201036691 六、發明說明： ' 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種有機溶劑降溫核凝回收淨化裝置 及方法，尤指一種量測待淨化廢氣之露點温度與核凝回收 環境之冷凝溫度，進而控制該比例閥調節該核凝冷凝器降 溫程度之設計者。 【先前技術】 按，生活和生產中廣泛應用的有機溶劑，在室溫下易 〇 揮發成氣體，故又名揮發性有機氣體（Vo 1 ati le Organic
Compounds，VOCs)，而多數的VOCs對人體有一定毒性，必 須加以回收處理；而不同之產業領域所使用之有機溶劑亦 不同，諸如PU(polyurethane，聚氣基甲酸酯）生產業、科 技製造業及鋰電池製造業等產業，所主要使用之各種有機 溶劑，相關之性質係表列於次頁之性質表（表一）；其中， PU生產過程所排放的VOCs，主要來自於降低黏度利於加工 所添加的有機溶劑，包括甲苯（Toluene)、曱基乙基酮 ^ (MEK)、二曱基甲醯胺（DMF)···等；此外，在半導體晶圓廠 及TFT-LCD面板等科技製造業之製程中，將單乙醇胺 (MEA)、二曱基亞颯（DMS0)、丙二醇曱醚乙酯（PGMEA)、環 己酮（ΑΝ0ΝΕ)··.等有機溶劑，應用於諸如光阻剝離液 (stripper)之使用；而鋰電池製造之塗佈機，則必須將氮-甲基四氫吡咯酮（NMP)之廢氣回收。 次按，有機溶劑之物化特性，係低沸點、高飽和蒸汽 壓之有機溶劑易於揮發，但不易於冷凝；反之，高沸點、 201036691
低飽和蒸汽壓之有機溶劑則不易於揮發， 而，由該有機溶劑性質表（表一）中可看出 劑多屬中咼沸點、低飽和蒸汽壓之物化特 但易於冷凝；然 ’所列之有機溶 性。 看機溶劑特性性質表（表一） —- 溶劑 分子量 沸點 CC) 活性碳 (吸附材） 脫附難度 蒸汽壓 (20°C mmHg) 水溶性 (20°c ) Toluene 甲苯 (CtH8) 92 111 容易 22. 3 不溶於水 MEK 甲基乙基酮 (CiHsO) 72 80 容易 77. 5 27 〜29g /100g 水 DMF 二甲基甲醯胺 (HC0N(CH3)〇 73 153 困難 2.7 全溶於水 MEA 單乙醇氨 (C2H7NO) 61 171 很困難 &聚合 0. 24 全溶於水 DMS0 二甲基亞颯 (CH3)2S0 78 189 很困難 0. 37 全溶於水 PGMEA 丙二醇甲醚乙酯 (CeHlzOa) 132 146 容易 3. 2 18. 5g /100g 水 AN0NE 環己酮 (ΟδΗΐοΟ) 98 157 很困難 &聚合 3. 38 2.3g/ 100g 水 (微溶） 201036691 NMP 氮-甲基四氫 99 204 很困難 0. 23 全溶於水 0比洛酮 再按，目前相關業者對於VOCs之回收處理，多採就地 裝設冷凝器加以回收處理；此類冷凝回收系統對中高沸點 且全溶於水之有機物質，在正確的設計與操作下才可達到 高的回收效率，而除了所冷凝吸收下來之VOCs可回收純化 再利用外，因為中高沸點難處理VOCs濃度已大幅下降，可 〇 降低下游端廢氣處理設備之負荷及延長吸脫附濃縮設備之 壽命，得以有效提升其整體之處理效率。 