李齊春　王興隆　孫云輝

摘要：為解決異丙醇鋁生產(chǎn)及應(yīng)用過(guò)程中存在的問題，引入了TRIZ理論的自服務(wù)、多維化、惰性介質(zhì)等若干發(fā)明原理。TRIZ理論分離原理的應(yīng)用有效解決了有機(jī)鋁聚合物制備過(guò)程中的物理矛盾，提高了聚合反應(yīng)穩(wěn)定性；根據(jù)物-場(chǎng)分析法，利用乙醇消除丙酮對(duì)異丙醇鋁合成反應(yīng)的有害效應(yīng)，提高了合成反應(yīng)速度。這些結(jié)果體現(xiàn)了TRIZ理論應(yīng)用于異丙醇鋁工藝改進(jìn)的可行性和高效性，為創(chuàng)新化工工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了新的工具。

關(guān)鍵詞：TRIZ；異丙醇鋁；發(fā)明原理；分離原理；物-場(chǎng)模型

中圖分類號(hào)：TQ 201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0460（2017）01-0112-03

TRIZ是“發(fā)明問題的解決理論”俄文的英文音譯（Theory of the Solution of Inventive Problems）的縮寫，在中國(guó)也名為“萃智”理論。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今它已在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，成為人們創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的系統(tǒng)理論和方法工具，并創(chuàng)造出重大效益。本文利用TRIZ理論來(lái)解決異丙醇鋁生產(chǎn)及其應(yīng)用中的工藝技術(shù)問題。

1 TRIZ基本理論體系

TRIz理論是由前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒（G.S.Altshuller）創(chuàng)立的由解決技術(shù)、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、算法所組成的一套綜合理論體系。TRIZ理論體系包括創(chuàng)新思維方法與問題分析方法、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則、40條發(fā)明原理、39個(gè)通用工程參數(shù)和沖突矩陣、物一場(chǎng)分析、發(fā)明問題標(biāo)準(zhǔn)解、發(fā)明問題解決算法（ARIZ）以及工程效應(yīng)知識(shí)庫(kù)等。TRIZ理論能夠幫助人們打破慣性思維，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力，在工程領(lǐng)域可創(chuàng)造性的解決工藝優(yōu)化、技術(shù)攻關(guān)等創(chuàng)新活動(dòng)所遇到的問題。

2 TRIZ理論的應(yīng)用

2.1 發(fā)明創(chuàng)造原理的應(yīng)用

40條發(fā)明原理是TRIZ獲得矛盾解所應(yīng)遵循的一般規(guī)律，是TRIZ理論中最重要的具有普遍用途的工具，可解決技術(shù)系統(tǒng)存在的技術(shù)矛盾，甚至可以用來(lái)解決與基礎(chǔ)知識(shí)面不是特別相關(guān)的創(chuàng)造性問題。

2.1.1 自服務(wù)原理的應(yīng)用

固體異丙醇鋁作為晶種加速液體異丙醇鋁的固化。異丙醇鋁新蒸餾出來(lái)時(shí)為粘稠狀透明液體，包含著兩種狀態(tài)的多聚體，異丙醇鋁的三聚體為液態(tài)，四聚體為晶體，如圖1所示。液體異丙醇會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸變?yōu)楣腆w。異丙醇鋁在常溫下固化需數(shù)天時(shí)間，有時(shí)甚至需要二十多天，異丙醇鋁一般以固體形式出售，固化時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響產(chǎn)品生產(chǎn)率。

在液態(tài)低級(jí)烷醇鋁中加入0.5%～20%的固態(tài)低級(jí)醇鋁，20～85℃下，24h可徹底固化。在溫度為60℃時(shí)，不加固態(tài)異丙醇鋁，液態(tài)異丙醇鋁固化時(shí)間需40多小時(shí)，而加一定比例的固態(tài)異丙醇鋁作為晶種，固化的時(shí)間可縮短至10h之內(nèi)。

2.1.2 變害為益原理的應(yīng)用

異丙醇鋁采用減壓蒸餾進(jìn)行提純，蒸餾結(jié)束后會(huì)有少量異丙醇鋁粘附在列管內(nèi)壁而殘留在冷凝器中，這會(huì)降低傳熱效果甚至造成堵塞。間隔一定時(shí)間后需要通過(guò)蒸汽來(lái)清理，甚至需要拆洗冷凝器。異丙醇鋁在異丙醇中有一定的溶解度，20℃時(shí)為4.3g/100g，為此對(duì)管路進(jìn)行改進(jìn)，將異丙醇鋁合成所需的異丙醇先流經(jīng)蒸餾冷凝器再進(jìn)入合成釜，讓殘留在冷凝器內(nèi)的異丙醇鋁在異丙醇的沖洗作用下，隨異丙醇重新進(jìn)入合成釜中，既可起到催化劑作用，又有效地避免了異丙醇鋁殘留在冷凝器中的一系列問題的產(chǎn)生。

2.1.3 多維化原理的應(yīng)用

異丙醇鋁蒸餾過(guò)程中，受真空度、釜內(nèi)物料裝料系數(shù)變化等影響，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽體夾帶釜內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品中降低產(chǎn)品純度及白度，影響產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)在蒸餾反應(yīng)釜汽體出口垂直管路（即空塔）內(nèi)部安裝多層花板，利用多層結(jié)構(gòu)代替單層結(jié)構(gòu)，阻止雜質(zhì)進(jìn)一步上升，同時(shí)也起到部分異丙醇鋁回流作用。改進(jìn)后產(chǎn)品雜質(zhì)含量降低至0.01%，白度可達(dá)99，質(zhì)量明顯提高。

