TTRRIIZZ理论在天冠集团的实践及应用

文/曹婉瑜 熊显

TTRRIIZZ理论在天冠集团的实践及应用

文/曹婉瑜 熊显

“自主创新，方法先行”—2010年7月5日至16日，科技部创新方法研究会在天冠集团举办了以“创新方法TRIZ原理与应用”为主题的培训班，天冠集团共42位来自于生产管理或技术管理岗位的骨干参加了培训。通过学习TRIZ理论，再历经十个月的实践与应用，其中，24人完成工程课题并通过了科技部创新方法研究会组织的专家答辩。

实践中，天冠集团结合自身特点，对乙醇生产过程中的各个环节进行排查，围绕着节能增产的目标，利用TRIZ理论解决生产中的疑难问题，目前正在申请办理的专利有20项（见附表），已经实施且产生效益的研究课题超过十项。

解决生产中的技术难题

一、成功解决了纤维素酶生产中补料罐“倒压”的技术难题。

纤维乙醇生产中使用的纤维素酶是液态发酵生产的，生产过程中需要用补料罐进行补料。在生产过程中，无论是发酵罐还是补料罐，都有压缩空气经空气过滤器过滤后从罐底进入罐内，使罐内保持一定的压力以满足工艺要求。补料操作就是靠补料罐内的压力高于发酵罐而使料从补料罐通过管道进入发酵罐的。为了使

补料罐有一个较高的罐压，生产操作时需将补料罐的无菌空气进气阀打开、排气阀微开，这样就能保持一个

较高的罐压。在生产过程中经常会出现压缩空气的管道压力骤然下降的情况，这样就会出现补料罐的压力高于管道压力，使补料罐内的物料逆向进入空气管道，堵塞过滤器，使过滤器失效，从而造成染菌，这就是生产上所说的倒压现象。在生产中，通常解决此问题的办法是时刻关注压缩空气压力的变化，当压力骤降时，及时调整补料罐压力，尽量避免出现倒压现象。

但完全避免倒压现象是相当困难的事情，这样就出现了一个物理冲突：罐压高能满足工艺要求但会出现倒压现象，罐压低不会出现倒压现象但不能满足工艺要求。通过创新方法的学习，解决问题的思路得到启发。生物发酵有限公司工程师任建伟结合TRIZ理论，用创新方法中系统、

超系统分析以及资源分析的方法，将整个发酵车间的设备、管路作为一个超系统进行分析，发酵罐的各部分都作为资源分析。吹视镜管是从上部进入补料罐的，根据TRIZ创新原理No.02分离原理，用空间分离的方法，在空气过滤器之后、进气阀之前引一根管道并入吹视镜管上，压缩空气从上部进入补料罐。在对补料罐中物料灭菌的同时能对此管道灭菌，物料灭菌后补料罐要有一个较高的罐压，这时关闭原无菌空气进气阀，打开吹视镜阀，空气经改造过的管道从上部进入补料罐，关闭排气阀，就能保持一个较高的罐压。这样如果出现压缩空气的管道压力骤然下降的情况，补料罐的压力高于管道压力，也不会出现补料罐内的物料逆向进入空气管道的问题，一个简单而有效的方法解决了倒压现象。

天冠集团结合自身特点，围绕着节能增产的目标，利用TRIZ理论解决生产中的技术疑难问题。

二、成功解决了纤维素酶生产中不溶性固体培养基在拌料池里混匀的技术难题。

在纤维素酶生产过程中，不溶性固体培养基需要在拌料池中与水进行混合，然后用泵泵入发酵罐。在混合的过程中不溶性固体物料通过吸水、浸润、膨胀变为半流动状态，由固态转变为半流态。由于吸水不均匀，物料外观状态呈多样性，物料流动性差。为了使物料均匀，降低物料输送难度，需要设置专有设备，在有限的空间和时间范围内，以较少的能量输出将物料混匀并连续推进到输送泵的泵口。由于输送泵的进口必须具有适当的压力自流输送且不携带空气入泵内，需要容器内物料的液位保持位差。根据以上工艺要求，该物料混匀即不属于液体与液体融合，也不属于固体与固体混匀，固体吸附一定的液体后，形成半固体状，物料的特质要求不能采用传统立式搅拌和固体混匀。传统的一级搅拌及直叶、斜叶、螺旋叶型搅拌桨叶不能很好地将物料混匀。

