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摘 要：介绍了TRIZ理论及其分析问题、解决问题的过程。针对三水碘化锂制备过程中，反应温度、搅拌方式、反应时间以及反应气氛等问题，利用TRIZ理论中的系统分析、组件功能分析、组件价值分析找出了主要矛盾。并利用物场模型、知识库、矛盾分析等方法，得到了多种解决方案，提高了反应系统的理想度。
关键词：TRIZ 三水碘化锂 创新方法
中图分类号：TD941 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（b）-0005-02
三水碘化锂（H6ILiO3）分子量187.89，无色结晶粉末，立方晶系，易吸潮而分解。作为一种重要的基础化学试剂，其在燃料电池的电解液、药物合成、催化化学、制备无水碘化锂、照相业及合成人工晶体等方面有着广泛的应用，三水碘化锂市场售价为100～300万/吨，经济附加值高。中国碘资源90%以上依赖进口，随着近年来碘资源的不断紧缺，高效合理地利用碘资源加工生产高附加值下游产品成为了行业亟待解决的问题。
1 三水碘化锂的生产工艺
三水碘化锂的传统制备工艺是利用单质锂与碘为原料，在反应器中一步反应合成，该方法成本昂贵已不采用。除此以外还有H2S还原法、联胺法、中和法以及液氨法[1]。
硫化氢还原法：此法是以氢氧化锂、碘和硫化氢为起始原料，以水为反应溶剂制得。具体方程式如下：
联氨法：此法是以氢氧化锂、碘和联氨为起始原料，以水为反应溶剂制得。具体方程式如下：
中和法：目前，实验室常以新制备的氢碘酸为原料，加入碳酸锂或一水合氢氧化锂，通过中和反应制得碘化锂，将溶液蒸发浓缩后可得到三水碘化锂。主要反应方程式如下：
或者
液氨法：将碘化铵和金属锂置于液氨中反应，可以制备碘化锂。反应方程式如下：
该工艺利用瓮福集团开发的磷矿伴生碘回收工艺中的氢碘酸为原料，制备三水碘化锂。在碘吸收液中，主要含有硫酸和氢碘酸，由于碘元素性质较为活泼，碘吸收液长期置于空气中易被氧化成碘单质而使得溶液呈棕色，因此在制备碘化锂之前，应首先加入还原剂将碘单质还原为碘离子。对于含量较多的硫酸根离子，加入相应的钡盐使之转化为硫酸钡过滤除去，然后向滤液中加入碳酸锂，与溶液中的氢碘酸反应，得到碘化锂溶液，经浓缩结晶，真空干燥，便可制备三水碘化锂产品。在制备过程中，重点是反应装置对于碳酸锂加入量、反应时间、反应温度以及搅拌速度等因素的控制研究。
2 TRIZ创新理论
创新是人类所特有的认知能力和实践能力，是人类主观能动性的高级表现形式，是推动民族进步和社会发展的不竭动力。人们对创新方法进行了长期的研究，常见的创新方法有头脑风暴法、组合创新法等。[2]
TRIZ是俄文的英语翻译“teoriya resheniya izobreatatelskikh zadatch”的缩写，中文译为“萃智”，其英文全称是Theory of Inventive Problem Solving，即“发明问题解决理论”。它是苏联发明家阿奇舒勒从1946年开始带领一批学者通过对大量专利分析研究后总结出的各种技术发展进化遵循的规律模式及解决各种工程矛盾的创新原理。目前应用领域也从工程技术领域扩展到管理、社会等方面，对于人们打破惯性思维，站在一个新的角度上来看待问题、思考问题、解决问题具有很大的帮助[3]。
TRIZ的核心思想包括三个方面：第一，技术系统的发展是遵循客观规律发展演变的；第二，技术难题和矛盾的不断解决是推动系统进化的动力；第三，技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大效益的功能[4]。
