,早在古代我国劳动人民就发明了这种鼓风设备。双动式活塞风箱的最早图片是在一本1280年刊印的书中发现的,书名叫《演禽斗数三世相书》。到了18世纪末,走街串巷的补锅人使用的便携式双动活塞风箱已经见于风俗画中。

双动式活塞风箱是中国古代一个极其简单而又了不起的发明。在一个作用如汽缸的矩形箱子中,活塞被推进和拉出,将羽毛或折叠的软纸片楔进活塞的周围,以保证在其通道上既不透气又会润滑,这可以看做是现代活塞环的始祖。箱子的两端各有一个进气阀,当活塞被拉出时,空气从远端吸进;当活塞被推进时,空气则从近侧吸进。在向里和向外的两个过程中,空气被吸进“汽缸”;而在这两种情况下被压缩部分内(即在活塞另一侧)的空气被推进到一侧室去,并在那里通过排风口即喷嘴被射出去而发生功用。

这种风箱的连续鼓风能力,使得中国人在冶金术方面占优势数百年之久。在古代西方,单动式唧筒虽然在公元前2世纪就出现了,但这些都是压力唧筒,仅在向外的冲程中,喷射出空气或液体。大约16世纪,双动式风箱从中国传到了欧洲。1916年,德拉赫尔才在西方首次将此原理用于双动式水泵中。

石油的发现和利用

石油是“工业的血液”。现在石油不仅成了最重要的动力燃料,而且是有机化学工业最重要的原料,包括塑料、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、合成氨、石油蛋白等在内,石油化工产品已多达六七千种以上。这些从地下淌出来的“黑色金子”,随着被人类越来越广泛的认识和利用,可以说支撑了人类文明史的前进和发展。那么,人们是怎样一步步地发现和利用这些上天赐予的“物华天宝”呢”?

当世界上某些民族的拜火教徒们把从地下跑到地面上来的石油气体点着当作“圣火”而朝拜的时候,我们的祖先就已经认识和知道如何利用石油了。

远在1800多年以前,我国就有关于石油的文字记载。据《汉书·地理志》上说:上郡高奴县的淆水,水像油一样,可以燃烧。上郡高奴县就是今天陕西省延长县一带,淆水是当地的一各河流。可能是由于地层压力的影响,埋藏在地下的石油跑到地面上来,浮在淆水面上,看起来好像油一样,把油捞出来点火烧着,可以用来点灯做饭。

1600多年以前,我国劳动人民又在甘肃玉门关附近找到了从地下流出来的石油。当时有一部古书《后汉书》上说:玉门关附近有一种泉水,像肉汤一样油腻腻的,点起灯来极其明亮,但不能吃。这种油腻腻的泉水,就是一种含有石油的水,人们不仅用它来点灯,而且还把它像漆一样涂在木桶上,所以又叫“古漆”。

魏晋南北朝时期,《水经注》上讲到了甘肃酒泉发现含油的泉水,介绍了石油的性质、形色、产区和用途,并且指出:这种含油的泉水用来膏车,效果很好。所谓膏车,即润滑车轴的意思。唐朝时,人们称石油为“石脂水”。有一部古书上记载了这样一个故事:有一次,甘肃的酒泉被突厥人包围了,他们搭起木制的云梯来攻城。守城的军队用干草浇上“石脂水”

点着了往城下扔去,石脂水洒到突厥人的云梯上,云梯就着火燃烧起来,突厥人忙泼水抢救,结果石脂水遇水,燃烧更加猛烈,突厥人大败而去。

到了北宋,在京都汴梁(今河南开封)设有专门管理军械的机构——军器监,军器监有“猛火油作”,也就是专门加工石油的车间。这说明,当时的猛火油已经是石油的加工产品,而且在军事上的地位也越来越重要了。

石油一词最早是由宋朝人沈括提出来的。他在《梦溪笔谈》一书中指出:鹿(县)延(安)境内有石油。并指出:用石油的烟制成的墨(他称为“延川石液”),黑光如漆,比松烟墨还好。他还说,石油的数量很多,地下埋藏也很丰富,烧起来不留灰烬,大有发展前途。并且预言:

这种用石油制墨的方法,在松木渐竭时将是取代松木制墨的最好途径。当时不仅发现了石油在文化领域内的用途,而且还有石油在医疗方面利用的记载。

从以上叙述中可以看出,当时人们虽然发现了石油,但由于社会历史和科学技术条件的限制,还不可能认识到石油巨大的社会经济价值。石油自被发现后,最初只是被用来燃烧和当作非机动车用的润滑剂。随着社会的进步和工业化的发展,人们对石油的认识也逐渐深化了。

1625年,英国人沃尔克用石油生产出油漆、凡立水、软膏、润滑油、灯油等许多石油制品,并发表了介绍石油生产过程的着作,揭开了石油工业化生产的序幕。1694年,英国人汉考克发明了从沥青砂中提炼石油的技术,并建立了提炼厂。19世纪内燃机的问世,大大加快了石油生产和开发利用的步伐。1823年,俄国人杜比宁三兄弟开始用蒸馏釜加热法,从原油中分离出多种石油产品。这样,石油业急速发展起来。

