WO2020017070A1 - 溶液処理装置および溶液処理方法 - Google Patents

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gas
liquid separation
concentrated
concentrated liquid
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昭昌 小田
崇夫 鈴木
英樹 石澤
増田 義登
雅人 宝木
清水 巧治
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リファインホールディングス株式会社
パナソニック株式会社
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • C08J11/02Recovery or working-up of waste materials of solvents, plasticisers or unreacted monomers
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34

Definitions

  • the present invention relates to a solution processing apparatus and a solution processing method for separating an organic solvent from a liquid to be processed in which a nonvolatile component is mixed with an organic solvent.
  • Organic solvents have applications as solubilizers for dissolving objects such as resins and dispersants for dispersing them.
  • the organic solvent is also used as a stripping agent for a photosensitive resin called a photoresist in a process of manufacturing a liquid crystal substrate or a semiconductor integrated circuit.
  • the organic solvent used in such applications is often recycled after removing impurities. For the recycling of the organic solvent, an impurity separation method called distillation is generally applied.
  • Patent Document 1 a step of collecting a mixed solution of a resist and an organic solvent discharged from a resist coating apparatus, and A step of concentrating the mixture by volatilizing; a step of liquefying the volatilized organic solvent; and a step of adjusting the viscosity of the mixture to a desired value by adding an organic solvent to the concentrated mixture.
  • a method for regenerating a resist characterized in that the method is as follows.
  • an object of the present invention is to provide a solution processing apparatus and a solution processing method that can exhibit excellent processing efficiency even when a non-volatile component of a liquid to be processed precipitates.
  • a solution processing apparatus is a solution processing apparatus for separating an organic solvent as distillate vapor from a liquid to be processed containing an organic solvent and a non-volatile component.
  • a first gas-liquid separation unit for heating the treatment liquid to distill the vapor and a part of the retained concentrated liquid, and a concentrated liquid discharged from the first gas-liquid separation unit for heating the vapor;
  • a second gas-liquid separation unit for removing a part of the retained concentrated liquid, and the second gas-liquid separation unit so that non-volatile components contained in the liquid to be treated do not precipitate in the first gas-liquid separation unit.
  • a control means for controlling the gas-liquid separation means, wherein a part of the second gas-liquid separation means which heats the concentrated liquid and which is in contact with the concentrated liquid has a resistance to non-volatile components. Is characterized.
  • the solution processing method is a solution processing method for separating an organic solvent as distillate vapor from a liquid to be treated containing an organic solvent and a non-volatile component, wherein the liquid to be treated is heated to remove the vapor.
  • a second gas-liquid separation step of removing a part of the concentrated liquid to be removed, wherein in the first gas-liquid separation step, the non-volatile component contained in the liquid to be treated is controlled not to precipitate, and the second gas-liquid separation step is performed.
  • the gas-liquid separation step a portion where the concentrated solution is heated and a portion in contact with the concentrated solution are characterized by exhibiting adhesion resistance to the non-volatile components.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of a solution processing apparatus according to the present embodiment. It is a schematic diagram of a solution processing apparatus according to a modification.
  • 6 is a table showing the results obtained in a preliminary test in Example 1.
  • 4 is a graph showing the relationship between the concentration of a concentrated solution and the concentration of nonvolatile components obtained in a preliminary test in Example 1.
  • 4 is a graph showing the relationship between the temperature of the concentrated solution and the distillation rate obtained in the preliminary test in Example 1.
  • 9 is a table showing the results obtained in a preliminary test in Example 3.
  • 11 is a graph of the concentration of a concentrated solution and the concentration of a nonvolatile component obtained in a preliminary test in Example 3.
  • 11 is a graph of the concentration of the concentrated solution and the distillation rate obtained in a preliminary test in Example 3.
  • the solution processing apparatus 1A is an apparatus that separates an organic solvent as distillate vapor G4 from a liquid to be processed L1 containing an organic solvent and a nonvolatile component.
  • the solution processing apparatus 1A includes a first gas-liquid separation unit 10 (a first gas-liquid separation container 11, a first evaporator 12) and a second gas-liquid separation unit 20 (a second gas-liquid separation unit).
  • the members (and the outside) are connected by pipes t1 to t11, and the flow of the solution (the liquid to be processed and the concentrated liquid) in these pipes and each member is adjusted.
  • the solution processing apparatus 1A includes the solids removing means 40 and also includes instruments such as flow meters F1 to F4, liquid level gauges S1 and S2, and thermometers T1 and T2.
  • the first gas-liquid separation unit 10 is a unit that heats the liquid L1 to be processed, distills the vapor, and removes a part of the retained concentrated liquid.
  • the first gas-liquid separation means 10 is configured to include a first gas-liquid separation container 11 and a first evaporator 12. In the first gas-liquid separation means 10, control is performed so that non-volatile components contained in the liquid to be treated do not precipitate. A detailed control method will be described later.
  • the first gas-liquid separation container 11 is configured to concentrate the liquid L1 to be processed supplied through the pipe t1 and the vapors G1 and G3 supplied through the pipes t4 and t9 in the gas-liquid separator 13 described later and flow down. A predetermined amount of the liquid, and further, the concentrated liquid supplied via the pipe t4 is held at the bottom of the container, and discharged from the bottom at a predetermined flow rate.
  • the first gas-liquid separation container 11 distills, from the top of the container, the steam that has been gas-liquid separated by the gas-liquid separator 13 described later among the steams G1 and G3 supplied through the pipes t4 and t9.
  • a gas-liquid separator 13 is provided inside the container and above the connection point of the pipes t1, t4, and t9, and is held at the bottom of the container.
  • a liquid level gauge S1 for measuring the liquid level of the concentrated liquid (including the liquid to be treated L1) and a thermometer T1 for measuring the temperature of the concentrated liquid are provided.
  • the first gas-liquid separation container 11 has a tower shape in FIG. 1, the shape is not particularly limited, and the size may be appropriately set according to the treatment amount of the liquid L1 to be treated.
  • the gas-liquid separator 13 is not particularly limited as long as it is a device capable of separating a liquid from a gas. For example, a known device such as a mist eliminator or a cyclone-type gas-liquid separator can be applied.
  • the first evaporator 12 heats and evaporates the concentrated liquid discharged from the first gas-liquid separation container 11 and supplied through the pipes t2 and t3. Then, the first evaporator 12 supplies the generated vapor G1 and the heated concentrated liquid to the first gas-liquid separation container 11 via the pipe t4.
  • the first evaporator 12 is not particularly limited as long as it is a device capable of heating and evaporating the concentrated liquid, and may be of various types such as a multi-tube type, a plate type, a jacket type, a coil type, and a double-tube type. A heat exchanger or the like can be applied. It is preferable to provide a strainer upstream or downstream of the first evaporator 12 to prevent clogging and the like.
  • the second gas-liquid separation means 20 is means for heating the concentrated liquid discharged from the first gas-liquid separation means 10 to distill the vapor and discharging a part of the retained concentrated liquid.
  • the second gas-liquid separation means 20 includes a second gas-liquid separation container 21 and a second evaporator 22.