TRIZ作为一套方法学体系，为我们提供了统一的解决问题的步骤和思路，将工程问题转化为TRIZ的标准问题模型，运用相应的工具去求解，得到解决方案模型，在此基础上形成问题的具体方案，最后工程技术人员将具体方案转化为实际的工程方案，并进行评估、验证、形成最终解决方案。
3 TRIZ理论在改善三水碘化锂生产中的应用
将三水碘化锂反应装置看作一个技术系统，对于系统的要求是提供良好的反应控制条件，提高产品三水碘化锂质量。
3.1 问题情境描述
取一定量的碘吸收液，逐渐加入一定量的还原剂到玻璃反应釜中，使得其中的碘单质全部还原为碘离子，此时溶液由红棕色变为无色。再向反应釜中加入一定量的碳酸锂，控制反应物料配比，反应的温度，搅拌速度，反应时间，反应气氛。
以上系统存在以下4个问题：（1）还原反应终点判断不准确；（2）反应釜温度不能实现分区控制；（3）反應釜中的氧气会氧化碘离子；（4）反应釜底部的直角结构和搅拌方式，不能实现原料充分混合。
3.2 组件模型分析
技术系统的作用对象是三水碘化锂，系统内组件有冷凝回流装置、支架、搅拌控制器、放空装置、搅拌装置、恒温槽、玻璃反应釜、夹套，超系统组件有空气、实验员。通过组件模型分析描述了各个组件的相互作用关系。通过流分析，了解了系统的能量传递组件、控制组件、结构组件，了解组件对技术系统的功能贡献。系统的功能结构及流分析图如图1所示。
通过组件价值分析，从功能贡献、问题影响、成本分配三个方面分析了组件在技术系统中的理想度，分析结果由低到高依次为冷凝回流装置、夹套、搅拌装置、恒温槽、放空装置、玻璃反应釜。
3.3 形成方案
针对组建模型分析结果，将上述问题归类到不同的问题模型中，再利用TRIZ理论中的多种工具，例如裁剪、标准解法系统、知识库、分离方法、矛盾矩阵对系统中理想度较低的组件依次进行改进，得到最终解决方案。
3.3.1 裁剪方案
系统组件中，冷凝管的作用是冷却气体，夹套也可以起到冷却气体的作用。在冷凝的功能上，冷凝管的作用可以通过夹套替代，所以可以裁剪掉冷凝管，提高系统的理想度。 3.3.2 物场分析
超系统组件空气是客观存在的，但空气中存在的氧气对于作用对象是有害的，它会将已经还原的碘离子，重新氧化为碘单质，也会影响产品三水碘化锂的质量。通过建立物场模型，找到相应的标准解-物场模型的破坏，通过引入S3来消除有害作用，模型图如图2所示。
引入物质S3氮气，使反应釜内压力保持正压，将釜内空气赶出，氮气由釜底发生，在赶出空气的同时也能对物料进行搅拌，由于氮气化学性质稳定，不会对反应产生影响。
3.3.3 HOW TO 模型
针对技术系统还原反应终点判断不准确这一问题，运用TRIZ理论中的知识库方法得到解决方案。TRIZ创新理论中的知识库方法是计算机结合基于本体的语义技术在知识的组织、表达、检索和有效获取上有人无法比拟的优势，它使我们不仅可以获得本领域相关知识，还可以获得其他领域的相关知识。通过查询知识库，得到两个知识点“技术方法提高高速弹头的精确度”、“信号自适应放大改善测量距离”参考以后得到解决方案如下，引入信号反馈系统（包含放大器），将原有的光信号转变为数字信号，将吸光度（abs）用数字信号表示，实验人员通过数字变化判断反应终点，提高了判断准确性。
3.3.4 物理矛盾与技术矛盾
技术系统进化的过程就是不断解决其中存在的矛盾的过程，创新问题的核心是矛盾的消解。在TRIZ理论中将各种各样的矛盾可以归纳为物理矛盾与技术矛盾。所谓物理矛盾就是对同一参数有相反的两个要求，对应采用空间分离、时间分离、条件分离、系统级别分离寻找解决方案。所谓技术矛盾是指为了改善技术系统的某个参数，导致该系統的另一个参数恶化，TRIZ理论中为我们总结了39个通用技术参数以及40个创新原理，通用技术参数用来描述改善与恶化的两个参数，通过查找矛盾矩阵表，找出相应的创新原理来解决问题。
