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技術專文

表 1、各種處理技術之可行性評估表 圖3、模廠設備現場安裝照片 圖4、VOC廢熱回收模廠設備流程示意圖

處理技術 原理 佔地面積 初設成本 運轉成本 能耗 二次污染問題
氣側
水側
鹽析法 其利用IPA不溶於含鹽溶液之特性． 小 IPA會殘留在含鹽溶液
將其與水達到濃縮IPA之目的 內，需額外處理 熱風ġ(77˚C)
VOC煙囪 污泥乾燥箱
生物處理 利用微生物的代謝作用除去廢水中 大 有污泥、惡臭問題 (80˚C)
有機污染物的一種方法
低溫負壓 體的沸點隨著外界的壓力不同而改 中 無
蒸餾 變，所以當外界壓力降低時，液體 VOC廢熱 常溫空氣
的沸點也跟著降低
(180˚C)
常壓高溫 一般之傳統蒸餾法，以高溫蒸氣為 中 無
蒸餾 熱源
超重力 用旋轉填充床讓氣液在高的重力場 小 餾底排放水IPA殘留濃度高
蒸餾 中接觸，以提升氣液質傳效率。可 熱交換器 熱水 熱水循環槽 熱交換器
降低蒸餾塔尺寸 (氣→水) (85˚C) (水→氣)