  • the second gas-liquid separation container 21 holds a predetermined amount of the concentrated liquid supplied from the first gas-liquid separation container 11 via the pipe t5 at the bottom of the container and discharges the concentrated liquid from the bottom at a predetermined flow rate. Further, the second gas-liquid separation container 21 distills the vapor G2 supplied via the pipe t8 from the top of the container, and supplies the vapor G2 to the first gas-liquid separation container 11 as the vapor G3 via the pipe t9.
  • the second gas-liquid separation container 21 is provided with a liquid level gauge S2 for measuring the liquid level of the concentrated liquid held at the bottom of the container and a thermometer T2 for measuring the temperature of the concentrated liquid. ing.
  • the second gas-liquid separation container 21 is not limited to the configuration in FIG. Although not shown in FIG. 1, the second gas-liquid separation container 21 is provided with a gas-liquid separator 13 provided in the first gas-liquid separation container 11 inside the container and connected to a pipe t8. May be provided above the connection point.
  • the second evaporator 22 heats and evaporates the concentrated liquid discharged from the second gas-liquid separation container 21 and supplied via the pipes t6 and t7. Then, the second evaporator 22 supplies the generated steam G2 to the second gas-liquid separation container 21 via the pipe t8.
  • the second evaporator 22 similarly to the first evaporator 12, those having various configurations can be applied.
  • the portion of the second evaporator 22 (second gas-liquid separation means 20) where the concentrated liquid is heated and which comes into contact with the concentrated liquid exhibit adhesion resistance to non-volatile components.
  • the “liquid contact point” is, for example, a point in the second evaporator 22 where heat energy is transferred from the heat medium H to the concentrate, and is a member (pipe) that separates the heat medium H from the concentrate. , Plate, etc.) on the concentrated liquid side (side in contact with the concentrated liquid).
  • the state coated with the anti-adhesion material means a state in which the anti-adhesion material is coated with a thickness of 1 to 100 ⁇ m, preferably 5 to 50 ⁇ m on the liquid contact portion.
  • adhesion-resistant material examples include, as organic materials, (meth) acrylic resin, epoxy resin, urethane resin, silicone resin, fluororesin, polyimide resin, polyetheretherketone resin, polyolefin-based resin, and the like.
  • examples of the inorganic material include, but are not limited to, metal oxide-containing coatings and carbon-containing coatings exhibiting adhesion resistance.
  • the adhesion-resistant material is at least one of a fluororesin, a polyetheretherketone resin, a metal oxide-containing paint, and a carbon-containing paint. One is preferred.
  • fluororesin examples include polytetrafluoroethylene, perfluoroalkoxyalkane, ethylene tetrafluoride / ethylene copolymer resin, and tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer.
  • the “flat state” is a state where the surface roughness is 1 ⁇ m or less.
  • the “flat state” is achieved by performing a polishing process such as electropolishing or buffing on the liquid contact portion of the second evaporator 22 to reduce the surface roughness to a predetermined value or less.
  • a method may be used in which a material (a plate material or the like) having a surface roughness equal to or less than a predetermined value is selected and applied to the liquid contact portion of the second evaporator 22.
  • this surface roughness is arithmetic mean roughness (Ra) in detail.
  • the solid removing unit 40 is a unit that removes a solid (precipitated nonvolatile component or the like) contained in the concentrated liquid from the concentrated liquid.
  • the solid removing means 40 plays a role of preventing solids from flowing into a pump described later.
  • the solid removing unit 40 is not particularly limited as long as it is a device capable of separating a solid from a liquid. For example, a bucket strainer, a filtration filter, a liquid cyclone, a centrifugal sedimentation device, a stationary sedimentation device, and the like can be applied.
  • the solid removing means 40 is provided between the second gas-liquid separation vessel 21 and the second evaporator 22 where the non-volatile component is likely to be deposited. It may be provided between the first evaporator 11 and the first evaporator 12.
  • the pump P1 sends the concentrated liquid from the first gas-liquid separation vessel 11 to the first evaporator 12 via the pipes t2 and t3, and also connects the pipe from the first gas-liquid separation vessel 11 to the second gas-liquid separation vessel 21.
  • the concentrate is sent through t2 and t5.
  • the pump P2 sends the concentrated liquid from the second gas-liquid separation vessel 21 to the second evaporator 22 via the pipes t6 and t7, and also sends the concentrated liquid from the second gas-liquid separation vessel 21 to the outside via the pipes t6 and t11. Send the concentrate.
  • the pump is not particularly limited as long as it can send liquid, and a known pump can be applied.
  • the installation location of the pump is not limited to the installation location in FIG. 1 as long as the concentrated liquid can be appropriately sent between the members. Further, the number of installed pumps may be appropriately increased or decreased.
  • the valve V1 adjusts the flow rate of the liquid to be processed L1 supplied from the outside to the first gas-liquid separation container 11 via the pipe t1.
  • the valve V2 adjusts the flow rate of the concentrate supplied from the first gas-liquid separation vessel 11 to the first evaporator 12 via the pipes t2 and t3.
  • the valve V3 adjusts the flow rate of the concentrate supplied from the first gas-liquid separation container 11 to the second gas-liquid separation container 21 via the pipes t2 and t5.
  • the valve V4 adjusts the flow rate of the concentrated liquid supplied from the second gas-liquid separation container 21 to the second evaporator 22 via the pipes t6 and t7.
  • the valve V5 regulates the flow rate of the concentrated liquid discharged from the second gas-liquid separation container 21 to the outside via the pipes t6 and t11.
  • the valve is not particularly limited as long as the flow rate of the liquid can be adjusted by adjusting the opening / closing level (the degree to which the flow path is opened / closed), and a known valve is applied. be able to.
  • the location of the valve is not limited to the location shown in FIG. 1 as long as the flow rate of the concentrated liquid can be appropriately adjusted between the members. Further, the number of valves may be appropriately increased or decreased.
  • the solution processing apparatus 1A includes flow meters F1, F2, F3, and F4 that measure the flow rates of the solution (the liquid to be treated and the concentrated liquid) in each pipe, in addition to the liquid level meters S1 and S2 and the thermometers T1 and T2. Is provided. These instruments are not particularly limited as long as they can obtain desired information, and known instruments can be applied.
  • the control means 30 is a means for reading data from each instrument and controlling a valve or the like based on the data.
  • the control means 30 includes a storage unit (not shown) for storing data used as a control reference. The control method by the control means 30 will be described later in detail.
  • the control unit 30 is realized by a program execution process by a CPU (Central Processing Unit) or a dedicated circuit.
  • the storage unit provided in the control means 30 can be configured by a general storage device such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), a hard disk drive (HDD), and a flash memory.
  • the liquid to be treated L1 is a solution containing an organic solvent and a nonvolatile component.
  • the liquid to be processed L1 is, for example, a stripping liquid containing a resin (non-volatile component) called a photoresist generated in a photolithography process when manufacturing a liquid crystal substrate or a semiconductor integrated circuit.
  • Examples of the organic solvent of the liquid to be treated L1 include, but are not limited to, monoethanolamine, dimethyl sulfoxide, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, and propylene glycol monomethyl ether. Absent.
  • Examples of the non-volatile component of the liquid to be treated L1 include a resin (photosensitive resin material) such as the above-described photoresist, and specifically, a novolak resin is assumed, but is not limited thereto. Absent.
  • the content of the non-volatile component (resin) contained in the liquid to be treated L1 is preferably 0.1 to 5.0% by mass from the viewpoint of appropriately performing the separation treatment.