对于放空装置控制不及时的问题，可以用技术矛盾来解。初期的解决方案是实验员加大巡查力度，改善的参数是压力控制的稳定性，恶化的是控制和测量的复杂性，查找矛盾矩阵得到创新原理反馈，在系统中引入反馈装置，将原有的放空装置替换为反馈装置，此装置由弹簧与密封盖组成，弹簧的作用是调节盖子开启闭合的临界压力。因为反应本身要产生气体，通过釜内压力与临界压力的压力差来自动控制盖子的开闭。
对于温度分区控制问题，可以用物理矛盾解决，对于反应釜内的温度，希望高有利于反应的进行，希望低有利于碘的回收以及产品的保护。利用空间分离原理得到解决方案，原先的反应温度是通过夹套单一控温，改进方案是在夹套内壁加上一层可伸缩的加热薄膜，它可以根据反应原料的多少，铺在反应釜的底部，其通过电加热为反应提供热量，不需加热的地方通过夹套进行冷却，实现了温度的空间分离。
4 结语
该文介绍了TRIZ理论的核心以及主要内容，通过实例“改进三水碘化锂的生产工艺”，详细描述了TRIZ在解决实际问题中的应用过程，得到了多项解决方案。我们认为TRIZ是一套科学的创新工具，对于研发人员摆脱思维定式、开拓思路、分析问题原因、得到解决方案都有很大的帮助，对于提高项目研发质量作用明显。值得在化工企业中大力推广，使得TRIZ理论被越来越多的技术工程师所熟悉并使用。
参考文献
[1]贾双珠，解田，李长安，等.三水碘化锂的制备方法初步探究[J].精细与专用化学品，2014，22（11）：44-47.
[2]高常青，黄克正，张勇.TRIZ理论中问题解决工具的比较和应用[J].机械设计与研究，2006，22（1）：13-15.
[3]黄向阳，颜慧康，杜存臣.TRIZ理论在解决涂料温度过高中的应用[J].现代化工，2013，33（5）：95-98.
[4]黄一波，管丹.TRIZ发明原理在高职院校化学化工类课程中的体现[J].广西教育，2010（6）：26-27.
关键词：TRIZ 三水碘化锂 创新方法
中图分类号：TD941 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（b）-0005-02
三水碘化锂（H6ILiO3）分子量187.89，无色结晶粉末，立方晶系，易吸潮而分解。作为一种重要的基础化学试剂，其在燃料电池的电解液、药物合成、催化化学、制备无水碘化锂、照相业及合成人工晶体等方面有着广泛的应用，三水碘化锂市场售价为100～300万/吨，经济附加值高。中国碘资源90%以上依赖进口，随着近年来碘资源的不断紧缺，高效合理地利用碘资源加工生产高附加值下游产品成为了行业亟待解决的问题。
1 三水碘化锂的生产工艺
三水碘化锂的传统制备工艺是利用单质锂与碘为原料，在反应器中一步反应合成，该方法成本昂贵已不采用。除此以外还有H2S还原法、联胺法、中和法以及液氨法[1]。
硫化氢还原法：此法是以氢氧化锂、碘和硫化氢为起始原料，以水为反应溶剂制得。具体方程式如下：
联氨法：此法是以氢氧化锂、碘和联氨为起始原料，以水为反应溶剂制得。具体方程式如下：
中和法：目前，实验室常以新制备的氢碘酸为原料，加入碳酸锂或一水合氢氧化锂，通过中和反应制得碘化锂，将溶液蒸发浓缩后可得到三水碘化锂。主要反应方程式如下：
或者
液氨法：将碘化铵和金属锂置于液氨中反应，可以制备碘化锂。反应方程式如下：
