基于不同创新方法的化工工艺创新研究

基于不同创新方法的化工工艺创新研究

王淑萍

新疆庆华能源集团有限公司   新疆伊犁州   835100

摘要:创新方法是应用一种或者多种科学思维、科学方法、科学工具实现创新的技术。不同的创新方法具有自身的创新原理和创新工具。化工工艺即化工技术或化学生产技术，指从化工原料到化工产品经过的物理和化学的转变，实现转变的所有过程。通过把不同的创新方法和化工工艺相结合，为学习掌握创新方法及化工工艺的相关知识提供了交互协助平台，有助于构建化工工艺的创新体系，提高创新能力，实现化工工艺的创新研究。

关键词:创新方法；化工工艺；创新

引言：

随着经济的发展及环保的要求，绿色化工和智能化工是目前化工行业的发展趋势。绿色的化工工艺是实现绿色化工的核心。化工工艺是指化工原料到化工产品生产的全过程。通常，化工工艺可概括为三个主要部分。第一部分是原料的预处理。为了使原料符合进行化学反应所要求的状态和规格。第二部分是核心化学反应。这是生产的关键步骤。第三部分是产品精制。将由化学反应得到的混合物进行分离，除去副产物或杂质，以获得符合组成规格的产品。在以上每一步中，均有巨大的可以改进或者创新的空间，以实现化工工艺的创新，从而推动绿色化工和智慧化工的进程。

1奥斯本检核表法

奥斯本检核表法是根据需要研究的对象之特点列出有关问题，形成检核表。然后挨个进行核对讨论。从而发掘出解决问题的大量设想。它引导人们根据检核项目的思路来求解问题，以利求比较周密的思考。奥斯本检核表法是指以该技法的发明者奥斯本命名、引导主体在创造过程中对照不同方面的问题进行思考，产生新设想、新方案的方法。主要面对9个大问题:有无其他用途、能否借用、能否改变、能否扩大、能否缩小、能否代用、能否重新调整、能否颠倒、能否组合。在此，以玉米秸秆为原料生产生物乙醇的化工工艺为例进行奥斯本检核表法创新研究。有无其他用途，原料是玉米秸秆，除了生产乙醇可不可以采用此工艺路线经过改良直接用于生产丙酮、糠醛等高值化化学品。能否借用:玉米秸秆制备生物乙醇的过程中需要用到化学预处理，所用到的酸或者碱能否从系统里进行循环借用从而实现综合回用。能否改变:工艺过程中预处理后的酶水解发酵环节的反应温度能否改变，反应条件中的固液比能否改变，实现高固含的酶解糖化将有助于整个系统的废水处理。玉米秸秆的原料能否扩大，这个工艺路线是否可以给不同的原料使用，能否给玉米芯、碎木屑、土豆皮、苹果皮等使用。能否缩小:生物燃料制备工艺路线里面的核心反应器能否缩小体积，如何实现缩小体积，缩小后有什么优势。能否代用:玉米秸秆经过预处理和酶水解发酵之后变成生物乙醇，生物乙醇的纯度不够，需要提纯浓缩，一般选择精馏，这个过程能不能有别的设备进行代用，能不能选择萃取精馏，萃取剂选什么比较经济实惠。能否调整:能否调整操作工序，能否先对玉米秸秆进行酶解再进行酸解处理再粉碎处理。能否颠倒:是否可以把核心反应器进行上下颠倒，能否实现持续上下颠倒，能否实现周期性旋转从而提高反应效率。能否组合:能否对玉米秸秆经过预处理后的固液分离仪器进行组合。