为解决现有技术存在的缺陷，谷朊粉厂综合办主任苏国宏结合TRIZ理论，进行物质一场分析，如下：

S1为混合物料，S2为搅拌装置，F为搅拌的能量场

现在是S1、S2之间的能量场F不足作用，此系统需要改进，目的是增大场的强度。采用76个标准解中改进不充分系统的性能理论，通过修改S2来增大场的强度。将原来的一级搅拌分为沿拌料池长度方向安装三级搅拌，搅拌桨叶外形为月牙形，在月牙形中间开两个圆孔，搅拌桨不均匀分布，三级搅拌速率呈递进设置。该新型混匀装置的底部沿物料流动方向的底角为圆弧状，拌料池沿物料流动方向呈<30%的倾斜度设置，便于物料向前流动。拌料池沿长度方向安装了三级搅拌，搅拌桨叶外形为月牙形，搅拌桨叶外形为流线型，在月牙形中间开两个圆孔，减小搅拌时的阻力，且搅拌均匀性好。搅拌桨不均匀分布，与底面保持适当距离，搅拌器开启后，可以覆盖到物料池的任何方位，使物料彻底搅拌均匀，并且确保底部不沉积物料。三级搅拌分级递进，阻力小，传动平稳可靠。既有混匀力矩，又具有前进推力，防止物料集结成团。在搅拌过程中物料从拌料池底部流动到液面上，再由下级搅拌将物料翻至拌料池底，增加了物料的流动距离，使搅拌更充分，效率更高，物料分布更均匀。

攻克重大科技专项中的技术难题

一、攻克了“二氧化碳生产过程中甲烷的去除”等问题。

气流干燥系统中离心风机的泄漏一直是蛋白饲料厂副厂长王运宏心头缠绕的事情。他运用TRIZ理论的知识——冲突矩阵—分离原理/动态特性原理/周期性动作原理，试着对这个问题进行治理及改进，终于获得成功。改进前，风机的后侧板与传动轴间隙处泄漏，高温空气外泄造成不必要浪费和环境污染；泄露的蒸汽进入轴承箱,引起润滑油份变质,损坏轴承，引起风机震动。

改进后，减少从轴端的蒸汽泄露量；汽封环能真正起到汽封作用；调节余量，能根据蒸汽泄露情况随时调节；不整体更换汽封环，仅部分更换老化填料即可，节约费用。

二、攻克了“二氧化碳生产过程中甲烷的去除”等问题。

二氧化碳厂技术设备科科长吴保明对二氧化碳生产过程中甲烷的去除很感兴趣。在发酵法低温液态二氧化碳生产过程中，原料气经过压缩、净化、冷冻液化至产品储罐，储罐中的二氧化碳产品往往因甲烷气体含量超标而造成产品不合格。造成这种情况的原因是，原料气中甲烷含量超标或净化装置能力下降引起的。

吴保明的解决方案是：更换净化装置的填料；在储罐的气相口增加一排气阀门，当产品储罐中的甲烷气含量超标时，在气相口进行间歇排气，直至产品中甲烷气体含量合格。但现有解决方案增加产品成本，同时间歇性排气既造成了产品的浪费，也不符合低碳环保要求。

利用分离原理，将一个差压变送器对容器内部上下两个压力的测量分离为两个压力变送器分别测量上下两个压力。

优化完善各类技术难题

一、解决液位计频繁损坏问题。

由于乙醇生产物料的特殊性，许多设备容器需要测量液位，为操作提供精确的工艺参数，但是大部分设备内的物料为黏稠、流动性较差的醪液，同时设备直径和高度较大，内部多为负压状态，上述因素为液位测量带来很多不易解决的问题。在初始的自控设计阶段，鉴于以上多种原因，选用了罗斯蒙特的凸膜片带毛细管测量的双法兰液位变送器。

运行中，双法兰液位变送器损坏甚多，严重影响了生产的正常进行。问题多为正负压室膜片周边变形损坏，导致变送器内封闭的硅油泄露，使精确压力传递中断。分析发现原因在于设备内负压导致变送器膜片在运行中长时间处于向设备内鼓动，使膜片外张而损坏，而该类变送器的正常使用状态应是向内挤压膜片，通过硅油传递正负压室压力至传感器，从而计算出差压值显示出相应液位。找到原因后，能源

处综合科科长吴全志利用TRIZ理论中的分离原理，将一个差压变送器对容器内部上下两个压力的测量，分离为两个压力变送器分别测量上下两个压力，结合计算机系统强大的计算功能，解决了上述问题。

二、解决湿面筋与碱液均匀互混的问题。

在用湿面筋生产水解小麦蛋白时，需要用碱液将湿面筋进行预处理，然后与酶反应而制成。但小麦面筋蛋白具有较好的黏性和弹性，成胶状，不易与碱液均匀混合，最终导致面筋蛋白水解度低，达不到水解蛋白标准要求。造成这种问题主要是因为两种物质的物理状态差异较大，尤其是湿面筋的物理性状，使其难以破碎或搅拌开，从而无法与碱液混匀。为了达到混匀目的，他们利用胶体磨对面筋进行高速破碎，在破碎的过程中加入碱液，使其均匀混合。但该方法使用起来存在较多弊端，一方面胶体磨阻力太大，运行不平稳，容易超负荷运行，为了使其平稳运行，需要人工去控制进料量，且处理量非常有限，混合效果也不理想。

谷朊粉厂综合办主任苏国宏的解决方案是：根据湿面筋的特性，让湿面筋和碱液以一定的比例先通过一个多孔板，然后再通过一个弯曲的时而交汇时而分开的管道进行混合，混合后的物料再经过一个间隙较大的均质装置进行搅拌均质，这一方案解决了利用均质机的种种弊端，混合效果较好，处理量明显增加，能耗下降，但有时还会遇到一些细小的无法搅拌均匀的细小的湿面筋颗粒，在一定程度上降低了湿面筋水解率，影响终产品的水解度。为了达到较好的混合效果，需要加大碱液的添加量，但这又造成终产品的灰分超标。