2.1.4 惰性介質(zhì)原理的應(yīng)用

異丙醇鋁極易與水發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鋁，一方面造成物料的損失，另一方面水解產(chǎn)生的氫氧化鋁具有易結(jié)疤性的特心，更易粘附在設(shè)備管路上，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。反應(yīng)釜投料前用氮?dú)鈱⒏獌?nèi)的空氣置換以趕走空氣中的水分，可有效防止異丙醇鋁的水解。采用五層共擠EVOH（乙烯/乙烯醇共聚物）材料制成的高阻隔薄膜袋對(duì)異丙醇鋁進(jìn)行真空包裝，產(chǎn)品保質(zhì)期至少達(dá)6個(gè)月。

2.1.5 組合原理的應(yīng)用

異丙醇鋁蒸餾釜使用導(dǎo)熱油加熱，存在升溫慢、能耗高等問題。通過(guò)在蒸餾釜內(nèi)增設(shè)蒸汽盤管，使用蒸汽和導(dǎo)熱油組合加熱方式，先用蒸汽加熱，當(dāng)釜內(nèi)溫度達(dá)130℃時(shí)切換成導(dǎo)熱油加熱，整個(gè)蒸餾作業(yè)時(shí)間至少可縮短1h，同時(shí)節(jié)約了能源的使用。

2.2 分離原理的應(yīng)用

技術(shù)系統(tǒng)存在物理矛盾時(shí)，通常通過(guò)四大分離原理來(lái)解決。物理矛盾是一個(gè)二元模型要求一個(gè)相同的功能特征具有不兼容的需求。如需要雨傘面積足夠大以有效遮雨，又要足夠小以方便攜帶，雨傘的大與小就是一對(duì)物理矛盾。

以異丙醇鋁為原料，與有機(jī)酸反應(yīng)，再進(jìn)行水化來(lái)制備有機(jī)鋁聚合物的工藝（見圖2）中也存在物理矛盾。

工藝研究中發(fā)現(xiàn)，高溫時(shí)往反應(yīng)釜中加入水，部份水因蒸發(fā)逃出反應(yīng)釜導(dǎo)致反應(yīng)不完全；若要使反應(yīng)穩(wěn)定則需要降低加水時(shí)的溫度，但是溫度降低不利于聚合反應(yīng)。這里存在一對(duì)物理矛盾，即加水進(jìn)行聚合反應(yīng)時(shí)溫度要高，但為了避免水的損失而造成工藝不穩(wěn)定，加水時(shí)則希望溫度低。為消除這對(duì)物理矛盾，采用時(shí)間分離原理來(lái)解決，即將矛盾雙方在不同時(shí)間段上分離。根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，這個(gè)反應(yīng)實(shí)際上包含水解羥基化和聚合反應(yīng)過(guò)程。將水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)在不同時(shí)間段進(jìn)行，即先在低溫下完成水解羥基化過(guò)程，然后在高溫下完成聚合反應(yīng)，見圖3。改進(jìn)后的合成方法不僅解決了水損失引起的反應(yīng)不完全，還改善了產(chǎn)品粘度及澄清度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 物場(chǎng)分析法的應(yīng)用

物一場(chǎng)分析是TRIZ理論中一種重要的問題描述和分析工具。物一場(chǎng)模型理論認(rèn)為所有的技術(shù)系統(tǒng)，其可分解為三個(gè)基本元素即功能載體S1，功能作用體S2、以及場(chǎng)F，若缺少其中的一個(gè)元素，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生矛盾。TRIZ理論將物一場(chǎng)模型分為四類，對(duì)于“有害效應(yīng)的完整模型”的解決方法，可通過(guò)引入第三種物質(zhì)或增加另外一個(gè)場(chǎng)的方式來(lái)消除有害效應(yīng)，見圖4。

異丙醇鋁合成反應(yīng)的物場(chǎng)模型中，S1為異丙醇鋁，S2為異丙醇、鋁等原料，F(xiàn)為反應(yīng)時(shí)的化學(xué)場(chǎng)。研究發(fā)現(xiàn)原料異丙醇中若含微量的丙酮，會(huì)阻礙異丙醇與鋁的反應(yīng)，也就是說(shuō)S2中的丙酮不利于S1異丙醇鋁的合成。為消除丙酮所產(chǎn)生的有害效應(yīng)，此處引進(jìn)第三種物質(zhì)，根據(jù)鋁醇鹽的Oppenauer氧化反應(yīng)機(jī)理，往體系中添加極少量的乙醇。由于乙醇與丙酮在異丙醇鋁存在條件下，丙酮轉(zhuǎn)化為異丙醇，而乙醇則轉(zhuǎn)化為對(duì)反應(yīng)無(wú)害的乙醛，從而消除了影響合成反應(yīng)的不利因素（見圖5），進(jìn)而提高了異丙醇鋁的合成反應(yīng)速度。

3 結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)異丙醇鋁生產(chǎn)及其應(yīng)用中的問題分析及工藝改進(jìn)可以看到，TRIZ理論的若干發(fā)明原理、分離原理及物場(chǎng)模型分析工具的應(yīng)用提高了解決問題的效率，消除了異丙醇鋁生產(chǎn)及應(yīng)用中的安全隱患及有害效應(yīng)，提高了生產(chǎn)效率，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，證明了TRIZ理論在產(chǎn)品技術(shù)改進(jìn)中應(yīng)用的可行性。本文為其它產(chǎn)品的類似技術(shù)改進(jìn)提供了參考，有較大的啟發(fā)指導(dǎo)意義。