2和田十二法

和田十二法，又叫“十二个聪明的好办法”，就是根据12个动词(加、减、扩、缩、变、改、联、学、代、搬、反、定)提供的方向去设问，进而开发创造性思维的方法。该方法最初是在上海和田路小学实施的；其既是对奥斯本稽核问题表法的一种继承，又是一种大胆的创新。比如，其中的“联一联”，“定一定”等等，就是一种新发展。以煤为原料制备半水煤气为例，进行和田十二法创新研究。从气化系统的热平衡看，碳和空气的反应是放热的，碳和水蒸气的反应是吸热的。能否获得合格组成的半水煤气?采用和田十二法中的联一联，即观察半水煤气生成过程中不同气化剂反应之间的联系，通过联想创新设计，找到解决温度自给自足的方式，实现生产合格半水煤气的目标。先将空气送入煤气炉以提高燃料层的温度，然后送入蒸气进行气化反应，燃料层温度逐渐下降。在所得的水煤气中配入部分吹风气即为半水煤气是目前普遍采用的补充热量的方法。在此基础上，可以创新性地使用蓄热材料，对其过程进行优化改进。定一定指的是对半水煤气的生成系统进行新标准新规则的制定，从而提升效率，可以通过吹风阶段、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净的时间配比进行更为精准更为优化的新规则，从而提高半水煤气的制备效率。

3TＲIZ创新方法

3.1最终理想解法

TＲIZ理论中，在问题解决之初，先抛开各种限制条件，设立各种理想模型，即最优的模型结构，来分析问题，并以取得最终理想解作为终极追求目标。理想度公示是有用功能之和除有害功能及成本之和。理想度越高，创造出的产品竞争力越强。对于化工工艺来说，最理想的状况就是，生产化工产品消耗的资源为零，生产化工产品产生的有害作用为零，生产化工产品的有用功能无限大。当然这是基本不可能实现的最理想情况。以玉米秸秆生产生物乙醇工艺为例，进行最终理想解法的研究。最理想的状态是不用任何化学助剂和生物助剂，不用任何能量，包括粉碎使用的能量、反应加热使用的能量、精馏分离使用的能量等，即零助剂和零能耗下实现玉米秸秆转化率为100%地变成生物乙醇。这显然是不可能实现的，但是这是我们研究的目标和总方向。因此，在对工艺进行创新的过程中，需要尽可能地采用绿色的化学药品，尽可能少用水、酸、碱、酶、萃取剂等，尽可能地少消耗能量，能有使用大颗粒原料的工艺就不要添加机械粉碎这个耗能步骤。设计低碳环保的反应工艺及分离提纯装置，实现生物乙醇的绿色高效创新性制备工艺。

3.2STC算子法

STC算子法中的STC分别对应了size、time和cost的英文单词的首字母。STC算子法即尺寸－时间－成本算子法；如何克服物体形状、外观、参数的思维惯性是采用这个方法的精髓。尺寸无限大和尺寸无限小、时间无限长和时间无限短、成本无限大和成本无限小，三个参数各自有两个不同的维度，进行分析研究创造性问题。以硫铁矿焙烧为例，采用STC算子法研究，以对工艺进行创新，实现提高焙烧速率的目的。硫铁矿焙烧是非均相反应，反应平衡常数很大，通常认为可进行到底。所以生产中关键是反应速度决定了生产能力。STC算子法中的尺寸分析:无限减小硫铁矿粒度，可以减小扩散阻力，增加接触面积，对第三阶段速度增加有利；无限增加粒度，扩散阻力增加，接触面积减低，速度变慢。STC算子法中的时间分析:反应平衡常数很大，通常认为可进行到底，因此无限增加时间，反应完全；无限减少时间，反应不彻底。STC算子法中的成本分析:对于整个焙烧过程，硫化亚铁与氧反应速度为控制步骤，成本无限增加，硫化亚铁与氧反应速度无限快，整体反应无限快；成本无限降低，没有条件，空速步的反应非常慢，严重影响反应进程。通过STC方法，可综合考虑各个因素的各维度对效果的影响，指定合适的工艺创新方案。

结语：

综上所述，在经济迅速发展的当今社会，建立创新方法和化工工艺的交互平台，实现基于不同的创新方法对化工工艺进行创新研究，具有非常重要的指导意义。在传统创新方法及TＲIZ创新方法的协助下，化工工艺将会更加迅速地实现优化及调整，化工行业将更加快速地进入绿色化工和智慧化工的新时代。

参考文献：

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[2]李继香，陈前程．和田创新十二法在创意新产品上的应用［J］．安徽科技，2016(2):30－33．

[3]黄昌海．基于 Triz 创新理论谈瓦楞纸箱印刷发展趋势［J］．印刷杂志，2022( 2) : 17－20．