然而，以一般傳統冷凝法回收VOCs之原理，係利用冷 凍設備先將含VOCs廢氣之溫度冷卻至該有機物質之露點溫 度（飽和溫度）以下，即可達到飽和冷凝之效果；其中，一 般常見之VOCs冷凝系統，主要包含除濕器及VOCs冷凝器 兩項基本設備，裝設除濕器之目的在於將空氣中多餘之水 氣去除，避免在VOCs冷凝區之溫度降至0°C(273K)以下時， q 發生不利於冷凝之結冰效應；再者，決定冷凝器去除VOCs 效能的兩項重要關鍵因素為：（1)冷凝系統需達足夠低温 (-40°C)、（2)廢氣中含較高之 VOCs 濃度（> 10, OOOppmv); 又，冷凝器之處理效能與廢氣線速度的增加呈反比之趨 勢，故延長廢氣之停留時間將可提升去除效率。 因此，由於傳統之冷凝回收法，需以冷凍設備將操作 溫度控制在相當低温以及夠長的停留時間，方能以冷凝機 制去除VOCs，並確保處理後廢氣所含VOCs濃度值達到最 201036691 低；不過，如此之傳統冷凝回收方式，若應用於排放量相 當大而·S濃度僅數十龍百咖⑼，麵ppmv)之產 業，為達到高冷凝效率而須降到極低溫（至少須低於零下2 0 C) ’所需付出之能源耗損及設備維護成本將會相當高。
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於是’另如第一圖所示，發展出一種降溫核凝回收淨 化裝置包括有：一核凝冷凝器⑽，形成得以產生核 凝作用之低溫環境’俾以將廢氣所含之水氣或/及驗本 身’在經過該核凝冷凝ϋ⑴）之過程中，降溫到低於露點 /皿度的過飽和狀態’而產生核凝作用並冷凝凝結成液膜， 且利用所凝結之液膜，再大量吸收中高沸點且易溶於水之 VOCs、或各種無機鹽煙塵與其他物質化合而成的可溶性微 粒；以及：除霧器(20) ’設置於該核凝冷凝器⑽之下游 端，在一定風速下，將次微米級細微霧或粒之廢氣水氣或/ 及VOCs本身，在經過該核凝冷凝器（1〇)之降溫核凝作用 後’成長為較易處理的微米級或更大的微霧或粒，而滴落 至下方之回收槽（30)收集回收者。但是，由於習知之降溫 核凝回收淨化裝置，並未對其減冷凝1(10)之降溫程度 加以控制’ 75致使回收淨化之品質不穩定；其中，若降溫 程度不足，則產生核凝作用之淨化成效就不彰，反之，若 降Μ程度過頭，遂造成回收之有機溶劑含水率過高，不僅 回收之有機溶劑無法再使用進而產生廢水且耗能。 【發明内容】 ，發明之主要目的，係欲解決先前技術回收淨化品質 不穩定之問題’而具有回收淨化品質 穩定之功效。 本發明之另一目的，則具有提升水溶性有機溶劑藉水 201036691 氣或/及有機溶劑本身降溫核凝吸收淨化之功效。 本發明之又一目的，乃具有節能之功效。 為達上述功效，本發明第一實施例之結構特徵，係包 括有： 一核凝冷凝器，形成得以使廢氣所含之水氣或/及有機 溶劑產生核凝作用之低溫環境； 一除霧器，設置於該核凝冷凝器之下游端； 一回收槽，設置於該核凝冷凝器與該除霧器之下方； 以及 ◎ 一控溫單元，包括有調節該核凝冷凝器降溫程度之比 例閥、擷取待淨化廢氣露點溫度資訊之第一感知器、量測 該核凝冷凝器冷凝溫度之第二感知器與一連接該比例閥、 該第一感知器與該第二感知器之控制器； 藉此，該控制器根據該第一感知器所擷取之待淨化廢 氣露點溫度資訊與該第二感知器所量測之該核凝冷凝器冷 凝溫度，而利用該比例閥調節該核凝冷凝器降溫程度，俾 Q 讓該核凝冷凝器之冷凝溫度低於待淨化廢氣之露點溫度〇 〜10 °c者。 此外，該核凝冷凝器之冷凝溫度低於待淨化廢氣之露 點溫度3〜5 C更佳。另，該比例閥設置於該核凝冷凝器之 冷媒管；該第一感知器為露點溫度計或為乾球溫度計與相 對溼度計之搭配，而設置於該核凝冷凝器之入風端或是產 生待淨化廢氣之機台安裝處；該第二感知器為乾球溫度 計，而設置於該核凝冷凝器之離風端。 