摘 要：介紹了TRIZ理論及其分析問題、解決問題的過程。針對(duì)三水碘化鋰制備過程中，反應(yīng)溫度、攪拌方式、反應(yīng)時(shí)間以及反應(yīng)氣氛等問題，利用TRIZ理論中的系統(tǒng)分析、組件功能分析、組件價(jià)值分析找出了主要矛盾。并利用物場(chǎng)模型、知識(shí)庫、矛盾分析等方法，得到了多種解決方案，提高了反應(yīng)系統(tǒng)的理想度。

關(guān)鍵詞：TRIZ 三水碘化鋰 創(chuàng)新方法

中圖分類號(hào)：TD941 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（b）-0005-02

三水碘化鋰（H6ILiO3）分子量187.89，無色結(jié)晶粉末，立方晶系，易吸潮而分解。作為一種重要的基礎(chǔ)化學(xué)試劑，其在燃料電池的電解液、藥物合成、催化化學(xué)、制備無水碘化鋰、照相業(yè)及合成人工晶體等方面有著廣泛的應(yīng)用，三水碘化鋰市場(chǎng)售價(jià)為100～300萬/噸，經(jīng)濟(jì)附加值高。中國碘資源90%以上依賴進(jìn)口，隨著近年來碘資源的不斷緊缺，高效合理地利用碘資源加工生產(chǎn)高附加值下游產(chǎn)品成為了行業(yè)亟待解決的問題。

1 三水碘化鋰的生產(chǎn)工藝

三水碘化鋰的傳統(tǒng)制備工藝是利用單質(zhì)鋰與碘為原料，在反應(yīng)器中一步反應(yīng)合成，該方法成本昂貴已不采用。除此以外還有H2S還原法、聯(lián)胺法、中和法以及液氨法[1]。

硫化氫還原法：此法是以氫氧化鋰、碘和硫化氫為起始原料，以水為反應(yīng)溶劑制得。具體方程式如下：

聯(lián)氨法：此法是以氫氧化鋰、碘和聯(lián)氨為起始原料，以水為反應(yīng)溶劑制得。具體方程式如下：

中和法：目前，實(shí)驗(yàn)室常以新制備的氫碘酸為原料，加入碳酸鋰或一水合氫氧化鋰，通過中和反應(yīng)制得碘化鋰，將溶液蒸發(fā)濃縮后可得到三水碘化鋰。主要反應(yīng)方程式如下：

或者

液氨法：將碘化銨和金屬鋰置于液氨中反應(yīng)，可以制備碘化鋰。反應(yīng)方程式如下：

該工藝?yán)卯Y福集團(tuán)開發(fā)的磷礦伴生碘回收工藝中的氫碘酸為原料，制備三水碘化鋰。在碘吸收液中，主要含有硫酸和氫碘酸，由于碘元素性質(zhì)較為活潑，碘吸收液長期置于空氣中易被氧化成碘單質(zhì)而使得溶液呈棕色，因此在制備碘化鋰之前，應(yīng)首先加入還原劑將碘單質(zhì)還原為碘離子。對(duì)于含量較多的硫酸根離子，加入相應(yīng)的鋇鹽使之轉(zhuǎn)化為硫酸鋇過濾除去，然后向?yàn)V液中加入碳酸鋰，與溶液中的氫碘酸反應(yīng)，得到碘化鋰溶液，經(jīng)濃縮結(jié)晶，真空干燥，便可制備三水碘化鋰產(chǎn)品。在制備過程中，重點(diǎn)是反應(yīng)裝置對(duì)于碳酸鋰加入量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度以及攪拌速度等因素的控制研究。

2 TRIZ創(chuàng)新理論

創(chuàng)新是人類所特有的認(rèn)知能力和實(shí)踐能力，是人類主觀能動(dòng)性的高級(jí)表現(xiàn)形式，是推動(dòng)民族進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的不竭動(dòng)力。人們對(duì)創(chuàng)新方法進(jìn)行了長期的研究，常見的創(chuàng)新方法有頭腦風(fēng)暴法、組合創(chuàng)新法等。[2]

TRIZ是俄文的英語翻譯“teoriya resheniya izobreatatelskikh zadatch”的縮寫，中文譯為“萃智”，其英文全稱是Theory of Inventive Problem Solving，即“發(fā)明問題解決理論”。它是蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒從1946年開始帶領(lǐng)一批學(xué)者通過對(duì)大量專利分析研究后總結(jié)出的各種技術(shù)發(fā)展進(jìn)化遵循的規(guī)律模式及解決各種工程矛盾的創(chuàng)新原理。目前應(yīng)用領(lǐng)域也從工程技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展到管理、社會(huì)等方面，對(duì)于人們打破慣性思維，站在一個(gè)新的角度上來看待問題、思考問題、解決問題具有很大的幫助[3]。