  • the “non-volatile component” of the liquid to be treated L1 is a component that does not evaporate during the operation of the solution processing apparatus, specifically, the evaporator (the first evaporator 12 and the second evaporator 22) of the solution processing apparatus.
  • a component whose boiling point at operating pressure is higher than the heating temperature of the evaporator. Therefore, as a non-volatile component, in addition to the above-mentioned resin, a suspended substance such as an inorganic particle generated at the time of manufacturing a liquid crystal substrate or a semiconductor integrated circuit, and a high boiling component dissolved in the liquid to be treated L1 (for example, Components such as sorbitol contained in corrosion inhibitors and anticorrosives).
  • the content (total amount) of all the non-volatile components contained in the liquid to be treated L1 is more preferably 0.1 to 5.0% by mass from the viewpoint of appropriately performing the separation treatment.
  • the precipitated resin aggregates the suspended substance, and as a result, a substance precipitated in the second evaporator 22 or the like (referred to as a “precipitated component” as appropriate).
  • a substance precipitated in the second evaporator 22 or the like referred to as a “precipitated component” as appropriate.
  • the liquid to be treated L1 may contain water in addition to the organic solvent and the non-volatile components described above.
  • the solution processing method according to the present embodiment includes a first gas-liquid separation step and a second gas-liquid separation step. Hereinafter, each step will be described.
  • the first gas-liquid separation step is a step of heating the liquid to be treated L1, distilling out the vapor, and removing a part of the retained concentrated liquid. Specifically, in the first gas-liquid separation step, the concentrated liquid discharged from the first gas-liquid separation vessel 11 and supplied through the pipes t2 and t3 is heated and evaporated by the first evaporator 12. Then, the vapor G1 generated in the first evaporator 12 and the heated concentrated liquid are supplied to the first gas-liquid separation vessel 11 via the pipe t4.
  • the vapor separated into gas and liquid by the gas-liquid separator 13 of the first gas-liquid separation container 11 is distilled off from the top of the container, and sent out to the outside as distillate vapor G4 via the pipe t10.
  • the concentrated liquid condensed and flowing down by the gas-liquid separator 13 of the first gas-liquid separation container 11 is held at a predetermined amount at the bottom of the container, and is discharged from the bottom at a predetermined flow rate. Then, the concentrated liquid thus taken out is supplied to the first evaporator 12 and the second gas-liquid separation container 21.
  • the first gas-liquid separation means 10 is controlled so that the non-volatile components contained in the liquid to be treated do not precipitate.
  • the specific contents of the control in the first gas-liquid separation step will be exemplified below, but are not limited to the following contents.
  • an evaporative concentration test is performed in advance using the target liquid to be treated L1 under conditions simulating the conditions in an actual machine, and a distilling rate at which non-volatile components begin to be deposited (where appropriate, “first distilling”). Rate) and the temperature of the concentrate (referred to as “first concentrate temperature” as appropriate), and the obtained first distillate rate and the first concentrate temperature are stored in the storage unit of the control means 30. .
  • first distilling rate a value slightly smaller than the numerical value (for example, 80%) may be set as the “first distilling rate”.
  • a value slightly smaller than the numerical value (eg, 97 ° C.) may be set as the “first concentrated solution temperature”.
  • the control unit 30 reads the flow rate data of the liquid to be processed L1 of the flow meter F1 and the flow rate data of the concentrated liquid of the flow meter F2. Then, the control means 30 calculates the distilling rate of the first gas-liquid separating means 10 based on these data and compares it with the first distilling rate stored in the storage unit. When the distilling rate is equal to or higher than the first distilling rate, the control of increasing the opening level of the valve V1 (the degree of opening of the flow path) and the control of increasing the opening level of the valve V3 are performed. The control means 30 performs at least one of the controls. On the other hand, if the calculated distilling rate is too low, the control means 30 may perform control opposite to the above control.
  • the control unit 30 reads the temperature data of the thermometer T1. Then, the control unit 30 compares the read temperature of the concentrated liquid with the first concentrated liquid temperature stored in the storage unit. When the temperature of the concentrated liquid is equal to or higher than the first concentrated liquid temperature, control and valve for lowering the heating temperature of the first evaporator 12 (decreasing the temperature of the heat medium H, decreasing the flow rate of the heat medium H).
  • the control means 30 performs at least one of control of increasing the level of the opening degree of V1 and control of increasing the level of the opening degree of the valve V3. On the other hand, if the temperature of the concentrated liquid is too low, the control means 30 may perform control opposite to the above control.
  • the timing of the control (control of reading of data, comparison, control of valves, etc.) by the control means 30 may be appropriately set to be performed at a predetermined interval or continuously.
  • the setting may be such that the timing interval is widened (or the control is stopped). This is the same in the following control.
  • the following control may be performed from the viewpoint of keeping the amount of the concentrated liquid held in the first gas-liquid separation container 11 within a predetermined range.
  • the control unit 30 reads the liquid level data of the liquid level gauge S1. Then, the control means 30 calculates the amount of the concentrated liquid held in the first gas-liquid separation container 11 based on the data, and calculates a predetermined amount (an upper limit amount, a lower limit amount) stored in the storage unit. Compare. When the calculated amount of the concentrate reaches the upper limit, at least one of the control of increasing the level of the opening of the valve V3 and the control of decreasing the level of the opening of the valve V1 is controlled by the control means 30. Will be implemented. In addition, when the calculated amount of the concentrated liquid reaches the lower limit amount, control reverse to the above control may be performed.
  • distillation rate in the first gas-liquid separation step means, for example, that the liquid to be treated L1 is supplied to the first gas-liquid separation vessel 11 at 1000 kg / h, and the concentrated liquid is 200 kg / h via the pipe t5.
  • the above-mentioned state of “precipitation of non-volatile components” is a state in which non-volatile components precipitated by heating the liquid to be treated L1 adhere to the wall surfaces of evaporators, pipes, and the like.
  • the non-volatile components precipitate and adhere to the evaporator (the first evaporator 12, the evaporator used in the evaporative concentration test), so that the overall heat transfer coefficient (the non-volatile components adhere to the original evaporator) indicated by the original evaporator.
  • the coefficient has decreased by 10% or more from the total heat transfer coefficient of the evaporator in a state where the heat transfer efficiency has not decreased at all.
  • the second gas-liquid separation step is a step in which the concentrated liquid discharged in the first gas-liquid separation step is heated to distill steam, and a part of the retained concentrated liquid is discharged.
  • the concentrated liquid discharged from the second gas-liquid separation container 21 and supplied through the pipes t6 and t7 is heated and evaporated by the second evaporator 22.
  • the steam G2 generated in the second evaporator 22 is supplied to the second gas-liquid separation container 21 via the pipe t8.
  • this vapor is distilled out as vapor G3 from the top of the second gas-liquid separation container 21 and supplied to the first gas-liquid separation container 11 via the pipe t9.
  • the temperature of the concentrated liquid to be held is controlled so as to be equal to or lower than a predetermined temperature at which the increase in the distilling rate stagnates.
  • the specific contents of the control in the second gas-liquid separation step will be exemplified below, but are not limited to the following contents.