圖1、IPA+H 2 O混合液體之共沸點曲線圖 圖2、低溫負壓蒸餾系統之流程示意圖

利用真空Pump來降低蒸餾塔內之 (圖3為模廠設備現場照片)進行測試 之溫度不穩定(取決機台稼動率)，
壓力，如此IPA在較低溫度即可揮 驗證其可行性，測試項目共計以下 CUP棟內之CDA空壓機、冰水主
IPA 廢液 冷凝器
發。 圖2為低溫負壓蒸餾系統之流 三項。 機需進行機台改造且影響運轉效率
100˚C 蜂巢狀 City water
熱交換器 填充材 程示意圖，其流程是廢熱回收設 最後決定使用回收VOC處理設備
蒸餾塔
VOC處理設備 備所供給之熱水透過整餾塔底部 不同溫度熱源之可行性驗證 之廢熱排氣，其排放溫度仍高達約
82.6˚C 真空 Pump 之再沸器(Re-boiler)來加熱塔底之 180℃，直接排放至大氣中不僅浪
80.3˚C
溫度 共沸點 目的是不同熱源溫度之可行性，
再沸器 液體，使IPA汽化成氣態後往上流 費且可能影響廠區周圍外氣溫度。
成品槽 其對應之負壓值。我們共計測試
Hot Water 85% IPA 動，並與塔頂上方所進料之IPA廢 45℃、85兩種不同溫度，以模擬 其回收方式是採取以水為媒介物，
廢熱回收設備 液於蜂巢狀填充材進行氣、液逆向 經熱交換器回收廢熱來將水溫提高
100% H 2O 12.6% H 2O 100% IPA 廠內Hot DI、VOC 廢熱回收之熱源
87.4% OPA 排放水 進行熱交換，下降液中的液態IPA 至85~90℃。我們於去年(Y2017)
溫度。
不斷地蒸發成氣態。而蒸汽中的 六月並於VOC處理設備旁現場架設
難揮發H 2 O則不斷地向下降液中轉 一組模廠設備進行測試。 圖4、圖5
操作容許濃度範圍測試
移，蒸汽愈接近塔頂，其IPA濃度 為廢熱回收之模廠設備流程示意圖
愈高，而下降液愈接近塔底，其難 由於考量各廠所產出之IPA廢液濃 以及現場照片，其主體有兩個熱交
文獻回顧 例如Hot DI Reclaim或是廠內之冰 保證不會引入新的雜質」。而應用
機、CDA空壓機、VOC處理設備等 於IPA廢液處理，因IPA之沸點較 揮發H 2 O比例則愈多。最後由上升 度不一，且即使同一個廠由於製 換器，第一道熱交換器為氣對水類
至塔頂的高濃度IPA蒸汽進入冷凝 程變更也可能導致IPA廢液濃度改 型，負責將高溫廢氣來加熱循環水
運轉時所產生之廢熱。節能、安全 H 2 O低，IPA受熱汽化後往蒸餾塔
器進行冷卻，冷凝的液體一部分作 變。我們自行調配不同濃度之IPA 槽內之水，而第二道熱交換器為水
W-IPA廠內處理設備評估 兩者兼顧。另一好處是低溫操作可 頂方向走並經過冷凝器冷卻為液態
避免IPA在蒸餾過程中被氧化成丙 後予以收集。而沸點高的H 2 O則以 為回流至蒸餾塔再一次蒸餾濃縮， 原液，範圍介於1.1~14.8%之間。 對氣類型，負責將高溫循環水來加
有關W-IPA之處理方法相當地多， 其餘的部分則作為餾出液(IPA成品) 除了檢測蒸餾成品純度是否達到 熱鼓風機鼓進來的常溫空氣，如此
酮(廢水放流水管制物質)。 液態形式留置於塔底部後排放。不
其中較為成熟且商業化之技術有以 取出。而塔底流出的液體，其中的 85%以上之目標外，另外我們也檢 熱源可以熱水或是熱氣兩個不同形
過由於IPA和水有共沸現象，IPA沸
下幾項：高級氧化法、蒸餾法、生 一部分送入再沸器加熱蒸發，另一 測處理後排放水中IPA、丙酮之殘 式來提供，增加應用之層面。
點為82.6度，而IPA和H 2 O之混合
物處理等方法。本研究依據初設成 低溫負壓蒸餾法簡述 部分液體作為殘液排放。 留濃度，以確認不會造成廢水廠之
物則在80.3度即沸騰而一起揮發，
本、佔地面積、運轉成本、能耗、 影響，而衍生二次污染問題。
其各自所占比例為IPA 87.4%，而
衍生二次污染可能性等項目進行評 原理
估， 表1為各種處理技術之可行性 H 2 O為12.6% (可參照 圖1)。而目 廠區實際產出IPA廢液之測試 結果與分析
首先我們先了解何謂蒸餾？依據化 前我們與公司與廢棄物處裡廠商之
評估表，最後評估結果我們選定蒸 計畫方法 最後我們將F14B、F15B先進廠
工大辭典之解釋：「蒸餾是一種熱 合約談定，IPA純度達 85%以上即
餾技術。而IPA廢液之回收處理， 區所實際產出之W-IPA拿來進行測
力學的分離工藝，它利用混合液體
業界常用以鍋爐蒸氣為熱源之高溫 或液－固體系中各組分沸點不同， 可回賣給廠商，因此本研究則以此 試，以驗證成效。 W-IPA模廠測試結果
常壓蒸餾技術。但考慮tsmc廠內已 使低沸點組分蒸發，再冷凝以分 純度85%作為回收標準。 W-IPA模廠測試說明 首先，不同溫度熱源之可行性驗
無鍋爐，因此我們提出低溫負壓蒸 離，其包含蒸發和冷凝兩種單元操 本研究所採取之低溫負壓蒸餾法是 在經過上述之評估後，決定採用低 證，在90℃熱水源之操作條件，設
廢熱回收模廠設備之設置以及
餾法之創新想法，負壓操作，熱源 作。與其它的分離方法，如萃取、 利用IPA的沸點隨著外界的壓力不 溫負壓蒸餾方法進行IPA回收，但 備運轉負壓值為40~50kpa (1 atm
測試
溫度可降低，熱需求相對較小，因 吸附等相比，它的優點在於不需使 同而改變，當外界壓力降低時， 其畢竟為一種新的嘗試，目前並無 = 101.3kpa，此為絕對壓力，值
此可直接使用廠內一些多餘廢熱， 用系統組分以外的其它溶劑，從而 IPA的沸點也跟著降低，因此我們 實績，因此我們架設一個模廠設備 在熱源之尋找中，在考慮到Hot DI 越小，真空度越強)；而在45℃熱

68 300mm FABS FACILITY JOURNAL SEPTEMBER 2018 69