CN102335521B - 有机溶剂降温核凝回收净化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种有机溶剂降温核凝回收净化装置及方法，其以量测待净化废气的露点温度与核凝回收环境的冷凝温度，或以量测所回收溶剂的含水率，进而调节该核凝回收环境的降温程度，而将该核凝回收环境的冷凝温度控制在稍低于待净化废气的露点温度以下，让所回收溶剂的含水率在预期比率内。本发明具有回收净化品质稳定、提升水溶性有机溶剂借水气或/及有机溶剂本身降温核凝吸收净化及节能的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机溶剂降温核凝回收净化装置及方法，特别涉及一种量测待净化废气的露点温度与核凝回收环境的冷凝温度，进而控制该比例阀调节该核凝冷凝器降温程度的设计。
背景技术
生活和生产中广泛应用的有机溶剂，在室温下易挥发成气体，故又名挥发性有机气体(Volatile Organic Compounds，VOCs)，而多数的VOCs对人体有一定毒性，必须加以回收处理；而不同的产业领域所使用的有机溶剂亦不同，诸如PU(polyurethane，聚氨基甲酸酯)生产业、科技制造业及锂电池制造业等产业，所主要使用的各种有机溶剂，相关的性质是表列于次页的性质表(表一)；其中，PU生产过程所排放的VOCs，主要来自于降低黏度利于加工所添加的有机溶剂，包括甲苯(Toluene)、甲基乙基酮(MEK)、二甲基甲醯胺(DMF)等；此外，在半导体晶圆厂及TFT-LCD面板等科技制造业的制程中，将单乙醇胺(MEA)、二甲基亚堸(DMSO)、丙二醇甲醚乙酯(PGMEA)、环己酮(ANONE)等有机溶剂，应用于诸如光阻剥离液(stripper)的使用，而锂电池制造的涂布机，则必须将氮-甲基四氢吡咯酮(NMP)的废气回收。
其次，有机溶剂的物化特性，是低沸点、高饱和蒸汽压的有机溶剂易于挥发，但不易于冷凝；反之，高沸点、低饱和蒸汽压的有机溶剂则不易于挥发，但易于冷凝；然而，由该有机溶剂性质表(表一)中可看出，所列的有机溶剂多属中高沸点、低饱和蒸汽压的物化特性。
再者，目前相关业者对于VOCs的回收处理，多采用就地装设冷凝器加以回收处理；此类冷凝回收系统对中高沸点且全溶于水的有机物质，在正确的设计与操作下才可达到高的回收效率，而除了所冷凝吸收下来的VOCs可回收纯化再利用外，因为中高沸点难处理VOCs浓度已大幅下降，可降低下游端废气处理设备的负荷及延长吸脱附浓缩设备的寿命，得以有效提升其整体的处理效率。
然而，以一般传统冷凝法回收VOCs的原理，是利用冷冻设备先将含VOCs废气的温度冷却至该有机物质的露点温度(饱和温度)以下，即可达到饱和冷凝的效果；其中，一般常见的VOCs冷凝系统，主要包含除湿器及VOCs冷凝器两项基本设备，装设除湿器的目的在于将空气中多余的水气去除，避免在VOCs冷凝区的温度降至0℃(273K)以下时，发生不利于冷凝的结冰效应；再者，决定冷凝器去除VOCs效能的两项重要关键因素为：(1)冷凝系统需达足够低温(-40℃)、(2)废气中含较高的VOCs浓度(＞10,000ppmv)；又，冷凝器的处理效能与废气线速度的增加呈反比的趋势，故延长废气的停留时间将可提升去除效率。
因此，由于传统的冷凝回收法，需以冷冻设备将操作温度控制在相当低温以及够长的停留时间，方能以冷凝机制去除VOCs，并确保处理后废气所含VOCs浓度值达到最低；不过，如此的传统冷凝回收方式，若应用于排放量相当大而VOCs浓度仅数十到数百PPMv(＜＜1,000ppmv)的产业，为达到高冷凝效率而须降到极低温(至少须低于零下20℃)，所需付出的能源耗损及设备维护成本将会相当高。