  • an evaporative concentration test is performed in advance using the target liquid to be treated L1 under conditions simulating the conditions in an actual machine, and the temperature at which the increase in the distillation rate stagnates (as appropriate, the “limit concentrated liquid temperature”) Is checked, and the obtained critical concentrated solution temperature is stored in the storage unit of the control means 30.
  • the temperature at which the increase in the distillate rate is stagnant in the previous evaporation concentration test is 99.4 ° C.
  • a value slightly smaller than the numerical value for example, 99 ° C.
  • the control means 30 reads the temperature data of the thermometer T2. Then, the control unit 30 compares the read temperature of the concentrated liquid with the limit concentrated liquid temperature stored in the storage unit. When the temperature of the concentrate exceeds the limit concentrate temperature, control to increase the opening level of the valve V5, control to increase the opening level of the valve V3, and decrease the heating temperature of the second evaporator 22 are performed.
  • the control means 30 performs at least one of the controls of reducing the temperature of the heat medium H and decreasing the flow rate of the heat medium H. If the temperature of the concentrated liquid is too low, the control means 30 may perform control opposite to the above control.
  • the control unit 30 reads the liquid level data of the liquid level gauge S2. Then, the control means 30 calculates the amount of the concentrated liquid held in the second gas-liquid separation container 21 based on the data, and calculates a predetermined amount (an upper limit amount, a lower limit amount) stored in the storage unit. Compare.
  • a configuration in which the control that closes and opens the valve V5 is performed when the calculated amount of the concentrated liquid reaches the upper limit amount, and the control that opens and closes the valve V5 when the calculated amount of the concentrate reaches the lower limit amount is performed. It may be.
  • the control unit 30 reads the temperature data of the thermometer T2. Then, the control unit 30 compares the read temperature of the concentrated liquid with the limit concentrated liquid temperature stored in the storage unit. At the timing when the temperature of the concentrate reaches the limit concentrate temperature, control is performed to close and open the valve V5.
  • the timing of opening and closing the valve V5 may be the timing at which the amount of the concentrated liquid calculated based on the liquid level data of the liquid level gauge S2 reaches the lower limit as described above.
  • the flow rate of the concentrated liquid in the second evaporator 22 is a flow rate at which the deposited non-volatile components are not deposited, specifically 0.5 to 2.0 m / s, preferably 1 m / s. is controlled so as to be s or more.
  • the speed of the concentrated liquid in the second evaporator 22 is set to a predetermined value or more, even if non-volatile components are deposited, deposition of the deposited components in the second evaporator 2 can be suppressed. Attachment of the precipitated component to the location can be suppressed at a very high level. Specifically, the following control is performed.
  • the control means 30 reads the flow rate data of the flow meter F3. Then, the control unit 30 compares the flow rate of the concentrated liquid in the second evaporator 22 calculated from the read flow rate data with the predetermined flow rate (for example, 0.5 m / s described above) stored in the storage unit. Compare. When the flow rate of the concentrated liquid is less than the predetermined flow rate, the control unit 30 performs control to increase the level of the liquid sent by the pump P2. On the other hand, if the flow rate of the concentrated solution is too large, the control means 30 may perform control opposite to the above control.
  • the predetermined flow rate for example, 0.5 m / s described above
  • the flow rate of the concentrated liquid in the second evaporator 22 can be calculated from the flow rate data of the flow meter F3 and the cross-sectional area of the flow passage in the second evaporator 22 through which the concentrated liquid flows.
  • the cross-sectional areas inside each tube are summed to calculate the total cross-sectional area, and the value of the flow rate data ( m 3 / s) can be calculated by dividing the total cross-sectional area (m 2 ) by the flow rate (m / s) of the concentrated liquid.
  • This equation is a well-known equation for calculating the sedimentation velocity, and is an equation that is suitable when the Reynolds number is less than 6. Particularly, it is well-suited when the diameter of the target particle is 1 mm or less. I do. For example, in order to avoid a trouble of clogging in a pipe or the like, assuming that particles having a diameter exceeding 1 mm are excluded by a strainer, and when the representative diameter of the particles is defined as 1 mm, the sedimentation velocity of the particles is determined by the fluid Is 1000 kg / m 3 , the particle density is 2000 kg / m 3 , and the viscosity of the fluid is 0.01 Pa ⁇ s, it can be calculated as about 0.05 m / s.
  • the Reynolds number is 5.45, which is less than 6. Therefore, considering the sedimentation velocity of the particles in the fluid (about 0.05 m / s), by flowing the concentrated liquid at a flow velocity (0.5 m / s or more) which is ten times this velocity, the second evaporator 22 It is understood that the above-mentioned determination that the deposition of the precipitated components in the inside can be prevented is appropriate.
  • the solution processing apparatus and the solution processing method according to the present embodiment include a first gas-liquid separation unit (first gas-liquid separation step) for controlling non-volatile components contained in the liquid to be processed so as not to precipitate, and A gas-liquid separation process is performed by a second gas-liquid separation unit (second gas-liquid separation step) exhibiting adhesion resistance to the nonvolatile components. That is, the solution processing apparatus and the solution processing method according to the present embodiment not only perform the gas-liquid separation process in two stages, but also perform the processing of the liquid to be processed in the second gas-liquid separation unit (second gas-liquid separation step).
  • the first gas-liquid separation vessel 11 and the first evaporator 12 are provided separately.
  • the first gas-liquid separation unit 100 may be integrated by being installed in the gas-liquid separation container 101.
  • the first gas-liquid separation unit 100 shown in FIG. 2 has a heat transfer tube 102 (the first gas-liquid separation tube) (the first gas-liquid separation unit 100) through which the heat medium H flows so that the concentrated liquid held at the bottom of the first gas-liquid separation container 101 can be heated. (Evaporator 102).
  • the second evaporator 22 is not particularly limited as long as it can heat and evaporate the concentrated liquid, and may be a plate heat exchanger 202 (second evaporator 202) as shown in FIG. Good.
  • the concentration of the non-volatile component is increased, so that the concentrated liquid is likely to be in a state of being easily solidified (or in a state of high viscosity and hard to flow). Therefore, a heating means for heating the concentrated liquid in the second gas-liquid separation means 20 to a level at which the concentrated liquid does not solidify (or a level of viscosity at which liquid can be sent by the pump P2) may be provided.
  • the heating means applies heat from outside to the location where the concentrated liquid flows (specifically, the bottom of the second gas-liquid separation vessel 21 where the concentrated liquid is held, and the pipes t6, t7, and t11).
  • the device is not particularly limited as long as it is a device to which the heating medium is added.
  • the part exhibiting the adhesion resistance is limited to this liquid contacting part. Not done.
  • the inner surface that is in contact with the concentrated liquid may also be configured to exhibit adhesion resistance.
  • the liquid-contacting portion in the first evaporator 12 may be configured to exhibit adhesion resistance.
  • the changing speed of the liquid surface of the concentrated liquid (the speed at which the liquid surface rises) is described. May be configured to control the valve 5 on the basis of.
  • the control means 30 reads the liquid level data of the liquid level gauge S2. Then, the control unit 30 compares the change speed of the liquid level of the concentrated liquid in the second evaporator 22 calculated from the read liquid level data with a predetermined speed stored in the storage unit. At the timing when the changing speed of the liquid level of the concentrated liquid becomes less than the predetermined speed, the control for opening and closing the valve V5 may be performed.
