TTRRIIZZ理論在天冠集團的實踐及應用

文/曹婉瑜 熊顯

TTRRIIZZ理論在天冠集團的實踐及應用

文/曹婉瑜 熊顯

“自主創(chuàng)新，方法先行”—2010年7月5日至16日，科技部創(chuàng)新方法研究會在天冠集團舉辦了以“創(chuàng)新方法TRIZ原理與應用”為主題的培訓班，天冠集團共42位來自于生產(chǎn)管理或技術(shù)管理崗位的骨干參加了培訓。通過學習TRIZ理論，再歷經(jīng)十個月的實踐與應用，其中，24人完成工程課題并通過了科技部創(chuàng)新方法研究會組織的專家答辯。

實踐中，天冠集團結(jié)合自身特點，對乙醇生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進行排查，圍繞著節(jié)能增產(chǎn)的目標，利用TRIZ理論解決生產(chǎn)中的疑難問題，目前正在申請辦理的專利有20項（見附表），已經(jīng)實施且產(chǎn)生效益的研究課題超過十項。

解決生產(chǎn)中的技術(shù)難題

一、成功解決了纖維素酶生產(chǎn)中補料罐“倒壓”的技術(shù)難題。

纖維乙醇生產(chǎn)中使用的纖維素酶是液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的，生產(chǎn)過程中需要用補料罐進行補料。在生產(chǎn)過程中，無論是發(fā)酵罐還是補料罐，都有壓縮空氣經(jīng)空氣過濾器過濾后從罐底進入罐內(nèi)，使罐內(nèi)保持一定的壓力以滿足工藝要求。補料操作就是靠補料罐內(nèi)的壓力高于發(fā)酵罐而使料從補料罐通過管道進入發(fā)酵罐的。為了使

補料罐有一個較高的罐壓，生產(chǎn)操作時需將補料罐的無菌空氣進氣閥打開、排氣閥微開，這樣就能保持一個

較高的罐壓。在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)壓縮空氣的管道壓力驟然下降的情況，這樣就會出現(xiàn)補料罐的壓力高于管道壓力，使補料罐內(nèi)的物料逆向進入空氣管道，堵塞過濾器，使過濾器失效，從而造成染菌，這就是生產(chǎn)上所說的倒壓現(xiàn)象。在生產(chǎn)中，通常解決此問題的辦法是時刻關(guān)注壓縮空氣壓力的變化，當壓力驟降時，及時調(diào)整補料罐壓力，盡量避免出現(xiàn)倒壓現(xiàn)象。

但完全避免倒壓現(xiàn)象是相當困難的事情，這樣就出現(xiàn)了一個物理沖突：罐壓高能滿足工藝要求但會出現(xiàn)倒壓現(xiàn)象，罐壓低不會出現(xiàn)倒壓現(xiàn)象但不能滿足工藝要求。通過創(chuàng)新方法的學習，解決問題的思路得到啟發(fā)。生物發(fā)酵有限公司工程師任建偉結(jié)合TRIZ理論，用創(chuàng)新方法中系統(tǒng)、

超系統(tǒng)分析以及資源分析的方法，將整個發(fā)酵車間的設(shè)備、管路作為一個超系統(tǒng)進行分析，發(fā)酵罐的各部分都作為資源分析。吹視鏡管是從上部進入補料罐的，根據(jù)TRIZ創(chuàng)新原理No.02分離原理，用空間分離的方法，在空氣過濾器之后、進氣閥之前引一根管道并入吹視鏡管上，壓縮空氣從上部進入補料罐。在對補料罐中物料滅菌的同時能對此管道滅菌，物料滅菌后補料罐要有一個較高的罐壓，這時關(guān)閉原無菌空氣進氣閥，打開吹視鏡閥，空氣經(jīng)改造過的管道從上部進入補料罐，關(guān)閉排氣閥，就能保持一個較高的罐壓。這樣如果出現(xiàn)壓縮空氣的管道壓力驟然下降的情況，補料罐的壓力高于管道壓力，也不會出現(xiàn)補料罐內(nèi)的物料逆向進入空氣管道的問題，一個簡單而有效的方法解決了倒壓現(xiàn)象。