随着石油业的快速发展,人们对石油的开采也日益重视起来。最初石油是“送货上门”,人们会在地面或水面直接见到这位“地下来客”。可是,要把深藏在地下的石油“请”出来,却不是一件容易的事情。

在美国宾夕法尼亚州的泰特斯维尔村,石油涌出来流到河里,人称这条河为“石油溪”。一个叫彼赛尔的村民打算用挖井的方式把石油打上来,他请挖井匠人多莱克和史密斯来打井,起初打出来的只是水,直到1859年才想出了绳索挖井法。

绳索挖井法是这样的,在绳索前端有一个钻头,通过使钻头强烈地上下运动而在地下打出孔来。当时还用了小型的引擎来牵引绳索。为了使钻头打出笔直的洞,在洞里又打入了铁管,使钻头在铁管内上下起落。多莱克用这种方法钻透岩石,终于打出了石油。这种井叫油井,有时油井中的石油会自己顺势喷出来,这叫石油的自喷,这是与石油在一起的甲烷等天然气的压力所起的作用。不过能自喷的油井并不多,而且自喷的井也会因为气体压力的减少而停止喷出,这样就得用泵来打油,出完了油的油井,还可以利用火药的爆炸使其再出油。

1859年,多莱克成立了公司,出售石油。当时,因为石油灯的应用十分广泛,所以石油十分畅销。于是许多人都打起石油来,结果,宾夕法尼亚州的石油过剩,多莱克的公司因此而受到影响,后来他染病而死。由于打出的石油很多,人们就开始研究石油的运输问题,制造了运输石油的油槽车。不过,仅仅用这些车辆仍然不能满足运输的需要,于是就制造了铁制的输油管。后来,美国到处都埋有输油管,总长达到地球周长的4倍。

石油钻探技术的发展,为石油的加工生产提供了丰富的原料,同时促进了石油加工工业的发展。1874年,俄国人A·塔夫坦克索夫创造了可使石油进一步裂化的蒸馏装置。这种装置可以从重质油品中获得较轻的油品(如汽油),以满足机器制造业和交通运输业不断增长的需求。1882年,化学家门捷列夫设计了一种可连续不断工作的提炼装置。1883年,在巴库的R.诺贝尔石油精炼厂中出现了世界第一套蒸馏柱。1887年,两名俄国人在巴库设计了一种用以提炼石油的裂化装置。1900年以后,在石油加工生产中普遍采用了连续蒸馏法。

石油加工业的发展,又促进了开采技术的提高。1901年,在美国得克萨斯州的石油开采中最先使用了旋转钻井法。1922年,苏联工程师M.A.卡佩留希尼科夫发明了涡轮钻具。1938年,P.奥斯托洛夫斯基和P.W.亚历山大罗夫又设计发明了钻进速度大大超过涡轮钻具的电钻,实现了石油开采的深钻法。为了充分利用油田,提高石油开采量,1930年,苏联各油田运用一种新型高爆炸药——聚能喷流射孔枪,使一口油田的产量增加了数倍。美国则在1944年大规模地采用了“水平定向钻井”技术。

目前,随着科技的发展和勘探能力的提高,石油生产中的开采、加工处理技术仍在不断地提高。各种现代新技术、新工艺的广泛采用,已使石油生产成为现代社会中最重要的工业产业之一。

回顾石油的发展历程,我们已经并且正在受惠于这些“黑色的金子”,它们正将触角伸向我们生活的各个领域,从而对我们的生活产生了巨大的影响。

化学史上焰色反应法的先驱——华阳真人

焰色反应是化学定性分析中干法分析的一种。它是指某些金属或它们的化合物在无色火焰中灼烧时,火焰呈现特殊颜色的反应。如钠使火焰呈黄色,钾使火焰呈浅紫色(透过蓝色钻玻璃),钙使火焰呈砖红色,铜使火焰呈淡绿色,锶使火焰呈洋红色等。这种方法可用来鉴定化合物中某些元素的存在,反应极其灵敏。焰色反应的操作也较为简单,先将铂丝玻璃棒上的铂丝圈用浓酸润湿,在火焰上灼烧,使铂丝洁净,然后用这洁净的铂丝沾取试液,在火焰中灼热,即可呈现特殊的颜色。

早在6世纪初的我国南朝齐梁时期,就已知用焰色反应鉴别物质,当时有一位着名的医药炼丹大师,名叫陶弘景。他晚年隐居山里,人称华阳真人。他学习刻苦,博览群书,以“一事不知,以为深耻”作为座右铭,因而学问渊博,得到皇帝的信任,朝廷中每有大事,总是向他请教,所以人们亦称他为“山中宰相”。

陶弘景一生写了七卷《本草经集注》,共载药物730种,书中有段为:“消石疗病林消相似,仙经用此消化诸石,今无俱识此者,或云与朴消同山,所以林消一名消石朴也,又云一芒硝,今芒硝乃是练朴消作之,并未核研其验,有人得一物,色与朴消大同小异,如掘盐雪不冰,烧之紫青烟起,云是真消石也。”此中所述的芒硝、朴消是指硫酸钾,当时人们往往把这种形状很相似的“消”混淆,而他能明确地指出用焰色反应的方法辨别出真消石。华阳真人利用焰色反应鉴别物质的尝试,比欧洲公认的最早利用焰色试法的马格拉夫要早1100多年。

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