于是，另如图1所示，发展出一种降温核凝回收净化装置，其包括有：一核凝冷凝器10，形成得以产生核凝作用的低温环境，以将废气所含的水气或/及VOCs本身，在经过该核凝冷凝器10的过程中，降温到低于露点温度的过饱和状态，而产生核凝作用并冷凝凝结成液膜，且利用所凝结的液膜，再大量吸收中高沸点且易溶于水的VOCs、或各种无机盐烟尘与其他物质化合而成的可溶性微粒；以及一除雾器20，设置于该核凝冷凝器10的下游端，在一定风速下，将次微米级细微雾或粒的废气水气或/及VOCs本身，在经过该核凝冷凝器10的降温核凝作用后，成长为较易处理的微米级或更大的微雾或粒，而滴落至下方的回收槽30收集回收。但是，由于现有的降温核凝回收净化装置，并未对其核凝冷凝器10的降温程度加以控制，乃致使回收净化的品质不稳定；其中，若降温程度不足，则产生核凝作用的净化成效就不彰，反之，若降温程度过头，遂造成回收的有机溶剂含水率过高，不仅回收的有机溶剂无法再使用进而产生废水且耗能。
发明内容
为了克服现有技术存在的回收净化品质不稳定的问题，本发明提供一种有机溶剂降温核凝回收净化装置及方法，其具有回收净化品质稳定、提升水溶性有机溶剂借水气或/及有机溶剂本身降温核凝吸收净化及节能的功效。
本发明有机溶剂降温核凝回收净化装置是：
一种有机溶剂降温核凝回收净化装置，其特征在于，包括：
一核凝冷凝器，形成得以使废气所含的水气或/及有机溶剂产生核凝作用的低温环境；
一除雾器，设置于该核凝冷凝器的下游端；
一回收槽，设置于该核凝冷凝器与该除雾器的下方；
一控温单元，包括有调节该核凝冷凝器降温程度的比例阀、撷取待净化废气露点温度资讯的第一感知器、量测该核凝冷凝器冷凝温度的第二感知器与一连接该比例阀、该第一感知器与该第二感知器的控制器；
借此，该控制器根据该第一感知器所撷取的待净化废气露点温度资讯与该第二感知器所量测的该核凝冷凝器冷凝温度，而利用该比例阀调节该核凝冷凝器降温程度，以让该核凝冷凝器的冷凝温度低于待净化废气的露点温度0～10℃。
前述的有机溶剂降温核凝回收净化装置，其中核凝冷凝器的冷凝温度低于待净化废气的露点温度3-5℃。
前述的有机溶剂降温核凝回收净化装置，其中比例阀设置于所述核凝冷凝器的冷媒管；所述第一感知器为露点温度计或为干球温度计与相对湿度计的搭配，而设置于所述核凝冷凝器的入风端或是产生待净化废气的机台安装处；所述第二感知器为干球温度计，而设置于所述核凝冷凝器的离风端。
本发明有机溶剂降温核凝回收净化方法是：
一种有机溶剂降温核凝回收净化方法，其特征在于，包括下列步骤：
a.)直接量测待净化废气的露点温度，或由撷取干球温度与相对湿度而推算出露点温度；
b.)量测核凝回收环境的冷凝温度；
c.)调节核凝回收环境的降温程度，而令核凝回收环境的冷凝温度低于待净化废气的露点温度0～10℃；
d.)在步骤c.)所形成的过饱和环境中，让废气中所含水气或/及有机溶剂本身产生降温核凝作用；
e.)进一步除雾；
f.)将有机溶剂的液滴收集回收。
前述的有机溶剂降温核凝回收净化方法，其中核凝回收环境的冷凝温度低于待净化废气的露点温度3～5℃。
前述的有机溶剂降温核凝回收净化方法，其中将废气风速控制于约为1.5m/s以下的层流条件下冷凝，将废气风速控制于约为2.0m/s以上的紊流条件下除雾。
本发明有机溶剂降温核凝回收净化装置是：
一种有机溶剂降温核凝回收净化装置，其特征在于，包括有：
一核凝冷凝器，形成得以使废气所含的水气或/及有机溶剂产生核凝作用的低温环境；
一除雾器，设置于该核凝冷凝器的下游端；
一回收槽，设置于该核凝冷凝器与该除雾器的下方；
一控温单元，包括有调节该核凝冷凝器降温程度的比例阀、量测该回收槽所回收溶剂含水率的第三感知器与一连接该比例阀与该第三感知器的控制器；
借此，该控制器根据该第三感知器所量测的溶剂含水率，而利用该比例阀调节该核凝冷凝器降温程度，让该回收槽所回收溶剂的含水率维持在80％以下。
前述的有机溶剂降温核凝回收净化装置，其中比例阀设置于所述核凝冷凝器的冷媒管。