天冠集團結(jié)合自身特點，圍繞著節(jié)能增產(chǎn)的目標，利用TRIZ理論解決生產(chǎn)中的技術(shù)疑難問題。

二、成功解決了纖維素酶生產(chǎn)中不溶性固體培養(yǎng)基在拌料池里混勻的技術(shù)難題。

在纖維素酶生產(chǎn)過程中，不溶性固體培養(yǎng)基需要在拌料池中與水進行混合，然后用泵泵入發(fā)酵罐。在混合的過程中不溶性固體物料通過吸水、浸潤、膨脹變?yōu)榘肓鲃訝顟B(tài)，由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘肓鲬B(tài)。由于吸水不均勻，物料外觀狀態(tài)呈多樣性，物料流動性差。為了使物料均勻，降低物料輸送難度，需要設(shè)置專有設(shè)備，在有限的空間和時間范圍內(nèi)，以較少的能量輸出將物料混勻并連續(xù)推進到輸送泵的泵口。由于輸送泵的進口必須具有適當?shù)膲毫ψ粤鬏斔颓也粩y帶空氣入泵內(nèi)，需要容器內(nèi)物料的液位保持位差。根據(jù)以上工藝要求，該物料混勻即不屬于液體與液體融合，也不屬于固體與固體混勻，固體吸附一定的液體后，形成半固體狀，物料的特質(zhì)要求不能采用傳統(tǒng)立式攪拌和固體混勻。傳統(tǒng)的一級攪拌及直葉、斜葉、螺旋葉型攪拌槳葉不能很好地將物料混勻。

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，谷朊粉廠綜合辦主任蘇國宏結(jié)合TRIZ理論，進行物質(zhì)一場分析，如下：

S1為混合物料，S2為攪拌裝置，F(xiàn)為攪拌的能量場

現(xiàn)在是S1、S2之間的能量場F不足作用，此系統(tǒng)需要改進，目的是增大場的強度。采用76個標準解中改進不充分系統(tǒng)的性能理論，通過修改S2來增大場的強度。將原來的一級攪拌分為沿拌料池長度方向安裝三級攪拌，攪拌槳葉外形為月牙形，在月牙形中間開兩個圓孔，攪拌槳不均勻分布，三級攪拌速率呈遞進設(shè)置。該新型混勻裝置的底部沿物料流動方向的底角為圓弧狀，拌料池沿物料流動方向呈<30%的傾斜度設(shè)置，便于物料向前流動。拌料池沿長度方向安裝了三級攪拌，攪拌槳葉外形為月牙形，攪拌槳葉外形為流線型，在月牙形中間開兩個圓孔，減小攪拌時的阻力，且攪拌均勻性好。攪拌槳不均勻分布，與底面保持適當距離，攪拌器開啟后，可以覆蓋到物料池的任何方位，使物料徹底攪拌均勻，并且確保底部不沉積物料。三級攪拌分級遞進，阻力小，傳動平穩(wěn)可靠。既有混勻力矩，又具有前進推力，防止物料集結(jié)成團。在攪拌過程中物料從拌料池底部流動到液面上，再由下級攪拌將物料翻至拌料池底，增加了物料的流動距離，使攪拌更充分，效率更高，物料分布更均勻。

攻克重大科技專項中的技術(shù)難題

一、攻克了“二氧化碳生產(chǎn)過程中甲烷的去除”等問題。

氣流干燥系統(tǒng)中離心風機的泄漏一直是蛋白飼料廠副廠長王運宏心頭纏繞的事情。他運用TRIZ理論的知識——沖突矩陣—分離原理/動態(tài)特性原理/周期性動作原理，試著對這個問題進行治理及改進，終于獲得成功。改進前，風機的后側(cè)板與傳動軸間隙處泄漏，高溫空氣外泄造成不必要浪費和環(huán)境污染；泄露的蒸汽進入軸承箱,引起潤滑油份變質(zhì),損壞軸承，引起風機震動。

改進后，減少從軸端的蒸汽泄露量；汽封環(huán)能真正起到汽封作用；調(diào)節(jié)余量，能根據(jù)蒸汽泄露情況隨時調(diào)節(jié)；不整體更換汽封環(huán)，僅部分更換老化填料即可，節(jié)約費用。

二、攻克了“二氧化碳生產(chǎn)過程中甲烷的去除”等問題。

二氧化碳廠技術(shù)設(shè)備科科長吳保明對二氧化碳生產(chǎn)過程中甲烷的去除很感興趣。在發(fā)酵法低溫液態(tài)二氧化碳生產(chǎn)過程中，原料氣經(jīng)過壓縮、凈化、冷凍液化至產(chǎn)品儲罐，儲罐中的二氧化碳產(chǎn)品往往因甲烷氣體含量超標而造成產(chǎn)品不合格。造成這種情況的原因是，原料氣中甲烷含量超標或凈化裝置能力下降引起的。

吳保明的解決方案是：更換凈化裝置的填料；在儲罐的氣相口增加一排氣閥門，當產(chǎn)品儲罐中的甲烷氣含量超標時，在氣相口進行間歇排氣，直至產(chǎn)品中甲烷氣體含量合格。但現(xiàn)有解決方案增加產(chǎn)品成本，同時間歇性排氣既造成了產(chǎn)品的浪費，也不符合低碳環(huán)保要求。