TRIZ的核心思想包括三個(gè)方面：第一，技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展是遵循客觀規(guī)律發(fā)展演變的；第二，技術(shù)難題和矛盾的不斷解決是推動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)化的動(dòng)力；第三，技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用最少的資源實(shí)現(xiàn)最大效益的功能[4]。

TRIZ作為一套方法學(xué)體系，為我們提供了統(tǒng)一的解決問題的步驟和思路，將工程問題轉(zhuǎn)化為TRIZ的標(biāo)準(zhǔn)問題模型，運(yùn)用相應(yīng)的工具去求解，得到解決方案模型，在此基礎(chǔ)上形成問題的具體方案，最后工程技術(shù)人員將具體方案轉(zhuǎn)化為實(shí)際的工程方案，并進(jìn)行評(píng)估、驗(yàn)證、形成最終解決方案。

3 TRIZ理論在改善三水碘化鋰生產(chǎn)中的應(yīng)用

將三水碘化鋰反應(yīng)裝置看作一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)的要求是提供良好的反應(yīng)控制條件，提高產(chǎn)品三水碘化鋰質(zhì)量。

3.1 問題情境描述

取一定量的碘吸收液，逐漸加入一定量的還原劑到玻璃反應(yīng)釜中，使得其中的碘單質(zhì)全部還原為碘離子，此時(shí)溶液由紅棕色變?yōu)闊o色。再向反應(yīng)釜中加入一定量的碳酸鋰，控制反應(yīng)物料配比，反應(yīng)的溫度，攪拌速度，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)氣氛。

以上系統(tǒng)存在以下4個(gè)問題：（1）還原反應(yīng)終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)確；（2）反應(yīng)釜溫度不能實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制；（3）反應(yīng)釜中的氧氣會(huì)氧化碘離子；（4）反應(yīng)釜底部的直角結(jié)構(gòu)和攪拌方式，不能實(shí)現(xiàn)原料充分混合。

3.2 組件模型分析

技術(shù)系統(tǒng)的作用對(duì)象是三水碘化鋰，系統(tǒng)內(nèi)組件有冷凝回流裝置、支架、攪拌控制器、放空裝置、攪拌裝置、恒溫槽、玻璃反應(yīng)釜、夾套，超系統(tǒng)組件有空氣、實(shí)驗(yàn)員。通過組件模型分析描述了各個(gè)組件的相互作用關(guān)系。通過流分析，了解了系統(tǒng)的能量傳遞組件、控制組件、結(jié)構(gòu)組件，了解組件對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的功能貢獻(xiàn)。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)及流分析圖如圖1所示。

通過組件價(jià)值分析，從功能貢獻(xiàn)、問題影響、成本分配三個(gè)方面分析了組件在技術(shù)系統(tǒng)中的理想度，分析結(jié)果由低到高依次為冷凝回流裝置、夾套、攪拌裝置、恒溫槽、放空裝置、玻璃反應(yīng)釜。

3.3 形成方案

針對(duì)組建模型分析結(jié)果，將上述問題歸類到不同的問題模型中，再利用TRIZ理論中的多種工具，例如裁剪、標(biāo)準(zhǔn)解法系統(tǒng)、知識(shí)庫、分離方法、矛盾矩陣對(duì)系統(tǒng)中理想度較低的組件依次進(jìn)行改進(jìn)，得到最終解決方案。

3.3.1 裁剪方案

系統(tǒng)組件中，冷凝管的作用是冷卻氣體，夾套也可以起到冷卻氣體的作用。在冷凝的功能上，冷凝管的作用可以通過夾套替代，所以可以裁剪掉冷凝管，提高系統(tǒng)的理想度。

3.3.2 物場(chǎng)分析

超系統(tǒng)組件空氣是客觀存在的，但空氣中存在的氧氣對(duì)于作用對(duì)象是有害的，它會(huì)將已經(jīng)還原的碘離子，重新氧化為碘單質(zhì)，也會(huì)影響產(chǎn)品三水碘化鋰的質(zhì)量。通過建立物場(chǎng)模型，找到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)解-物場(chǎng)模型的破壞，通過引入S3來消除有害作用，模型圖如圖2所示。