三、解决面粉输送局部气压影响问题。

检查筛至卸料器部分由检查筛、管道、管道汇聚处料斗、电子秤、卸料器组成。经过检查筛的面粉由重力作用沿多根管道汇聚至料斗，再沿料斗下一根管道进入自动秤，经称量后经卸料器卸下，由罗茨风机吹送至谷朊粉面仓。面粉从检查筛落到自动秤这一过程中，气压不能有效排除，一方面造成自动秤称量不准，受压力影响有时不能自动打开喂料装置，导致频繁堵料；另一方面造成高方筛下布筒处面粉经常外溢，影响现场环境和人员健康。

小麦制粉厂综合办主任叶渊渊采用TRIZ原理：物理冲突—分理原理有效解决了这一问题：把面粉汇聚处料斗加大，在料斗上安装一插入式脉冲除尘器，将管道下落过程中的气体经除尘后彻底排出。这一方案已在试验，效果较好，彻底解决了电子秤堵料现象和检查筛下方布筒面粉外溢现象。

四、解决沙树剥皮取树髓的难题。

五、制粒机进料管防黏处理。

在颗粒饲料生产中，颗粒机是其核心设备，随着饲料工业的不断发展，对饲料的品质也提出了很高的要求，不但重视感官指标，更加重视卫生指标。对于工厂来说，不但要重视产品质量，更要重视生产环境卫生的提高。

在饲料生产过程中，需要用蒸汽将物料进行预处理，保证物料具有一定的可加工性，物料与蒸汽混合后，要进入制粒室进行压制颗粒，在与蒸汽混合后进入制粒室时，要通过一段管道，该管道叫做制粒机进料管。由于部分蒸汽要从物料中析出，遇到“冷”的进料管壁，会产生水滴凝结在进料管内壁上，这些水滴会粘结物料，从而造成该处卫生状况变差，这不但会直接影响饲料的卫生指标，而且，随着粘结块的不断变厚，这些块状物料会脱落进入制粒室内，造成设备堵塞停产，每次堵机清理起来非常麻烦，浪费人力物力，也严重缩短了有效生产时间。若遇到黏性较大的物料（比如谷朊粉），物料结壁现象会更加严重，并且结块不易脱落，最终导致下料管口径变窄堵塞，造成停机停产。谷朊粉厂厂长勇合超采用TRIZ原理：76种标准解-物质-场模型，将下料口用保温材料包好，减少下料管壁与物料的温差，使析出的蒸汽不易在壁上凝结成水珠，防止物料粘壁。但该方法不足之处是只减轻了结壁现象，没有彻底消除物料结壁现象，若遇到黏性较大的物料，还会结壁堵机。

六、解决粮食输送管道弯头磨损问题。

溜管是粮食加工行业常用的一种利用重力、自流等原理实现从高处向低处输送粮食的管件，一般直径为200毫米的铁制管道，常用来输送玉米、小麦等粮食。实际输送过程中，由于设备与设备之间的位置等原因，要改变输送方向，设置弯头，弯头一般由小角度短节连接而成。而在弯头处，由于玉米、小麦等粮食表皮较硬，在下落过程中冲击、摩擦管道，经常造成弯头内部磨损较快，直至磨破，影响生产。粮食速度越大，磨损越快，磨损越严重。通常解决此问题的办法是用再生布和上面糊，对磨损处外部进行包裹，停机时进行更换。但现有解决方案的缺点是不美观，且只能临时治理，不能维持较长时间，且维修费用增加。

供应部业务主办常国栋采用TRIZ原理：76种标准解-质-模型来解决粮食输送管道弯头磨损问题。他的解决方案是：1.如果引入一种场使粮食在弯头处流动时，不与管道接触，当然也不可能使弯头发生磨损；2.如果从改进管道弯头的角度考虑，只能做到采用质量较好的管道弯头，保证管道不会发生磨损，这可以在管道弯头内部加一耐磨层。方案分析：第一、如果引入一场，使粮食不与管道接触、发生摩擦。这在理论上可行，实际实施过程中却相当困

难；第二、在管道弯头处内部加耐磨层，可以延缓管道弯头的磨损速度，这是解决问题的一种办法，但治标不治本；第三、采用76个标准解中物质-场的拆解和构建理论，应用NO1.1完善不完整模型，我们可以在弯头处设置一凹陷或凸起，相当于修改S2，粮食在管道内部流动时，此处始终聚集一些粮食，从而将粮食与管道弯头的摩擦转化为粮食内部之间的摩擦，使问题带到有效解决。此种方案简单易实施。

上述利用TRIZ理论解决天冠集团生产经营过程中的疑难问题，具有很强的实用性，其中已经实施的项目效果明显，已实施的研究课题为天冠集团新增效益336.24万元，若项目全部实施后可为天冠集团新增效益预计1 800余万元。

天冠集团申请办理的专利