利用分離原理，將一個差壓變送器對容器內(nèi)部上下兩個壓力的測量分離為兩個壓力變送器分別測量上下兩個壓力。

優(yōu)化完善各類技術(shù)難題

一、解決液位計頻繁損壞問題。

由于乙醇生產(chǎn)物料的特殊性，許多設(shè)備容器需要測量液位，為操作提供精確的工藝參數(shù)，但是大部分設(shè)備內(nèi)的物料為黏稠、流動性較差的醪液，同時設(shè)備直徑和高度較大，內(nèi)部多為負壓狀態(tài)，上述因素為液位測量帶來很多不易解決的問題。在初始的自控設(shè)計階段，鑒于以上多種原因，選用了羅斯蒙特的凸膜片帶毛細管測量的雙法蘭液位變送器。

運行中，雙法蘭液位變送器損壞甚多，嚴重影響了生產(chǎn)的正常進行。問題多為正負壓室膜片周邊變形損壞，導致變送器內(nèi)封閉的硅油泄露，使精確壓力傳遞中斷。分析發(fā)現(xiàn)原因在于設(shè)備內(nèi)負壓導致變送器膜片在運行中長時間處于向設(shè)備內(nèi)鼓動，使膜片外張而損壞，而該類變送器的正常使用狀態(tài)應是向內(nèi)擠壓膜片，通過硅油傳遞正負壓室壓力至傳感器，從而計算出差壓值顯示出相應液位。找到原因后，能源

處綜合科科長吳全志利用TRIZ理論中的分離原理，將一個差壓變送器對容器內(nèi)部上下兩個壓力的測量，分離為兩個壓力變送器分別測量上下兩個壓力，結(jié)合計算機系統(tǒng)強大的計算功能，解決了上述問題。

二、解決濕面筋與堿液均勻互混的問題。

在用濕面筋生產(chǎn)水解小麥蛋白時，需要用堿液將濕面筋進行預處理，然后與酶反應而制成。但小麥面筋蛋白具有較好的黏性和彈性，成膠狀，不易與堿液均勻混合，最終導致面筋蛋白水解度低，達不到水解蛋白標準要求。造成這種問題主要是因為兩種物質(zhì)的物理狀態(tài)差異較大，尤其是濕面筋的物理性狀，使其難以破碎或攪拌開，從而無法與堿液混勻。為了達到混勻目的，他們利用膠體磨對面筋進行高速破碎，在破碎的過程中加入堿液，使其均勻混合。但該方法使用起來存在較多弊端，一方面膠體磨阻力太大，運行不平穩(wěn)，容易超負荷運行，為了使其平穩(wěn)運行，需要人工去控制進料量，且處理量非常有限，混合效果也不理想。

谷朊粉廠綜合辦主任蘇國宏的解決方案是：根據(jù)濕面筋的特性，讓濕面筋和堿液以一定的比例先通過一個多孔板，然后再通過一個彎曲的時而交匯時而分開的管道進行混合，混合后的物料再經(jīng)過一個間隙較大的均質(zhì)裝置進行攪拌均質(zhì)，這一方案解決了利用均質(zhì)機的種種弊端，混合效果較好，處理量明顯增加，能耗下降，但有時還會遇到一些細小的無法攪拌均勻的細小的濕面筋顆粒，在一定程度上降低了濕面筋水解率，影響終產(chǎn)品的水解度。為了達到較好的混合效果，需要加大堿液的添加量，但這又造成終產(chǎn)品的灰分超標。

三、解決面粉輸送局部氣壓影響問題。

檢查篩至卸料器部分由檢查篩、管道、管道匯聚處料斗、電子秤、卸料器組成。經(jīng)過檢查篩的面粉由重力作用沿多根管道匯聚至料斗，再沿料斗下一根管道進入自動秤，經(jīng)稱量后經(jīng)卸料器卸下，由羅茨風機吹送至谷朊粉面?zhèn)}。面粉從檢查篩落到自動秤這一過程中，氣壓不能有效排除，一方面造成自動秤稱量不準，受壓力影響有時不能自動打開喂料裝置，導致頻繁堵料；另一方面造成高方篩下布筒處面粉經(jīng)常外溢，影響現(xiàn)場環(huán)境和人員健康。

小麥制粉廠綜合辦主任葉淵淵采用TRIZ原理：物理沖突—分理原理有效解決了這一問題：把面粉匯聚處料斗加大，在料斗上安裝一插入式脈沖除塵器，將管道下落過程中的氣體經(jīng)除塵后徹底排出。這一方案已在試驗，效果較好，徹底解決了電子秤堵料現(xiàn)象和檢查篩下方布筒面粉外溢現(xiàn)象。

