运用TRIZ理论提高过滤器的性能

王勇　曹美霞　张言　李正魁

摘 要：运用TRIZ理论，对某化工厂的糖苷物料过滤器进行组件功能分析、矛盾分析，并使用矛盾矩阵、分离原理等创新工具对问题进行求解，最后给出解决方案。

关键词：TRIZ理论；过滤器；提高

某化工厂生产糖苷，糖和醇在反应釜中反应，生成糖苷及杂质。为了获得糖苷产品，需要对糖苷的产品纯化，对杂质进行过滤得到产品。由于糖苷产品中含有小粒径的不溶性悬浮颗粒物杂质，因此需要在物料纯化的阶段设置过滤装置，用于除去杂质，实现固液分离。在实际运行过程中发现，物料进入过滤器以后，在不锈钢筛网中实现固液分离，物料滤液从过滤器底部通过泵打入储罐，固体杂质留在滤网上。由于杂质颗粒细小，容易堵塞滤网，导致过滤速度降低。过滤器在使用过程中需要频繁拆卸，清洗滤网；物料中有挥发性的组分，会散发气味，物料本身有一定温度，气味随温度的升高而增大；频繁的拆卸清洗会浪费大量的物料。因此，企业提出，希望对过滤装置进行技术改造。

1 TRIZ理论

TRIZ是发明问题的解决理论，是指导人们进行发明创新、解决工程问题的系统化的方法学体系。它是苏联发明家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）为首的研究团队通过对250万件高水平发明专利进行分析和提炼以后总结出来的。

TRIZ 的核心思想包括：（1）不同行业遇到的问题，采用相同的原理加以解决；（2）产品和技术系统的发展不是随机的，而是按照一定的规律在发展和进化。

TRIZ的核心是消除矛盾和技术系统的进化原理，并建立料基于知识消除矛盾的逻辑化方法，用系统化的解题流程来解决特殊问题或矛盾。

运用TRIZ解决问题的一般流程是：首先将一个待解决的实际问题转化为问题模型；然后针对不同的问题模型，应用不同的TRIZ工具，得到解决方案的模型；最后将解决方案模型应用到具体的问题之中，得到问题的解决方案。

TRIZ的问题模型可划分为四种形式：技术矛盾、物理矛盾、物场问题、知识使能问题。

TRIZ中的技术问题可以定义为技术矛盾和物理矛盾。技术矛盾是指为了改善系统的一个参数，导致了另一个参数的恶化。物理矛盾是针对系统的某个参数，提出了两种不同的要求。在解决问题时，最有效的解决方案就是解决技术难题中的矛盾。

对于技术矛盾，阿奇舒勒给出了一个矛盾矩阵，矛盾矩阵是一个（40×40）的矩阵，其中第1列为39个可改善的工程参数，第1行为39个会导致恶化的工程参数，剩下的39行和39列形成一个矩阵，里面的数字对应着解决矛盾的通用创新原理。对于物理矛盾，采用空间分离、时间分离、条件分离和系统级别分离等方法，并利用通用的40个发明创新原理加以解决[1，3]。

此外，TRIZ理论还有物场模型和标准解、知识库、效应库等解决工具。

2 问题分析

2.1 问题模型

上述问题可以描述为：如何在保证滤液质量的条件下，提高糖苷的过滤速度。

技术系统： 过滤器

如图2所示，需要过滤的液体物料经过滤器的入口进入，依靠自身重力向下流动，通过滤材，滤材由不锈钢滤网或滤布构成。液体经滤网或滤布过滤后，杂质颗粒被不锈钢滤网过滤，过滤后的清液从下端出口排出。

2.2 矛盾分析

技术矛盾：

（1）问题分析：a.杂质堵塞滤网；b.压力不足，过滤速度慢；c.料液有刺激性气味。

过滤需要使用滤网，滤网被杂质堵塞，导致过滤速变慢，需要频繁拆卸清洗，料液产生刺激性气体，同时物料损失。

（2）现有的解决方案是： 过滤时加压；静置物料；拆卸过滤器清洗；高温封闭过滤；改变滤网的孔径。

（3）现有解决方案的缺点：过滤时需要增大压力；静置物料需要花费时间；过滤器拆下清洗麻烦，浪费物料，气味刺激；需要加温；需要增大孔径。

由TRIZ理论分析技术矛盾，如表1所示。

如果要获得好的过滤效果，就必须减小滤网的孔径；同时就导致了过滤速度的降低。反之，增大滤网的孔径，细小尺寸的颗粒不会堵塞滤网，过滤速度提高；但是会导致过滤的精度不符合要求，滤液不能达到产品的标准。

对于系统中的参数——过滤器滤网的孔径，提出了两种不同的要求：要求孔径较小，以满足过滤效果的要求；同时要求孔径大，以满足过滤速度的要求。根据TRIZ理论，上述问题构成一对物理矛盾。对于物理矛盾，通常采用分离原理加以解决。

3 技术矛盾获得的解决方案

由技术矛盾根据TRIZ矛盾矩阵表获得创新原理，如表2所示。

根据获得的TRIZ 创新原理，由创造性联想获得解决方案，如表3所示。

4 物理矛盾获得的解决方案

物理矛盾的解决是实现矛盾双方的分离，分离的方法有空间分离、时间分离、条件分离、系统级别分离，糖苷过滤过程矛盾产生的原因是固体悬浮颗粒与液体运动的方向一致，固体要求过滤的孔径小，液体要求过滤的孔径大。 如果能使固液双方在不同的空间上分离，使固体液体分别不同向运动，可以解决问题。

根据TRIZ创新原理，分离方法和发明原理的对应关系，空间分离可采用的创新原理有分割原理、抽取原理、增加不对称性原理、曲面化原理、借助中介物的原理等。可采用曲面化的原理，改直线运动为曲面化运动，应用离心力。可以得到如下的思路：（1）将原过滤器水平放置，（2）过滤器旋转；（3）滤网的功能被筒壁取代；料液进入过滤器后，呈螺旋运动，固体和液体的运动方向垂直。可以做到固液分离速度快，同时分离效果好。

5 结束语

用TRIZ创新原理，由问题描述定义技术系统，分析技术矛盾和物理矛盾，由矛盾矩阵查找创新原理。根据创新原理的提示，可以得到解决问题的思路，根据实际经验制定解决问题矛盾的技术方案。本项目根据TRIZ创新原理获得了10种以上的解决方案。证明TRIZ创新原理来源于大量的发明专利和工程实践，又能够解决工程实践中的问题，具有科学性和高效性。

参考文献

[1]林岳.创新方法教程（初级）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]梁成刚.运用TRIZ 理论实现过滤器效率提高的技术改造[J].内蒙古科技与经济，2014（15）：69-70.

[3]发明问题的解决理论[M].江苏凤凰教育出版社，2013.