201036691 再者，本發明第一回收淨化方法，係包含下列步驟： a. )直接量測待淨化廢氣之露點溫度，或由擷取乾球溫 度與相對溼度而推算出露點溫度； b. )量測核凝回收環境之冷凝溫度； c. )調節核凝回收環境之降溫程度，而令核凝回收環境 之冷凝溫度低於待淨化廢氣之露點溫度0〜10°C(更佳為3 〜5〇C); d. )在步驟c.)所形成之過飽和環境中，讓廢氣中所含 之水氣或/及有機溶劑本身產生降溫核凝作用； 〇 e.)進一步除霧；以及 f.)將有機溶劑之液滴收集回收者。 然而，將廢氣風速控制於約為1. 5m/s以下之層流條件 下冷凝，將廢氣風速控制於約為2. Om/s以上之紊流條件下 除霧。 又，本發明第二實施例之結構特徵，係包括有： 一核凝冷凝器，形成得以產生核凝作用之低溫環境； 一除霧器，設置於該核凝冷凝器之下游端； Q 一回收槽，設置於該核凝冷凝器與該除霧器之下方； 以及 一控溫單元，包括有調節該核凝冷凝器降溫程度之比 例閥、量測該回收槽所回收溶劑含水率之第三感知器與一 連接該比例閥與該第三感知器之控制器； 藉此，該控制器根據該第三感知器所量測之溶劑含水 率，而利用該比例閥調節該核凝冷凝器降溫程度，俾讓該 回收槽所回收溶劑之含水率維持在80%以下（更佳為50% 201036691 以下）者。 又，該比例閥設置於該核凝冷凝器之冷媒管。 另者，本發明第二回收淨化方法，係包含下列步驟： a. )量測所回收溶劑之含水率； b. )調節核凝回收環境之降溫程度，而令所回收溶劑之 含水率維持在80%以下（更佳為50%以下）； c. )在低於待淨化廢氣之露點溫度之過飽和環境中，讓 廢氣中所含之水氣或/及有機溶劑本身產生降溫核凝作用； d. )進一步除霧；以及 〇 e.)將有機溶劑之液滴收集回收者。 然而，將廢氣風速控制於約為1. 5m/s以下之層流條件 下冷凝，將廢氣風速控制於約為2. Om/s以上之紊流條件下 除霧。 【實施方式】 首先，請參閱第二圖所示，本發明回收淨化裝置之第 一實施例，係包括有：一核凝冷凝器（10)，形成得以產生 核凝作用之低溫環境；一除霧器（20)，設置於該核凝冷凝 Ο 器（10)之下游端；一回收槽（30)，設置於該核凝冷凝器（10) 與該除霧器（20)之下方；以及一控溫單元（40a)，包括有調 節該核凝冷凝器（10)降溫程度之比例閥（41)、擷取待淨化 廢氣露點溫度資訊之第一感知器（42)、量測該核凝冷凝器 (10)冷凝溫度之第二感知器（43)與一連接該比例閥（41)、 該第一感知器（42)與該第二感知器（43)之控制器（44a);藉 此，該控制器（44a)根據該第一感知器（42)所擷取之待淨化 廢氣露點溫度資訊與該第二感知器（43)所量測之該核凝冷 201036691 凝器（10)冷凝溫度，而利用該比例閥（41)調節該核凝冷凝 器（10)降溫程度，俾讓該核凝冷凝器（10)之冷凝溫度低於 待淨化廢氣之露點溫度0〜10°C(更佳為3〜5°C)，亦即讓 待淨化廢氣在稍低於露點溫度之回收環境中進行核凝作 用，而可大量回收有機溶劑，且所回收之有機溶劑含水率 低，足堪再使用者。 # 然而，該比例閥（41)可設置於該核凝冷凝器（10)之冷 媒管（11)，而冷媒可為冰水、滷水或冷卻水；該第一感知 器（4 2 )可為露點溫度計或為乾球溫度計與相對溼度計之搭 Ο 配，而設置於該核凝冷凝器（ίο)之入風端或是產生待淨化 廢氣之機台安裝處；該第二感知器（43)可為乾球溫度計， 而設置於該核凝冷凝器（10)之離風端。 