四、解決沙樹剝皮取樹髓的難題。

五、制粒機進料管防黏處理。

在顆粒飼料生產(chǎn)中，顆粒機是其核心設(shè)備，隨著飼料工業(yè)的不斷發(fā)展，對飼料的品質(zhì)也提出了很高的要求，不但重視感官指標，更加重視衛(wèi)生指標。對于工廠來說，不但要重視產(chǎn)品質(zhì)量，更要重視生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生的提高。

在飼料生產(chǎn)過程中，需要用蒸汽將物料進行預處理，保證物料具有一定的可加工性，物料與蒸汽混合后，要進入制粒室進行壓制顆粒，在與蒸汽混合后進入制粒室時，要通過一段管道，該管道叫做制粒機進料管。由于部分蒸汽要從物料中析出，遇到“冷”的進料管壁，會產(chǎn)生水滴凝結(jié)在進料管內(nèi)壁上，這些水滴會粘結(jié)物料，從而造成該處衛(wèi)生狀況變差，這不但會直接影響飼料的衛(wèi)生指標，而且，隨著粘結(jié)塊的不斷變厚，這些塊狀物料會脫落進入制粒室內(nèi)，造成設(shè)備堵塞停產(chǎn)，每次堵機清理起來非常麻煩，浪費人力物力，也嚴重縮短了有效生產(chǎn)時間。若遇到黏性較大的物料（比如谷朊粉），物料結(jié)壁現(xiàn)象會更加嚴重，并且結(jié)塊不易脫落，最終導致下料管口徑變窄堵塞，造成停機停產(chǎn)。谷朊粉廠廠長勇合超采用TRIZ原理：76種標準解-物質(zhì)-場模型，將下料口用保溫材料包好，減少下料管壁與物料的溫差，使析出的蒸汽不易在壁上凝結(jié)成水珠，防止物料粘壁。但該方法不足之處是只減輕了結(jié)壁現(xiàn)象，沒有徹底消除物料結(jié)壁現(xiàn)象，若遇到黏性較大的物料，還會結(jié)壁堵機。

六、解決糧食輸送管道彎頭磨損問題。

溜管是糧食加工行業(yè)常用的一種利用重力、自流等原理實現(xiàn)從高處向低處輸送糧食的管件，一般直徑為200毫米的鐵制管道，常用來輸送玉米、小麥等糧食。實際輸送過程中，由于設(shè)備與設(shè)備之間的位置等原因，要改變輸送方向，設(shè)置彎頭，彎頭一般由小角度短節(jié)連接而成。而在彎頭處，由于玉米、小麥等糧食表皮較硬，在下落過程中沖擊、摩擦管道，經(jīng)常造成彎頭內(nèi)部磨損較快，直至磨破，影響生產(chǎn)。糧食速度越大，磨損越快，磨損越嚴重。通常解決此問題的辦法是用再生布和上面糊，對磨損處外部進行包裹，停機時進行更換。但現(xiàn)有解決方案的缺點是不美觀，且只能臨時治理，不能維持較長時間，且維修費用增加。

供應部業(yè)務主辦常國棟采用TRIZ原理：76種標準解-質(zhì)-模型來解決糧食輸送管道彎頭磨損問題。他的解決方案是：1.如果引入一種場使糧食在彎頭處流動時，不與管道接觸，當然也不可能使彎頭發(fā)生磨損；2.如果從改進管道彎頭的角度考慮，只能做到采用質(zhì)量較好的管道彎頭，保證管道不會發(fā)生磨損，這可以在管道彎頭內(nèi)部加一耐磨層。方案分析：第一、如果引入一場，使糧食不與管道接觸、發(fā)生摩擦。這在理論上可行，實際實施過程中卻相當困

難；第二、在管道彎頭處內(nèi)部加耐磨層，可以延緩管道彎頭的磨損速度，這是解決問題的一種辦法，但治標不治本；第三、采用76個標準解中物質(zhì)-場的拆解和構(gòu)建理論，應用NO1.1完善不完整模型，我們可以在彎頭處設(shè)置一凹陷或凸起，相當于修改S2，糧食在管道內(nèi)部流動時，此處始終聚集一些糧食，從而將糧食與管道彎頭的摩擦轉(zhuǎn)化為糧食內(nèi)部之間的摩擦，使問題帶到有效解決。此種方案簡單易實施。

上述利用TRIZ理論解決天冠集團生產(chǎn)經(jīng)營過程中的疑難問題，具有很強的實用性，其中已經(jīng)實施的項目效果明顯，已實施的研究課題為天冠集團新增效益336.24萬元，若項目全部實施后可為天冠集團新增效益預計1 800余萬元。

天冠集團申請辦理的專利