資源描述：
《TRIZ理論在纖維乙醇工業(yè)中的應(yīng)用.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、TRIZ理論在纖維乙醇工業(yè)中的應(yīng)用劉坤上海天之冠可再生能源有限公司TRIZ理論是前蘇聯(lián)阿奇舒勒及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研究人員，自1946年開始，花費大量人力物力，在分析研究了世界各國250萬件專利的基礎(chǔ)上，所提出的發(fā)明問題解決理論。阿奇舒勒開始就堅信發(fā)明問題的基本原理是客觀存在的，這些原理不僅能被確認也能被整理而形成一種理論，掌握該理論的人不僅能提高發(fā)明的成功率、縮短發(fā)明的周期，也可使發(fā)明問題具有可預(yù)見性。TRIZ理論最大的特定就是開闊的研發(fā)人員的視野，使其不局限于本專業(yè)中，而是利用全人類的專利技術(shù)為其服務(wù)，特別是一些難以解決的問題可以從功能的角度用TRIZ系列創(chuàng)新工具
2、進行嘗試，應(yīng)能起到事半功倍的效果。纖維乙醇工業(yè)是通過酶水解秸稈成可發(fā)酵性的糖，酵母利用其可發(fā)酵性的糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。存在于秸稈中的非水溶性木質(zhì)纖維素很難被微生物或酶水解，主要是因為纖維素的結(jié)晶度、聚合度以及環(huán)繞著纖維素與半纖維素締合的木質(zhì)素鞘所致。木質(zhì)素與半纖維素以共價鍵形式結(jié)合，將纖維素分子包埋在其中，形成一個天然屏障，使酶不宜與纖維素分子接觸，減少了纖維素的水解效能。因此，為了提高秸稈纖維素的可酶解性或可發(fā)酵性，首先必須對秸稈進行預(yù)處理。預(yù)處理的方法有很多，有機械的、化學(xué)的、物理的等等，其中堿預(yù)處理是比較常見的，也是研究的熱門。在堿處理的過程中會產(chǎn)生大量含有木
3、質(zhì)素的廢堿水，每生產(chǎn)1噸可酶解纖維質(zhì)原料要產(chǎn)生5噸黑液廢水，現(xiàn)有的有兩種方法來處理黑液廢水：1、離心得到廢液和需要的固相，固相通過水洗，清除殘余的堿液以及堿處理過程中產(chǎn)生的抑制物，然后加入纖維素酶制劑進行后續(xù)的酶解工序；而廢液需要用稀酸中和到酸性，使得木質(zhì)素沉淀下來，最后再離心分離出木質(zhì)素和酸液。這種方法雖然可以分離出木質(zhì)素，但是堿液不能回收，每次預(yù)處理都需要加入大量的燒堿和稀酸，非常不經(jīng)濟，同時在清洗的過程中又產(chǎn)生了大量新的廢水，廢水處理費用高；2、將黑液廢水加熱蒸發(fā)成固體，經(jīng)焚燒爐焚燒，將焚燒后的灰分加石灰溶解，再經(jīng)沉淀，得到回收的液體堿液，雖然這種方法可以
4、回收燒堿，但是這種方法需要大量投資黑液廢水處理設(shè)備，投資成本太高，同時黑液廢水的處理費用也特別高，每噸黑液廢水的處理費用達400元人民幣，另一個缺點是黑液廢水中的主要成分木質(zhì)素不能得到回收利用，白白被燒掉。1、定義理想解如果木質(zhì)素直接變成固體從堿液中分離出來，我們就可以重復(fù)利用堿液進行下一次堿處理工藝，變廢為寶，同時還可以利用木質(zhì)素，形成高附加值副產(chǎn)品。2、技術(shù)沖突定義技術(shù)沖突：改善的參數(shù)（結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度）和惡化的參數(shù)（物質(zhì)損失和物體產(chǎn)生的有害因素）之間構(gòu)成了一對技術(shù)沖突。查找沖突矩陣找出創(chuàng)新原理：35、參數(shù)變化，22、變有害為有益，2、分離。根據(jù)發(fā)明原理2需
5、要把溶有木質(zhì)素的堿液分離出來，這樣得到木質(zhì)素和堿液；根據(jù)發(fā)明原理22，廢堿液難處理主要是因為溶解了木質(zhì)素，如果能從堿液中分離出木質(zhì)素，就可以實現(xiàn)變廢為寶把木質(zhì)素做成高附加值的產(chǎn)品；根據(jù)發(fā)明原理35可知，需要把溶解狀態(tài)的木質(zhì)素變?yōu)榭沙恋淼墓虘B(tài)，就可以達到分離的目的。初步方案：木質(zhì)素要從堿液中沉淀，最簡單的方法就是改變液體的堿性，因此需要引入酸性物質(zhì)，通常的方法是加入稀酸，通過仔細分析整個纖維乙醇生產(chǎn)工藝路線，查找是否有可以利用的資源。發(fā)現(xiàn)酶解液加入酵母發(fā)酵后，會產(chǎn)生發(fā)酵廢水，而這個廢水是弱酸性廢水，在原有工藝中，這個廢水是直接進入廢水處理工段。根據(jù)工藝路線，預(yù)處理
6、產(chǎn)生的堿性廢水和發(fā)酵產(chǎn)生的酸性廢水最后都要進入廢水處理工段，因此可以在此之前，將兩者中和，再進入廢水處理工段，可以充分利用整個工藝路線中的資源，達到少加稀酸的目的，減少成本。原工藝：堿處理廢水廢水處理工段發(fā)酵廢水新工藝：堿處理廢水廢水處理工段混合廢水發(fā)酵廢水新工藝路線中雖然多了一個工藝步驟，但是兩種廢水混合后一方面可以部分中和堿液中的堿性物質(zhì)，減少稀酸的添加量，另一方面廢水的混和不會產(chǎn)生附加的成本，也不會增加廢水處理的量，因此可以減少廢水處理的成本。通過搖瓶試驗，驗證可以減少5%-10%的稀酸添加量。3、物質(zhì)場為了實現(xiàn)從堿液中分離木質(zhì)素（不能改變堿液的性質(zhì)）的功
7、能，建立物質(zhì)場模型，用原有的方法建立的模型中S1=廢堿液、S2=稀酸和F=化學(xué)場。根據(jù)理想解，好的方法應(yīng)該是不需要加入稀酸，增加成本，來實現(xiàn)分離木質(zhì)素的功能。因此可以考慮更換S2和F，來實現(xiàn)分離功能，新的物質(zhì)場模型是一個不完整的物質(zhì)場模型，模型中S1=廢堿液，S2和F待定。原技術(shù)路線形成的物質(zhì)場模型：化學(xué)場廢堿液稀酸根據(jù)理想解的要求，酸性物質(zhì)是應(yīng)該不用添加，因此需要重新選擇F，因此現(xiàn)在的物質(zhì)場模型中缺少了S2和F，屬于不完整系統(tǒng)，因此根據(jù)規(guī)則1需要引入新元件S2和F。從離子的角度來分析可以重新定義需要解決的問題，從分離NaOH和木質(zhì)素的問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛xNa+和OH
8、-的問題，讓Na+游離到