本发明有机溶剂降温核凝回收净化方法是：
一种有机溶剂降温核凝回收净化方法，其特征在于，包括下列步骤：
a.)量测所回收溶剂的含水率；
b.)调节核凝回收环境的降温程度，而令所回收溶剂的含水率维持在80％以下，甚至是50％以下；
c.)在低于待净化废气的露点温度的过饱和环境中，让废气中所含的水气或/及有机溶剂本身产生降温核凝作用；
d.)进一步除雾；
e.)将有机溶剂的液滴收集回收。
前述的有机溶剂降温核凝回收净化方法，其中将废气风速控制于约为1.5m/s以下的层流条件下冷凝，将废气风速控制于约为2.0m/s以上的紊流条件下除雾。
本发明的有益效果是，其具有回收净化品质稳定、提升水溶性有机溶剂借水气或/及有机溶剂本身降温核凝吸收净化及节能的功效。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有降温核凝回收净化装置的结构示意图。
图2是本发明第一实施例的结构示意图。
图3是本发明第二实施例的结构示意图。
图中标号说明：
10核凝冷凝器
20除雾器
30回收槽
40a、40b控温单元
41比例阀
42第一感知器
43第二感知器
44a、44b控制器
45第三感知器
具体实施方式
首先，请参阅图2所示，本发明回收净化装置的第一实施例，包括有：一核凝冷凝器10，形成得以产生核凝作用的低温环境；一除雾器20，设置于该核凝冷凝器10的下游端；一回收槽30，设置于该核凝冷凝器10与该除雾器20的下方；以及一控温单元40a，包括有调节该核凝冷凝器10降温程度的比例阀41、撷取待净化废气露点温度资讯的第一感知器42、量测该核凝冷凝器10冷凝温度的第二感知器43与一连接该比例阀41、该第一感知器42与该第二感知器43的控制器44a；借此，该控制器44a根据该第一感知器42所撷取的待净化废气露点温度资讯与该第二感知器43所量测的该核凝冷凝器10冷凝温度，而利用该比例阀41调节该核凝冷凝器10降温程度，让该核凝冷凝器10的冷凝温度低于待净化废气的露点温度0～10℃(更佳为3～5℃)，亦即让待净化废气在稍低于露点温度的回收环境中进行核凝作用，而可大量回收有机溶剂，且所回收的有机溶剂含水率低，足堪再使用。
然而，该比例阀41可设置于该核凝冷凝器10的冷媒管11，而冷媒可为冰水、卤水或冷却水；该第一感知器42可为露点温度计或为干球温度计与相对湿度计的搭配，而设置于该核凝冷凝器10的入风端或是产生待净化废气的机台安装处；该第二感知器43可为干球温度计，而设置于该核凝冷凝器10的离风端。
因此，兹以实际测试所得的数据说明可达到的效果；若进入的有机溶剂废气体体积浓度为300ppmv的水溶性DMF与废气露点温度为10～25℃(本实施例的废气露点温度是随外气与日夜或季节而改变)，冷媒为5～20℃冰水，废气通过该核凝冷凝器10流速为1.5m/s的层流流场，除雾器20是采用流速为2.5m/s 5μ99％除雾效率的美制Kimre B-GON PP除雾器；当利用本发明的技术特征，使该核凝冷凝器10的冷凝温度低于待净化废气的露点温度0～10℃时，DMF有机溶剂冷凝凝核吸收回收效果可稳定达85％以上，且含水率可控制维持在80％以下；再者，若使该核凝冷凝器10的冷凝温度低于待净化废气的露点温度3～5℃时，DMF有机溶剂冷凝凝核吸收回收效果可稳定达95％以上，且含水率可控制维持在50％以下；是故，相较于回收效果约在30～95％间(不稳定)且无法控制含水率亦较耗能的现有技术，实施本发明技术特征即可获致显著地改进效果。
接着，请再参阅图3所示，本发明回收净化装置的第二实施例，包括有：一核凝冷凝器10，形成得以产生核凝作用的低温环境；一除雾器20，设置于该核凝冷凝器10的下游端；一回收槽30，设置于该核凝冷凝器10与该除雾器20的下方；以及一控温单元40b，包括有调节该核凝冷凝器10降温程度的比例阀41、量测该回收槽30所回收溶剂含水率的第三感知器45与一连接该比例阀41与该第三感知器45的控制器44b；借此，该控制器44b根据该第三感知器45所量测的溶剂含水率，而利用该比例阀41调节该核凝冷凝器10降温程度，让该回收槽30所回收溶剂的含水率维持在80％以下(更佳为50％以下)。
