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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



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