  • the second gas-liquid separation container 21 may be configured to measure “nonvolatile component amount” and “viscosity” as described below.
  • the measurement of the NQD-based compound (non-volatile component) contained in the concentrated liquid in the second gas-liquid separation container 21 can be calculated from data obtained using a fluorescent X-ray sulfur analyzer.
  • the sulfur atom since the sulfur atom emits a fluorescent X-ray having an energy of about 2.3 keV upon irradiation with the fluorescent X-ray, the quantitative analysis of the sulfur concentration is performed by measuring the X-ray dose by the sulfur atom from the spectrum. It can be performed. Then, based on the result of the quantitative analysis of the sulfur concentration and the calibration curve created in advance, the “nonvolatile component amount” and the “viscosity” in the concentrated liquid of the second gas-liquid separation container 21 can be calculated. When such a measurement is performed, a pipe for extracting and returning a part of the concentrated liquid is provided below the second gas-liquid separation container 21, and a T-shaped joint and a valve are provided in the pipe.
  • the valve V5 is controlled based on the “non-volatile component amount” and “viscosity” obtained by measuring the concentrated liquid in the second gas-liquid separation container 21 (when the non-volatile component amount exceeds a predetermined amount, (The valve V5 may be closed ⁇ open) at a certain timing, or at a timing when the viscosity becomes a predetermined value or more.
  • Example 1 (Liquid) A liquid to be treated was prepared comprising 5% by weight of water, 28.2% by weight of monoethanolamine, 65.8% by weight of diethylene glycol monobutyl ether, and 1% by weight of a photoresist as a nonvolatile component.
  • Preliminary test An evaporative concentration test (preliminary test) was performed on the liquid to be treated under a pressure condition of 2 kPaabs, and the distillation rate, the concentration of nonvolatile components (in the distillate), and the temperature of the concentrated liquid (boiling point) were confirmed. In addition, during this test, the timing at which the precipitation of the non-volatile components started was confirmed, and the timing at which the increase in the distillation rate stopped was determined to be the evaporation limit. The results of this pretest are shown in FIGS. 3A-C.
  • the distillation rate of the first gas-liquid separation vessel 11 is 80% or less of the “first distillation rate”, and the concentration held in the first gas-liquid separation vessel 11
  • the heating temperature of the first evaporator 12 and the levels of opening and closing the valves V1, V2, and V3 were set (controlled) so that the temperature of the liquid was 97 ° C. or less of the “first concentrated liquid temperature”.
  • the amount of the concentrated liquid held in the first gas-liquid separation container 11 was monitored so as not to exceed a predetermined amount.
  • the valve V5 is opened at the timing when the temperature of the concentrated liquid held in the second gas-liquid separation container 21 reaches 99 ° C., which is the “limit concentrated liquid temperature”. , A control of extracting the concentrated liquid to a predetermined liquid level. Then, the flow rate of the pump P2 was set such that the flow rate of the concentrated liquid in the second evaporator 22 was 0.5 m / s.
  • control Regarding the control of the solution processing apparatus 1A, control based on the temperature of the concentrated liquid held in the second gas-liquid separation container 21 was not performed. Instead, the control of the valve V5 was performed based on the changing speed of the liquid surface of the concentrated liquid held in the second gas-liquid separation container 21 (the rising speed of the liquid surface). Specifically, the valve V5 was opened at the timing when the change speed of the liquid level of the concentrated liquid became significantly slow, and the concentrated liquid was extracted to a predetermined liquid level.
  • Comparative Example 1 >> About Comparative Example 1, only points different from Example 1 described above are shown below.
  • the liquid-contact portion (the heat transfer surface of the inner wall of the tube heated by the heat medium H) of the multi-tube heat exchanger that is the second evaporator 22 of Comparative Example 1 has the original surface roughness of 0.7 ⁇ m. Met.
  • Example 3 As the liquid to be treated, a solution containing inorganic particles (suspension substance) generated in a semiconductor integrated circuit manufacturing process and a resin in an organic solvent of isopropyl alcohol-ethylbenzene was prepared. The concentration of the non-volatile component (total of inorganic particles and resin) contained in the liquid to be treated was 3% by mass, but the dissolved non-volatile component (resin) was inspected using a filtration filter. As a result, it was confirmed that the concentration of the resin contained in the liquid to be treated was 0.3% by mass.
  • Preliminary test A first evaporative concentration test (preliminary test) was performed on the liquid to be treated under normal pressure, and the distillation rate, the concentration of nonvolatile components (in the distillate), and the temperature of the concentrated liquid (boiling point) were confirmed. . In addition, during this test, the timing at which the deposition of the non-volatile components started was confirmed. In addition, while using the concentrated liquid obtained at the distilling rate of 60% in the above-mentioned first evaporative concentration test, a second evaporative concentration test was carried out using an evaporator coated with a fluororesin at a liquid contact portion, and the concentration was performed. The timing at which the fluidity of the liquid could not be secured was determined as the evaporation limit. The results of the first evaporative concentration test are shown in FIGS. 4A to 4C.
  • the distilling rate was 85%. From the above results, the “first distilling rate” in the first gas-liquid separation step in this test was set to 60%, and the “first concentrated liquid temperature” was set to 90 ° C. In addition, the “critical condensate temperature” in the second gas-liquid separation step in this test was set to 100 ° C., which is the temperature at which the viscosity of the condensate becomes 0.3 Pa ⁇ s.
  • the distillation rate of the first gas-liquid separation vessel 101 is 60% or less of the “first distillation rate”, and the concentration held in the first gas-liquid separation vessel 101
  • the heating temperature of the first evaporator 102 and the levels of opening and closing the valves V1, V2, and V3 were set (controlled) so that the temperature of the liquid was 90 ° C. or less of the “first concentrated liquid temperature”.
  • the amount of the concentrated liquid held in the first gas-liquid separation container 11 was monitored so as not to exceed a predetermined amount.
  • the control of the solution processing apparatus 1B is performed in such a manner that, in a steady state, the opening and closing levels of the respective valves are adjusted so that the temperature of the concentrated liquid held in the second gas-liquid separation vessel 201 becomes 100 ° C. or less of the “critical concentration temperature”.
  • the flow rate of the pump P12 was set (controlled) so that the flow rate of the concentrated liquid in the second evaporator 202 was 0.1 m / s.