因此，茲以實際測試所得之數據說明可達之效果；若 進入之有機溶劑廢氣體體積濃度為300ppmv的水溶性DMF 與廢氣露點溫度為10〜25°C (本實施例之廢氣露點溫度係 隨外氣與曰夜或季節而改變），冷媒為5〜20°C冰水，廢氣 通過該核凝冷凝器（10)流速為1.5m/s之層流流場，除霧器 Q (20)係採用流速為2. 5m/s 5//99%除霧效率之美製Kimre B-GON PP除霧器；當利用本發明之技術特徵，使該核凝冷 凝器（10)之冷凝溫度低於待淨化廢氣之露點溫度0〜10°C 時，DMF有機溶劑冷凝凝核吸收回收效果可穩定達85%以 上，且含水率可控制維持在80%以下；再者，若使該核凝 冷凝器（10)之冷凝溫度低於待淨化廢氣之露點溫度3〜5°C 時，DMF有機溶劑冷凝凝核吸收回收效果可穩定達95%以 上，且含水率可控制維持在50%以下；是故，相較於回收 -10 - 201036691 效果約在30〜95%間（不穩定）且無法控制含水率亦較耗能 之習有技術，實施本發明技術特徵即可獲致顯著地改進效 果。 接著，請再參閱第三圖所示，本發明回收淨化裝置之 第二實施例，乃包括有：一核凝冷凝器（10 )，形成得以產 生核凝作用之低溫環境；一除霧器（20)，設置於該核凝冷 ' 凝器（10)之下游端；一回收槽（30)，設置於該核凝冷凝器 - (10)與該除霧器（20)之下方；以及一控溫單元（40b)，包括 有調節該核凝冷凝器（10)降溫程度之比例閥（41)、量測該 〇 回收槽（30)所回收溶劑含水率之第三感知器（45)與一連接 該比例閥（41)與該第三感知器（45)之控制器（44b);藉此， 該控制器（44b)根據該第三感知器（45)所量測之溶劑含水 率，而利用該比例閥（41)調節該核凝冷凝器（10)降溫程 度，俾讓該回收槽（30)所回收溶劑之含水率維持在80%以 下（更佳為50%以下）。 基於如是之構成，本發明之回收淨化裝置之第一實施 例，係以同時量測待淨化廢氣之露點溫度與核凝回收環境 q 之冷凝溫度，進而計劃控制（Program Control)該比例閥（41) 調節該核凝冷凝器（10)降溫程度；另者，第二實施例則是 以量測所回收溶劑之含水率，進而回授控制（Feedback Control)該比例閥（41)調節該核凝冷凝器（10)降溫程度； 藉此，兩種實施例皆可將該核凝冷凝器（10)之冷凝溫度控 制在稍低於待淨化廢氣之露點溫度以下，讓所回收溶劑之 含水率在預期比率内；是以，具有回收淨化品質穩定且節 能之功效。 -11 - 201036691 紅上户斤过·本發明所揭不之技術手段，確且「新賴性 「進步性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請么 局惠賜專利，以勵發明，無任德感。 惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實 施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修 或等效變化，仍應包括本案申請專利範圍内。 Ο 〇 -12 - 201036691 【圖式簡單說明】 第一圖係習知降溫核凝回收淨化裝置之結構說明圖。 第二圖係本發明第一實施例之結構說明圖。 第三圖係本發明第二實施例之結構說明圖。 【主要元件符號說明】 (10)核凝冷凝器 (20)除霧器 (30)回收槽 (40a、40b)控溫單元 (41) 比例閥 (42) 第一感知器 (43) 第二感知器 (44a、44b)控制器 (45)第三感知器 〇 -13 -