该工艺利用瓮福集团开发的磷矿伴生碘回收工艺中的氢碘酸为原料，制备三水碘化锂。在碘吸收液中，主要含有硫酸和氢碘酸，由于碘元素性质较为活泼，碘吸收液长期置于空气中易被氧化成碘单质而使得溶液呈棕色，因此在制备碘化锂之前，应首先加入还原剂将碘单质还原为碘离子。对于含量较多的硫酸根离子，加入相应的钡盐使之转化为硫酸钡过滤除去，然后向滤液中加入碳酸锂，与溶液中的氢碘酸反应，得到碘化锂溶液，经浓缩结晶，真空干燥，便可制备三水碘化锂产品。在制备过程中，重点是反应装置对于碳酸锂加入量、反应时间、反应温度以及搅拌速度等因素的控制研究。
2 TRIZ创新理论
创新是人类所特有的认知能力和实践能力，是人类主观能动性的高级表现形式，是推动民族进步和社会发展的不竭动力。人们对创新方法进行了长期的研究，常见的创新方法有头脑风暴法、组合创新法等。[2]
TRIZ是俄文的英语翻译“teoriya resheniya izobreatatelskikh zadatch”的缩写，中文译为“萃智”，其英文全称是Theory of Inventive Problem Solving，即“发明问题解决理论”。它是苏联发明家阿奇舒勒从1946年开始带领一批学者通过对大量专利分析研究后总结出的各种技术发展进化遵循的规律模式及解决各种工程矛盾的创新原理。目前应用领域也从工程技术领域扩展到管理、社会等方面，对于人们打破惯性思维，站在一个新的角度上来看待问题、思考问题、解决问题具有很大的帮助[3]。
TRIZ的核心思想包括三个方面：第一，技术系统的发展是遵循客观规律发展演变的；第二，技术难题和矛盾的不断解决是推动系统进化的动力；第三，技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大效益的功能[4]。
TRIZ作为一套方法学体系，为我们提供了统一的解决问题的步骤和思路，将工程问题转化为TRIZ的标准问题模型，运用相应的工具去求解，得到解决方案模型，在此基础上形成问题的具体方案，最后工程技术人员将具体方案转化为实际的工程方案，并进行评估、验证、形成最终解决方案。
3 TRIZ理论在改善三水碘化锂生产中的应用
将三水碘化锂反应装置看作一个技术系统，对于系统的要求是提供良好的反应控制条件，提高产品三水碘化锂质量。
3.1 问题情境描述
取一定量的碘吸收液，逐渐加入一定量的还原剂到玻璃反应釜中，使得其中的碘单质全部还原为碘离子，此时溶液由红棕色变为无色。再向反应釜中加入一定量的碳酸锂，控制反应物料配比，反应的温度，搅拌速度，反应时间，反应气氛。
以上系统存在以下4个问题：（1）还原反应终点判断不准确；（2）反应釜温度不能实现分区控制；（3）反應釜中的氧气会氧化碘离子；（4）反应釜底部的直角结构和搅拌方式，不能实现原料充分混合。
3.2 组件模型分析
技术系统的作用对象是三水碘化锂，系统内组件有冷凝回流装置、支架、搅拌控制器、放空装置、搅拌装置、恒温槽、玻璃反应釜、夹套，超系统组件有空气、实验员。通过组件模型分析描述了各个组件的相互作用关系。通过流分析，了解了系统的能量传递组件、控制组件、结构组件，了解组件对技术系统的功能贡献。系统的功能结构及流分析图如图1所示。
通过组件价值分析，从功能贡献、问题影响、成本分配三个方面分析了组件在技术系统中的理想度，分析结果由低到高依次为冷凝回流装置、夹套、搅拌装置、恒温槽、放空装置、玻璃反应釜。
3.3 形成方案
针对组建模型分析结果，将上述问题归类到不同的问题模型中，再利用TRIZ理论中的多种工具，例如裁剪、标准解法系统、知识库、分离方法、矛盾矩阵对系统中理想度较低的组件依次进行改进，得到最终解决方案。
3.3.1 裁剪方案
系统组件中，冷凝管的作用是冷却气体，夹套也可以起到冷却气体的作用。在冷凝的功能上，冷凝管的作用可以通过夹套替代，所以可以裁剪掉冷凝管，提高系统的理想度。 3.3.2 物场分析