  • 1A, 1B Solution processing apparatus 100 First gas-liquid separation means 11, 101 First gas-liquid separation vessel 12, 102 First evaporator 13, 103 Gas-liquid separator 20, 200 Second gas-liquid separation means 21, 201 Second gas-liquid separation vessel 22, 202 Second evaporator 30, 300 Control means 40 Solid removing means L1 Liquid to be treated L2 Concentrate G4 Distilled vapor F Flow meter S Liquid level gauge T Thermometer V Valve t Piping

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Abstract

被処理液の不揮発性成分が析出しても、優れた処理効率を発揮することができる溶液処理装置および溶液処理方法を提供することを課題とする。本発明に係る溶液処理装置(1A)は、被処理液(L1)を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第1気液分離手段(10)と、前記第1気液分離手段(10)から缶出する濃縮液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第2気液分離手段(20)と、前記第1気液分離手段(10)において被処理液(L1)に含まれる不揮発性成分が析出しないように、前記第1気液分離手段(10)を制御する制御手段(30)と、を備え、前記第2気液分離手段(20)の濃縮液を加熱する箇所であるとともに濃縮液に接する接液箇所が、不揮発性成分に対して耐付着性を呈することを特徴とする。

Description

溶液処理装置および溶液処理方法
 本発明は、有機溶媒に不揮発性成分が混合した被処理液から、有機溶媒を分離する溶液処理装置および溶液処理方法に関する。
 有機溶媒には、樹脂等の対象物を溶解させる溶解剤や分散させる分散剤という用途が存在する。また、有機溶媒は、液晶基板や半導体集積回路の製造工程においても、フォトレジストと呼ばれる感光性樹脂の剥離剤として使用されている。
 そして、このような用途で使用された有機溶媒は、不純物を除去しリサイクルされることが多いが、有機溶媒のリサイクルについては、通常、蒸留という不純物の分離方法が適用される。
 有機溶媒を蒸留によってリサイクルする技術については様々な技術が提案されており、例えば、特許文献1では、レジスト塗布装置から排出されるレジストと有機溶剤の混合液を回収する工程と、前記有機溶剤を揮発させて前記混合液を濃縮する工程と、揮発した前記有機溶剤を液化する工程と、有機溶剤を前記濃縮混合液に加えることにより前記混合液の粘度を所望の値に調整する工程とを具備することを特徴とするレジスト再生方法が開示されている。
特開平09-082602号公報
 しかしながら、特許文献1に開示されているような従来の方法では、有機溶媒に溶解している樹脂等の不揮発性成分が析出し、有機溶媒を蒸発させるための蒸発器の接液箇所に対して析出した不揮発性成分が付着(固着、粘着等)する虞がある。その結果、従来の方法では、蒸発器の加熱性能の経時的な低下が起こり、溶剤の回収率向上、管路内の断熱ロス防止、省エネルギー化、という期待される効果を発揮できなくなってしまう。
 この問題への対応策としては、不揮発性成分が析出しない条件で有機溶媒の分離作業を行うという方法が挙げられるが、この対応策では、有機溶媒の処理効率(留出率)が悪くなるとともに、廃棄物の量が増加するため、経済的、環境的にも好ましい方法とはいえない。
 そこで、本発明は、被処理液の不揮発性成分が析出しても、優れた処理効率を発揮することができる溶液処理装置および溶液処理方法を提供することを課題とする。
 前記課題を解決するための手段として、本発明に係る溶液処理装置は、有機溶媒と不揮発性成分とを含む被処理液から、留出蒸気として有機溶媒を分離する溶液処理装置であって、被処理液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第1気液分離手段と、前記第1気液分離手段から缶出する濃縮液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第2気液分離手段と、前記第1気液分離手段において被処理液に含まれる不揮発性成分が析出しないように、前記第1気液分離手段を制御する制御手段と、を備え、前記第2気液分離手段の濃縮液を加熱する箇所であるとともに濃縮液に接する接液箇所が、不揮発性成分に対して耐付着性を呈することを特徴とする。
 また、本発明に係る溶液処理方法は、有機溶媒と不揮発性成分とを含む被処理液から、留出蒸気として有機溶媒を分離する溶液処理方法であって、被処理液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第1気液分離工程と、前記第1気液分離工程で缶出された濃縮液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第2気液分離工程と、を含み、前記第1気液分離工程において、被処理液に含まれる不揮発性成分が析出しないように制御し、前記第2気液分離工程において濃縮液を加熱する箇所であるとともに濃縮液に接する接液箇所が、不揮発性成分に対して耐付着性を呈することを特徴とする。
 本発明によれば、被処理液の不揮発性成分が析出しても、優れた処理効率を発揮することができる溶液処理装置および溶液処理方法を提供することができる。
本実施形態に係る溶液処理装置の模式図である。 変形例に係る溶液処理装置の模式図である。 実施例1における事前試験で得られた結果を示す表である。 実施例1における事前試験で得られた濃縮液温度と不揮発性成分濃度とのグラフである。 実施例1における事前試験で得られた濃縮液温度と留出率とのグラフである。 実施例3における事前試験で得られた結果を示す表である。 実施例3における事前試験で得られた濃縮液温度と不揮発性成分濃度とのグラフである。 実施例3における事前試験で得られた濃縮液温度と留出率とのグラフである。
 以下、適宜図面を参照して、本発明に係る溶液処理装置、および、溶液処理方法を実施するための形態(本実施形態)について説明する。
 まず、本実施形態に係る溶液処理装置の概略について、図1を参照して説明する。
≪本実施形態に係る溶液処理装置の概略≫
 本実施形態に係る溶液処理装置1Aは、有機溶媒と不揮発性成分とを含む被処理液L1から、留出蒸気G4として有機溶媒を分離する装置である。
 そして、図1に示すように溶液処理装置1Aは、第1気液分離手段10(第1気液分離容器11、第1蒸発器12)と、第2気液分離手段20(第2気液分離容器21、第2蒸発器22)と、制御手段30と、を備える。
 また、溶液処理装置1Aは、各部材間(および外部)が配管t1~t11によって繋がっているとともに、これらの配管および各部材の内部における溶液(被処理液、濃縮液)の流れを調整するために、ポンプP1、P2、バルブV1~5を備える。
 また、溶液処理装置1Aは、固体除去手段40を備えるとともに、流量計F1~F4、液面計S1、S2、温度計T1、T2といった計器を備える。
 次に、本実施形態に係る溶液処理装置1Aの各部材について、図1を参照して説明する。
<第1気液分離手段>
 第1気液分離手段10は、被処理液L1を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる手段である。
 そして、第1気液分離手段10は、第1気液分離容器11と第1蒸発器12とを含んで構成される。
 なお、この第1気液分離手段10では、被処理液に含まれる不揮発性成分が析出しないように制御が実施されるが、詳細な制御方法は後に詳述する。
(第1気液分離容器)
