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1、TRI理论在纤维乙醇工业中的应用刘坤上海天之冠可再生能源有限公司TRIZ理论是前苏联阿奇舒勒及其领导的一批研究人员,自16年开始,耗费大量人力物力,在分析研究了世界各国250万件专利的基本上,所提出的发明问题解决理论。阿奇舒勒开始就坚信发明问题的基本原理是客观存在的,这些原理不仅能被确认也能被整顿而形成一种理论,掌握该理论的人不仅能提高发明的成功率、缩短发明的周期，也可使发明问题具有可预见性。TRZ理论最大的特定就是开阔的研发人员的视野，使其不局限于本专业中,而是运用全人类的专利技术为其服务，特别是某些难以解决的问题可以从功能的角度用Z系列创新工具进行尝试,应能起到事半功倍的效果。纤维乙醇工业
2、是通过酶水解秸秆成可发酵性的糖，酵母运用其可发酵性的糖发酵产生酒精。存在于秸秆中的非水溶性木质纤维素很难被微生物或酶水解,重要是由于纤维素的结晶度、聚合度以及环绕着纤维素与半纤维素缔合的木质素鞘所致。木质素与半纤维素以共价键形式结合，将纤维素分子包埋在其中，形成一种天然屏障，使酶不适宜与纤维素分子接触，减少了纤维素的水解效能。因此，为了提高秸秆纤维素的可酶解性或可发酵性，一方面必须对秸秆进行预解决。预解决的措施有诸多，有机械的、化学的、物理的等等,其中碱预解决是比较常用的,也是研究的热门。在碱解决的过程中会产生大量具有木质素的废碱水,每生产1吨可酶解纤维质原料要产生吨黑液废水,既有的有两种措施
3、来解决黑液废水:1、离心得到废液和需要的固相,固相通过水洗，清除残存的碱液以及碱解决过程中产生的克制物,然后加入纤维素酶制剂进行后续的酶解工序;而废液需要用稀酸中和到酸性，使得木质素沉淀下来，最后再离心分离出木质素和酸液。这种措施虽然可以分离出木质素,但是碱液不能回收,每次预解决都需要加入大量的烧碱和稀酸,非常不经济,同步在清洗的过程中又产生了大量新的废水,废水解决费用高；2、将黑液废水加热蒸发成固体，经焚烧炉焚烧，将焚烧后的灰分加石灰溶解，再经沉淀，得到回收的液体碱液,虽然这种措施可以回收烧碱,但是这种措施需要大量投资黑液废水解决设备，投资成本太高,同步黑液废水的解决费用也特别高,每吨黑液废
4、水的解决费用达40元人民币,另一种缺陷是黑液废水中的重要成分木质素不能得到回收运用,白白被烧掉。1、定义抱负解如果木质素直接变成固体从碱液中分离出来，我们就可以反复运用碱液进行下一次碱解决工艺,变废为宝,同步还可以运用木质素,形成高附加值副产品。2、技术冲突定义技术冲突：改善的参数(构造稳定性和强度）和恶化的参数（物质损失和物体产生的有害因素）之间构成了一对技术冲突。查找冲突矩阵找出创新原理:5、参数变化，22、变有害为有益，2、分离。根据发明原理需要把溶有木质素的碱液分离出来,这样得到木质素和碱液;根据发明原理2,废碱液难解决重要是由于溶解了木质素，如果能从碱液中分离出木质素,就可以实现变废
5、为宝把木质素做成高附加值的产品;根据发明原理3可知,需要把溶解状态的木质素变为可沉淀的固态,就可以达到分离的目的。初步方案: 木质素要从碱液中沉淀,最简朴的措施就是变化液体的碱性,因此需要引入酸性物质，一般的措施是加入稀酸,通过仔细分析整个纤维乙醇生产工艺路线,查找与否有可以运用的资源。发现酶解液加入酵母发酵后，会产生发酵废水,而这个废水是弱酸性废水,在原有工艺中,这个废水是直接进入废水解决工段。根据工艺路线，预解决产生的碱性废水和发酵产生的酸性废水最后都要进入废水解决工段，因此可以在此之前,将两者中和,再进入废水解决工段,可以充足运用整个工艺路线中的资源,达到少加稀酸的目的,减少成本。原工艺
6、：碱解决废水废水解决工段发酵废水新工艺:碱解决废水废水解决工段混合废水发酵废水 新工艺路线中虽然多了一种工艺环节，但是两种废水混合后一方面可以部分中和碱液中的碱性物质,减少稀酸的添加量，另一方面废水的混和不会产生附加的成本，也不会增长废水解决的量,因此可以减少废水解决的成本。通过摇瓶实验,验证可以减少5%-10%的稀酸添加量。、物质场为了实现从碱液中分离木质素(不能变化碱液的性质)的功能,建立物质场模型,用原有的措施建立的模型中S1=废碱液、2=稀酸和F=化学场。根据抱负解,好的措施应当是不需要加入稀酸，增长成本,来实现分离木质素的功能。因此可以考虑更换S2和F,来实现分离功能，新的物质场模型
7、是一种不完整的物质场模型，模型中S1=废碱液,S2和F待定。原技术路线形成的物质场模型：化学场废碱液稀酸 根据抱负解的规定,酸性物质是应当不用添加,因此需要重新选择F,因此目前的物质场模型中缺少了2和F，属于不完整系统,因此根据规则1需要引入新元件2和F。从离子的角度来分析可以重新定义需要解决的问题,从分离NaOH和木质素的问题转变为分离Na和O-的问题,让a+游离到清水与新的O-形成新的碱液,而原废碱液中，由于Na+的分离,可以使分离出来的OH-可以与新的H+形成HO，成为中性,而木质素可以在中性液体中沉淀出来。新技术路线形成的物质场模型:电场废碱液清水 查阅大量的解决废水的文献，在纺织、造
8、纸等产生有机废水的工业文献中找到了有关电场分离有机物质的文献,并且均有有关的专利，因此在此基本上能初步形成新的工艺路线。新技术路线：木质素清水沉淀废碱液电渗解决器碱液清水4、功能分析以及效应的选择通过对比实现打碎分离组织的功能的多种效应实例，得知可以通过蒸汽爆碎的原理进行爆碎(参照坚果工业化加工原理和葵花籽工业化加工原理），打碎纤维素、半纤维素和木质素之间的化学键,以达到预解决的效果。功能分析:预解决的目的就是要打破这三大素形成的天然屏障，分开纤维素、半纤维素和木质素，既有的措施就是通过化学场,打破三大素之间的化学键。原技术路线效应模型：化学酸碱中和效应 OH- 化学力 温度（）碱类物质中氢氧
9、根能使纤维内部的氢键结合变弱,导致纤维分子的膨胀,并且能溶解半纤维素、皂化糖醛酸和乙酸的酯键,中和游离的糖醛酸，削弱纤维素与木质素之间的联系，最后还能溶解木质素,达到分离的效果。通过功能分析并查找相应的效应,发现实现分离功能的实例中涉及了坚果工业化加工和葵花籽工业化加工,属于慢慢加压然后忽然减压，达到使外部组织爆碎的效果,即爆破原理，在此基本上形成新技术路线效应模型。新技术路线效应模型:加压爆破效应 压力 机械爆破力 蒸汽5、总结TIZ理论给专业的研究人员一种全新的思考问题的方式,打开了专业的束缚，根据TZ的思想选用RI中的工具库，其目的都是为理解决问题,因此可以作为专业研究人员研究课题的有益补充。