基于上述结构，本发明的回收净化装置的第一实施例，是以同时量测待净化废气的露点温度与核凝回收环境的冷凝温度，进而程序控制(Program Control)该比例阀41调节该核凝冷凝器10降温程度；另者，第二实施例则是以量测所回收溶剂的含水率，进而回授控制(FeedbackControl)该比例阀41调节该核凝冷凝器10降温程度；借此，两种实施例皆可将该核凝冷凝器10的冷凝温度控制在稍低于待净化废气的露点温度以下，让所回收溶剂的含水率在预期比率内；是以，具有回收净化品质稳定且节能的功效。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。
Claims (7)
1.一种有机溶剂降温核凝回收净化方法，其特征在于，包括下列步骤：
a.)直接量测待净化废气的露点温度，或由撷取干球温度与相对湿度而推算出露点温度；
b.)量测核凝回收环境的冷凝温度；
c.)调节核凝回收环境的降温程度，而令核凝回收环境的冷凝温度低于待净化废气的露点温度0～10℃；
d.)在步骤c.)所形成的过饱和环境中，让废气中所含水气或/及有机溶剂本身产生降温核凝作用；
e.)进一步除雾；
f.)将有机溶剂的液滴收集回收；
上述步骤由回收净化装置完成，所述回收净化装置中设有控温单元，包括有调节该核凝冷凝器降温程度的比例阀、撷取待净化废气露点温度资讯的第一感知器、量测该核凝冷凝器冷凝温度的第二感知器与一连接该比例阀、该第一感知器与该第二感知器的控制器；
借此，该控制器根据该第一感知器所撷取的待净化废气露点温度资讯与该第二感知器所量测的该核凝冷凝器冷凝温度，而利用该比例阀调节该核凝冷凝器降温程度，以让该核凝冷凝器的冷凝温度低于待净化废气的露点温度0～10℃。
2.根据权利要求1所述的有机溶剂降温核凝回收净化方法，其特征在于，所述核凝回收环境的冷凝温度低于待净化废气的露点温度3～5℃。
3.根据权利要求1或2所述的有机溶剂降温核凝回收净化方法，其特征在于，将废气风速控制于为1.5m/s以下的层流条件下冷凝，将废气风速控制于2.0m/s以上的紊流条件下除雾。
4.一种有机溶剂降温核凝回收净化装置，其特征在于，包括有：
一核凝冷凝器，形成得以使废气所含的水气或/及有机溶剂产生核凝作用的低温环境；
一除雾器，设置于该核凝冷凝器的下游端；
一回收槽，设置于该核凝冷凝器与该除雾器的下方；
一控温单元，包括有调节该核凝冷凝器降温程度的比例阀、量测该回收槽所回收溶剂含水率的第三感知器与一连接该比例阀与该第三感知器的控制器；
借此，该控制器根据该第三感知器所量测的溶剂含水率，而利用该比例阀调节该核凝冷凝器降温程度，让该回收槽所回收溶剂的含水率维持在80％以下。
5.根据权利要求4所述的有机溶剂降温核凝回收净化装置，其特征在于，所述比例阀设置于所述核凝冷凝器的冷媒管。
6.一种利用权利要求4中的有机溶剂降温核凝回收净化装置的方法，其特征在于，包括下列步骤：
a.)量测所回收溶剂的含水率；
b.)调节核凝回收环境的降温程度，而令所回收溶剂的含水率维持在80％以下；
c.)在低于待净化废气的露点温度的过饱和环境中，让废气中所含的水气或/及有机溶剂本身产生降温核凝作用；
d.)进一步除雾；
e.)将有机溶剂的液滴收集回收。
7.根据权利要求6所述的有机溶剂降温核凝回收净化方法，其特征在于，将废气风速控制于1.5m/s以下的层流条件下冷凝，将废气风速控制于2.0m/s以上的紊流条件下除雾。
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