 第1気液分離容器11は、配管t1を介して供給される被処理液L1、配管t4およびt9を介して供給される蒸気G1およびG3が後記の気液分離器13で凝縮され流下する濃縮液、さらには、配管t4を介して供給される濃縮液、を容器の底部に所定量保持するとともに、底部から所定の流量で缶出させる。
 また、第1気液分離容器11は、配管t4およびt9を介して供給される蒸気G1およびG3のうち、後記の気液分離器13で気液分離された蒸気を容器の頂部から留出させ、配管t10を介して留出蒸気G4として外部に送出する。
 そして、第1気液分離容器11には、容器の内部であって配管t1、t4、t9の接続箇所よりも上方に気液分離器13が設けられているとともに、容器の底部に保持される濃縮液(被処理液L1も含む)の液面の高さを計測する液面計S1と、濃縮液の温度を計測する温度計T1とが設けられている。
 なお、第1気液分離容器11は、図1では塔状を呈しているが、特に形状は限定されず、サイズについても、被処理液L1の処理量等に応じて、適宜設定すればよい。
 また、気液分離器13は、気体中から液体を分離できる機器であれば特に限定されず、例えば、ミストエリミネーター、サイクロン式の気液分離器といった公知の機器を適用することができる。
(第1蒸発器)
 第1蒸発器12は、第1気液分離容器11から缶出され、配管t2、t3を介して供給される濃縮液を、加熱し蒸発させる。そして、第1蒸発器12は、発生させた蒸気G1および加熱された濃縮液を配管t4を介して第1気液分離容器11に供給する。
 なお、第1蒸発器12は、濃縮液を加熱し蒸発することができる機器であれば特に限定されず、多管式、プレート式、ジャケット式、コイル式、二重管式といった様々な形式の熱交換器等を適用することができる。そして、詰まり防止等のために、第1蒸発器12の上流側または下流側にストレーナーを設けるのが好ましい。
<第2気液分離手段>
 第2気液分離手段20は、第1気液分離手段10から缶出する濃縮液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる手段である。
 そして、第2気液分離手段20は、第2気液分離容器21と第2蒸発器22とを含んで構成される。
(第2気液分離容器)
 第2気液分離容器21は、配管t5を介して第1気液分離容器11から供給される濃縮液を、容器の底部に所定量保持するとともに、底部から所定の流量で缶出させる。
 また、第2気液分離容器21は、配管t8を介して供給される蒸気G2を、容器の頂部から留出させ、配管t9を介して蒸気G3として第1気液分離容器11に供給する。
 そして、第2気液分離容器21には、容器の底部に保持される濃縮液の液面の高さを計測する液面計S2と、濃縮液の温度を計測する温度計T2とが設けられている。
 なお、第2気液分離容器21は、第1気液分離容器11と同様、図1の構成に限定されない。
 また、図1には示していないが、第2気液分離容器21には、第1気液分離容器11に設けられているような気液分離器13を、容器の内部であって配管t8の接続箇所よりも上方に設けてもよい。
(第2蒸発器)
 第2蒸発器22は、第2気液分離容器21から缶出され配管t6、t7を介して供給される濃縮液を、加熱し蒸発させる。そして、第2蒸発器22は、発生させた蒸気G2を配管t8を介して第2気液分離容器21に供給する。
 なお、第2蒸発器22は、第1蒸発器12と同様、様々な構成のものを適用することができる。
(接液箇所:場所)
 第2蒸発器22(第2気液分離手段20)の濃縮液を加熱する箇所であるとともに濃縮液に接する接液箇所は、不揮発性成分に対して耐付着性を呈する。
 この「接液箇所」は、例えば、第2蒸発器22において、熱媒体Hから濃縮液への熱エネルギーの移動が生じる箇所であって、熱媒体Hと濃縮液との間を仕切る部材(管、プレート等)の壁面のうち濃縮液側(濃縮液と接する側)の面である。
(接液箇所:状態)
 この「不揮発性成分に対して耐付着性を呈する」とは、析出した不揮発性成分が付着し難い状態となるような処理が施されていることを示しており、具体的には、「耐付着性材料により被覆された状態」または「平坦な状態」である。
 「耐付着性材料により被覆された状態」とは、耐付着性材料が接液箇所に対して1~100μm、好ましくは5~50μmの厚さで被覆されている状態である。耐付着性材料の厚さを所定値以上とすることによって、耐付着性を確実なものとすることができるとともに、耐付着性材料の厚さを所定値以下とすることによって、伝熱効率の低下を抑制することができる。
 そして、耐付着性材料は、例えば、有機系材料として、(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられ、無機系材料として、耐付着性を呈する金属酸化物含有塗料、カーボン含有塗料などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 特に、後記するフォトレジスト(樹脂)を含む被処理液を対象とする場合、耐付着性材料は、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、金属酸化物含有塗料、および、カーボン含有塗料のうちの少なくとも一つが好ましい。
 なお、フッ素樹脂としては、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体などが挙げられる。
 「平坦な状態」とは、表面粗さが1μm以下の状態である。そして、「平坦な状態」とする方法は、第2蒸発器22の接液箇所に対して電解研磨やバフ研磨等の研磨処理を施すことによって、表面粗さを所定値以下とするという方法であってもよいし、表面粗さが所定値以下である材料(板材等)を選択して、第2蒸発器22の接液箇所に適用するという方法であってもよい。
 なお、この表面粗さとは、詳細には、算術平均粗さ(Ra)である。
(固体除去手段)
 固体除去手段40は、濃縮液中に含まれる固体(析出した不揮発性成分等)を濃縮液から除去する手段である。この固体除去手段40は、後記するポンプに固体が流入するのを防止するという役割を果たす。
 固体除去手段40は、液体から固体を分離できる機器であれば特に限定されず、例えば、バケットストレーナー、ろ過フィルター、液体サイクロン、遠心沈降装置、静置沈降装置等を適用することができる。
 なお、固体除去手段40は、図1では、不揮発性成分が析出する可能性の高い第2気液分離容器21と第2蒸発器22との間に設けているが、第1気液分離容器11と第1蒸発器12との間に設けてもよい。
<ポンプ>
 ポンプP1は、第1気液分離容器11から第1蒸発器12に配管t2、t3を介して濃縮液を送液するとともに、第1気液分離容器11から第2気液分離容器21に配管t2、t5を介して濃縮液を送液する。
 ポンプP2は、第2気液分離容器21から第2蒸発器22に配管t6、t7を介して濃縮液を送液するとともに、第2気液分離容器21から外部に配管t6、t11を介して濃縮液を送液する。
 なお、ポンプは、液体を送液可能な構成のものであれば特に限定されず、公知のポンプを適用することができる。また、ポンプの設置箇所は、各部材間において適切に濃縮液を送液可能であれば、図1の設置箇所に限定されず、さらに、ポンプの設置数を適宜増減させてもよい。
<バルブ>
 バルブV1は、外部から第1気液分離容器11に配管t1を介して供給される被処理液L1の流量を調整する。
 バルブV2は、第1気液分離容器11から第1蒸発器12に配管t2、t3を介して供給される濃縮液の流量を調整する。
 バルブV3は、第1気液分離容器11から第2気液分離容器21に配管t2、t5を介して供給される濃縮液の流量を調整する。
 バルブV4は、第2気液分離容器21から第2蒸発器22に配管t6、t7を介して供給される濃縮液の流量を調整する。
 バルブV5は、第2気液分離容器21から外部に配管t6、t11を介して排出される濃縮液の流量を調整する。
 なお、バルブは、開閉のレベル(流路が開いている・閉まっている度合い)の調整等によって、液体の流量を調整可能な構成のものであれば特に限定されず、公知のバルブを適用することができる。また、バルブの設置箇所は、各部材間において適切に濃縮液の流量を調整可能であれば、図1の設置箇所に限定されず、さらに、バルブの設置数を適宜増減させてもよい。
<計器>