超系统组件空气是客观存在的，但空气中存在的氧气对于作用对象是有害的，它会将已经还原的碘离子，重新氧化为碘单质，也会影响产品三水碘化锂的质量。通过建立物场模型，找到相应的标准解-物场模型的破坏，通过引入S3来消除有害作用，模型图如图2所示。
引入物质S3氮气，使反应釜内压力保持正压，将釜内空气赶出，氮气由釜底发生，在赶出空气的同时也能对物料进行搅拌，由于氮气化学性质稳定，不会对反应产生影响。
3.3.3 HOW TO 模型
针对技术系统还原反应终点判断不准确这一问题，运用TRIZ理论中的知识库方法得到解决方案。TRIZ创新理论中的知识库方法是计算机结合基于本体的语义技术在知识的组织、表达、检索和有效获取上有人无法比拟的优势，它使我们不仅可以获得本领域相关知识，还可以获得其他领域的相关知识。通过查询知识库，得到两个知识点“技术方法提高高速弹头的精确度”、“信号自适应放大改善测量距离”参考以后得到解决方案如下，引入信号反馈系统（包含放大器），将原有的光信号转变为数字信号，将吸光度（abs）用数字信号表示，实验人员通过数字变化判断反应终点，提高了判断准确性。
3.3.4 物理矛盾与技术矛盾
技术系统进化的过程就是不断解决其中存在的矛盾的过程，创新问题的核心是矛盾的消解。在TRIZ理论中将各种各样的矛盾可以归纳为物理矛盾与技术矛盾。所谓物理矛盾就是对同一参数有相反的两个要求，对应采用空间分离、时间分离、条件分离、系统级别分离寻找解决方案。所谓技术矛盾是指为了改善技术系统的某个参数，导致该系統的另一个参数恶化，TRIZ理论中为我们总结了39个通用技术参数以及40个创新原理，通用技术参数用来描述改善与恶化的两个参数，通过查找矛盾矩阵表，找出相应的创新原理来解决问题。
对于放空装置控制不及时的问题，可以用技术矛盾来解。初期的解决方案是实验员加大巡查力度，改善的参数是压力控制的稳定性，恶化的是控制和测量的复杂性，查找矛盾矩阵得到创新原理反馈，在系统中引入反馈装置，将原有的放空装置替换为反馈装置，此装置由弹簧与密封盖组成，弹簧的作用是调节盖子开启闭合的临界压力。因为反应本身要产生气体，通过釜内压力与临界压力的压力差来自动控制盖子的开闭。
对于温度分区控制问题，可以用物理矛盾解决，对于反应釜内的温度，希望高有利于反应的进行，希望低有利于碘的回收以及产品的保护。利用空间分离原理得到解决方案，原先的反应温度是通过夹套单一控温，改进方案是在夹套内壁加上一层可伸缩的加热薄膜，它可以根据反应原料的多少，铺在反应釜的底部，其通过电加热为反应提供热量，不需加热的地方通过夹套进行冷却，实现了温度的空间分离。
4 结语
该文介绍了TRIZ理论的核心以及主要内容，通过实例“改进三水碘化锂的生产工艺”，详细描述了TRIZ在解决实际问题中的应用过程，得到了多项解决方案。我们认为TRIZ是一套科学的创新工具，对于研发人员摆脱思维定式、开拓思路、分析问题原因、得到解决方案都有很大的帮助，对于提高项目研发质量作用明显。值得在化工企业中大力推广，使得TRIZ理论被越来越多的技术工程师所熟悉并使用。
参考文献
[1]贾双珠，解田，李长安，等.三水碘化锂的制备方法初步探究[J].精细与专用化学品，2014，22（11）：44-47.
[2]高常青，黄克正，张勇.TRIZ理论中问题解决工具的比较和应用[J].机械设计与研究，2006，22（1）：13-15.
[3]黄向阳，颜慧康，杜存臣.TRIZ理论在解决涂料温度过高中的应用[J].现代化工，2013，33（5）：95-98.
[4]黄一波，管丹.TRIZ发明原理在高职院校化学化工类课程中的体现[J].广西教育，2010（6）：26-27.