運用TRIZ理論提高過濾器的性能

王勇　曹美霞　張言　李正魁

摘 要：運用TRIZ理論，對某化工廠的糖苷物料過濾器進行組件功能分析、矛盾分析，并使用矛盾矩陣、分離原理等創新工具對問題進行求解，最后給出解決方案。

關鍵詞：TRIZ理論；過濾器；提高

某化工廠生產糖苷，糖和醇在反應釜中反應，生成糖苷及雜質。為了獲得糖苷產品，需要對糖苷的產品純化，對雜質進行過濾得到產品。由于糖苷產品中含有小粒徑的不溶性懸浮顆粒物雜質，因此需要在物料純化的階段設置過濾裝置，用于除去雜質，實現固液分離。在實際運行過程中發現，物料進入過濾器以后，在不銹鋼篩網中實現固液分離，物料濾液從過濾器底部通過泵打入儲罐，固體雜質留在濾網上。由于雜質顆粒細小，容易堵塞濾網，導致過濾速度降低。過濾器在使用過程中需要頻繁拆卸，清洗濾網；物料中有揮發性的組分，會散發氣味，物料本身有一定溫度，氣味隨溫度的升高而增大；頻繁的拆卸清洗會浪費大量的物料。因此，企業提出，希望對過濾裝置進行技術改造。

1 TRIZ理論

TRIZ是發明問題的解決理論，是指導人們進行發明創新、解決工程問題的系統化的方法學體系。它是蘇聯發明家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）為首的研究團隊通過對250萬件高水平發明專利進行分析和提煉以后總結出來的。

TRIZ 的核心思想包括：（1）不同行業遇到的問題，采用相同的原理加以解決；（2）產品和技術系統的發展不是隨機的，而是按照一定的規律在發展和進化。

TRIZ的核心是消除矛盾和技術系統的進化原理，并建立料基于知識消除矛盾的邏輯化方法，用系統化的解題流程來解決特殊問題或矛盾。

運用TRIZ解決問題的一般流程是：首先將一個待解決的實際問題轉化為問題模型；然后針對不同的問題模型，應用不同的TRIZ工具，得到解決方案的模型；最后將解決方案模型應用到具體的問題之中，得到問題的解決方案。

TRIZ的問題模型可劃分為四種形式：技術矛盾、物理矛盾、物場問題、知識使能問題。

TRIZ中的技術問題可以定義為技術矛盾和物理矛盾。技術矛盾是指為了改善系統的一個參數，導致了另一個參數的惡化。物理矛盾是針對系統的某個參數，提出了兩種不同的要求。在解決問題時，最有效的解決方案就是解決技術難題中的矛盾。

對于技術矛盾，阿奇舒勒給出了一個矛盾矩陣，矛盾矩陣是一個（40×40）的矩陣，其中第1列為39個可改善的工程參數，第1行為39個會導致惡化的工程參數，剩下的39行和39列形成一個矩陣，里面的數字對應著解決矛盾的通用創新原理。對于物理矛盾，采用空間分離、時間分離、條件分離和系統級別分離等方法，并利用通用的40個發明創新原理加以解決[1，3]。

此外，TRIZ理論還有物場模型和標準解、知識庫、效應庫等解決工具。

2 問題分析

2.1 問題模型

上述問題可以描述為：如何在保證濾液質量的條件下，提高糖苷的過濾速度。

技術系統： 過濾器

如圖2所示，需要過濾的液體物料經過濾器的入口進入，依靠自身重力向下流動，通過濾材，濾材由不銹鋼濾網或濾布構成。液體經濾網或濾布過濾后，雜質顆粒被不銹鋼濾網過濾，過濾后的清液從下端出口排出。

2.2 矛盾分析

技術矛盾：

（1）問題分析：a.雜質堵塞濾網；b.壓力不足，過濾速度慢；c.料液有刺激性氣味。

過濾需要使用濾網，濾網被雜質堵塞，導致過濾速變慢，需要頻繁拆卸清洗，料液產生刺激性氣體，同時物料損失。

（2）現有的解決方案是： 過濾時加壓；靜置物料；拆卸過濾器清洗；高溫封閉過濾；改變濾網的孔徑。

（3）現有解決方案的缺點：過濾時需要增大壓力；靜置物料需要花費時間；過濾器拆下清洗麻煩，浪費物料，氣味刺激；需要加溫；需要增大孔徑。

由TRIZ理論分析技術矛盾，如表1所示。

如果要獲得好的過濾效果，就必須減小濾網的孔徑；同時就導致了過濾速度的降低。反之，增大濾網的孔徑，細小尺寸的顆粒不會堵塞濾網，過濾速度提高；但是會導致過濾的精度不符合要求，濾液不能達到產品的標準。

對于系統中的參數——過濾器濾網的孔徑，提出了兩種不同的要求：要求孔徑較小，以滿足過濾效果的要求；同時要求孔徑大，以滿足過濾速度的要求。根據TRIZ理論，上述問題構成一對物理矛盾。對于物理矛盾，通常采用分離原理加以解決。

3 技術矛盾獲得的解決方案

由技術矛盾根據TRIZ矛盾矩陣表獲得創新原理，如表2所示。

根據獲得的TRIZ 創新原理，由創造性聯想獲得解決方案，如表3所示。

4 物理矛盾獲得的解決方案

物理矛盾的解決是實現矛盾雙方的分離，分離的方法有空間分離、時間分離、條件分離、系統級別分離，糖苷過濾過程矛盾產生的原因是固體懸浮顆粒與液體運動的方向一致，固體要求過濾的孔徑小，液體要求過濾的孔徑大。 如果能使固液雙方在不同的空間上分離，使固體液體分別不同向運動，可以解決問題。

根據TRIZ創新原理，分離方法和發明原理的對應關系，空間分離可采用的創新原理有分割原理、抽取原理、增加不對稱性原理、曲面化原理、借助中介物的原理等。可采用曲面化的原理，改直線運動為曲面化運動，應用離心力。可以得到如下的思路：（1）將原過濾器水平放置，（2）過濾器旋轉；（3）濾網的功能被筒壁取代；料液進入過濾器后，呈螺旋運動，固體和液體的運動方向垂直。可以做到固液分離速度快，同時分離效果好。

5 結束語

用TRIZ創新原理，由問題描述定義技術系統，分析技術矛盾和物理矛盾，由矛盾矩陣查找創新原理。根據創新原理的提示，可以得到解決問題的思路，根據實際經驗制定解決問題矛盾的技術方案。本項目根據TRIZ創新原理獲得了10種以上的解決方案。證明TRIZ創新原理來源于大量的發明專利和工程實踐，又能夠解決工程實踐中的問題，具有科學性和高效性。

參考文獻

[1]林岳.創新方法教程（初級）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]梁成剛.運用TRIZ 理論實現過濾器效率提高的技術改造[J].內蒙古科技與經濟，2014（15）：69-70.

[3]發明問題的解決理論[M].江蘇鳳凰教育出版社，2013.