引入物質(zhì)S3氮?dú)?，使反?yīng)釜內(nèi)壓力保持正壓，將釜內(nèi)空氣趕出，氮?dú)庥筛装l(fā)生，在趕出空氣的同時(shí)也能對(duì)物料進(jìn)行攪拌，由于氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生影響。

3.3.3 HOW TO 模型

針對(duì)技術(shù)系統(tǒng)還原反應(yīng)終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)確這一問題，運(yùn)用TRIZ理論中的知識(shí)庫方法得到解決方案。TRIZ創(chuàng)新理論中的知識(shí)庫方法是計(jì)算機(jī)結(jié)合基于本體的語義技術(shù)在知識(shí)的組織、表達(dá)、檢索和有效獲取上有人無法比擬的優(yōu)勢(shì)，它使我們不僅可以獲得本領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)，還可以獲得其他領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)。通過查詢知識(shí)庫，得到兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)“技術(shù)方法提高高速彈頭的精確度”、“信號(hào)自適應(yīng)放大改善測(cè)量距離”參考以后得到解決方案如下，引入信號(hào)反饋系統(tǒng)（包含放大器），將原有的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，將吸光度（abs）用數(shù)字信號(hào)表示，實(shí)驗(yàn)人員通過數(shù)字變化判斷反應(yīng)終點(diǎn)，提高了判斷準(zhǔn)確性。

3.3.4 物理矛盾與技術(shù)矛盾

技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的過程就是不斷解決其中存在的矛盾的過程，創(chuàng)新問題的核心是矛盾的消解。在TRIZ理論中將各種各樣的矛盾可以歸納為物理矛盾與技術(shù)矛盾。所謂物理矛盾就是對(duì)同一參數(shù)有相反的兩個(gè)要求，對(duì)應(yīng)采用空間分離、時(shí)間分離、條件分離、系統(tǒng)級(jí)別分離尋找解決方案。所謂技術(shù)矛盾是指為了改善技術(shù)系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)，導(dǎo)致該系統(tǒng)的另一個(gè)參數(shù)惡化，TRIZ理論中為我們總結(jié)了39個(gè)通用技術(shù)參數(shù)以及40個(gè)創(chuàng)新原理，通用技術(shù)參數(shù)用來描述改善與惡化的兩個(gè)參數(shù)，通過查找矛盾矩陣表，找出相應(yīng)的創(chuàng)新原理來解決問題。

對(duì)于放空裝置控制不及時(shí)的問題，可以用技術(shù)矛盾來解。初期的解決方案是實(shí)驗(yàn)員加大巡查力度，改善的參數(shù)是壓力控制的穩(wěn)定性，惡化的是控制和測(cè)量的復(fù)雜性，查找矛盾矩陣得到創(chuàng)新原理反饋，在系統(tǒng)中引入反饋裝置，將原有的放空裝置替換為反饋裝置，此裝置由彈簧與密封蓋組成，彈簧的作用是調(diào)節(jié)蓋子開啟閉合的臨界壓力。因?yàn)榉磻?yīng)本身要產(chǎn)生氣體，通過釜內(nèi)壓力與臨界壓力的壓力差來自動(dòng)控制蓋子的開閉。

對(duì)于溫度分區(qū)控制問題，可以用物理矛盾解決，對(duì)于反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，希望高有利于反應(yīng)的進(jìn)行，希望低有利于碘的回收以及產(chǎn)品的保護(hù)。利用空間分離原理得到解決方案，原先的反應(yīng)溫度是通過夾套單一控溫，改進(jìn)方案是在夾套內(nèi)壁加上一層可伸縮的加熱薄膜，它可以根據(jù)反應(yīng)原料的多少，鋪在反應(yīng)釜的底部，其通過電加熱為反應(yīng)提供熱量，不需加熱的地方通過夾套進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)了溫度的空間分離。

4 結(jié)語

該文介紹了TRIZ理論的核心以及主要內(nèi)容，通過實(shí)例“改進(jìn)三水碘化鋰的生產(chǎn)工藝”，詳細(xì)描述了TRIZ在解決實(shí)際問題中的應(yīng)用過程，得到了多項(xiàng)解決方案。我們認(rèn)為TRIZ是一套科學(xué)的創(chuàng)新工具，對(duì)于研發(fā)人員擺脫思維定式、開拓思路、分析問題原因、得到解決方案都有很大的幫助，對(duì)于提高項(xiàng)目研發(fā)質(zhì)量作用明顯。值得在化工企業(yè)中大力推廣，使得TRIZ理論被越來越多的技術(shù)工程師所熟悉并使用。

參考文獻(xiàn)

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