 溶液処理装置1Aは、前記した液面計S1、S2、温度計T1、T2以外に、各配管内の溶液(被処理液、濃縮液)の流量を測定する流量計F1、F2、F3、F4を備える。
 これらの計器は、所望の情報を入手できる構成のものであれば特に限定されず、公知の計器を適用することができる。
<制御手段>
 制御手段30は、各計器からデータを読み出し、当該データに基づいて、バルブ等を制御する手段である。そして、制御手段30には、制御の基準とするデータを記憶する記憶部(図示せず)が備えられている。
 なお、制御手段30による制御方法は後に詳述する。
 制御手段30は、CPU(Central Processing Unit)によるプログラムの実行処理や、専用回路等によって実現される。また、制御手段30に備えられる記憶部は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ等の一般的な記憶装置で構成することができる。
 次に、本実施形態に係る溶液処理装置の処理の対象となる被処理液について説明する。
≪被処理液≫
 被処理液L1は、有機溶媒と不揮発性成分とを含む溶液である。
 そして、被処理液L1は、例えば、液晶基板や半導体集積回路を製造する際のフォトリソグラフィ工程において発生するフォトレジストと称される樹脂(不揮発性成分)を含んだ剥離液が挙げられる。
 被処理液L1の有機溶媒としては、例えば、モノエタノールアミン、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられるがこれに限定されるものではない。
 被処理液L1の不揮発性成分としては、例えば、前記したフォトレジストなどの樹脂(感光性樹脂材料)が挙げられ、具体的には、ノボラック樹脂を想定しているがこれらに限定されるものではない。
 なお、被処理液L1に含まれる不揮発性成分(樹脂)の含有量は、適切に分離処理を実施するという観点から、0.1~5.0質量%であるのが好ましい。
 そして、被処理液L1の「不揮発性成分」とは、溶液処理装置の運転時において揮発しない成分、詳細には、溶液処理装置の蒸発器(第1蒸発器12及び第2蒸発器22)の運転時の圧力における沸点が当該蒸発器の加熱温度よりも高い成分である。よって、不揮発性成分としては、前記した樹脂以外にも、液晶基板や半導体集積回路の製造時に発生する無機物粒子等の懸濁物質、さらには、被処理液L1に溶解した高沸点成分(例えば、腐食防止剤や防食剤に含まれるソルビトールなどの成分)を挙げることができる。
 なお、被処理液L1に含まれる全ての不揮発性成分の含有量(総量)は、適切に分離処理を実施するという観点から、0.1~5.0質量%であるのがより好ましい。
 被処理液L1に不揮発性成分として樹脂だけでなく懸濁物質を含む場合、析出した樹脂が懸濁物質を凝集させる結果、第2蒸発器22等において析出する物質(適宜「析出成分」という)のサイズや量を増大させる傾向がある。しかしながら、このような場合であろうと、本発明によると、析出成分が第2蒸発器22の接液箇所に付着するのを抑制し、適切に濃縮液を加熱し所望の効果(優れた処理効率)を得ることができる。
 なお、被処理液L1には、前記した有機溶媒、不揮発性成分以外にも、水が含まれていてもよい。
 次に、本実施形態に係る溶液処理方法について、図1を参照して説明する。なお、前記した本実施形態に係る溶液処理装置の動作も併せて説明する。
≪本実施形態に係る溶液処理方法≫
 本実施形態に係る溶液処理方法は、第1気液分離工程と、第2気液分離工程と、を含む。
 以下、各工程を説明する。
<第1気液分離工程>
 第1気液分離工程とは、被処理液L1を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる工程である。
 詳細には、第1気液分離工程では、第1気液分離容器11から缶出され、配管t2、t3を介して供給される濃縮液を、第1蒸発器12によって加熱し蒸発させる。そして、第1蒸発器12において発生させた蒸気G1と加熱された濃縮液とを配管t4を介して第1気液分離容器11に供給する。そして、第1気液分離容器11の気液分離器13によって気液分離された蒸気を容器の頂部から留出させ、配管t10を介して留出蒸気G4として外部に送出する。一方、第1気液分離容器11の気液分離器13によって凝縮され流下する濃縮液を容器の底部に所定量保持するとともに、底部から所定の流量で缶出させる。そして、この缶出させた濃縮液が第1蒸発器12および第2気液分離容器21に供給されることとなる。
 そして、この第1気液分離工程では、被処理液に含まれる不揮発性成分が析出しないように第1気液分離手段10を制御する。
 具体的な第1気液分離工程での制御の内容について以下に例示するが、以下の内容に限定されない。
 まず、事前に、実機での条件を模した条件下において、対象となる被処理液L1を用いて蒸発濃縮試験を実施し、不揮発性成分の析出が始まる留出率(適宜「第1留出率」という)と濃縮液の温度(適宜「第1濃縮液温度」という)とを検査し、得られた第1留出率と第1濃縮液温度とを制御手段30の記憶部に記憶させる。
 なお、事前の蒸発濃縮試験で不揮発性成分の析出する留出率が83%であった場合、当該数値よりも若干小さい値(例えば80%)を「第1留出率」に設定してもよく、不揮発性成分の析出する濃縮液温度が97.7℃であった場合、当該数値よりも若干小さい値(例えば97℃)を「第1濃縮液温度」に設定してもよい。
 第1気液分離工程では、流量計F1の被処理液L1の流量データ、流量計F2の濃縮液の流量データを制御手段30が読み出す。そして、制御手段30が、これらのデータに基づいて第1気液分離手段10の留出率を算出し、記憶部に記憶されている第1留出率と比較する。留出率が第1留出率以上となる場合は、バルブV1の開度のレベル(流路が開いている度合い)を大きくするという制御、バルブV3の開度のレベルを大きくするという制御のうちの少なくとも1つの制御を制御手段30が実施する。一方、算出された留出率が低過ぎる場合は、制御手段30が、前記の制御とは逆の制御を実施すればよい。
 また、第1気液分離工程では、温度計T1の温度データを制御手段30が読み出す。そして、制御手段30が、読み出した濃縮液の温度と記憶部に記憶されている第1濃縮液温度とを比較する。濃縮液の温度が第1濃縮液温度以上となる場合は、第1蒸発器12の加熱温度を低くする(熱媒体Hの温度を低下する、熱媒体Hの流量を減少する)という制御、バルブV1の開度のレベルを大きくするという制御、バルブV3の開度のレベルを大きくするという制御のうちの少なくとも1つの制御を制御手段30が実施する。一方、濃縮液の温度が低過ぎる場合は、制御手段30が、前記の制御とは逆の制御を実施すればよい。
 なお、制御手段30による制御(データの読み出し、比較、バルブ等の制御)のタイミングは、適宜、所定間隔または連続的に実施するという設定とすればよく、さらには、定常状態になった後に当該タイミングの間隔を広める(または、制御を停止する)といった設定であってもよい。この点については、以下の制御においても同様である。
 第1気液分離工程において、第1気液分離容器11での濃縮液の保持量を所定範囲内とする観点から、次のような制御を実施してもよい。
 第1気液分離工程では、液面計S1の液面データを制御手段30が読み出す。そして、制御手段30が、このデータに基づいて第1気液分離容器11に保持されている濃縮液の量を算出し、記憶部に記憶されている所定の量(上限量、下限量)と比較する。算出した濃縮液の量が上限量に達した場合、バルブV3の開度のレベルを大きくするという制御、バルブV1の開度のレベルを小さくするという制御のうちの少なくとも1つの制御を制御手段30が実施する。また、算出した濃縮液の量が下限量に達した場合、前記の制御とは逆の制御を実施すればよい。
 第1気液分離工程における前記した「留出率」とは、例えば、被処理液L1が1000kg/hで第1気液分離容器11に供給され、濃縮液が配管t5を介して200kg/hで第2気液分離容器21に供給されていた場合、80%(=(1000-200)/1000×100)と算出することができる。つまり、第1気液分離工程(第1気液分離手段10)の留出率は、流量計F1と流量計F2の流量データに基づいて算出することができる。
 また、前記した「不揮発性成分の析出」という状態とは、被処理液L1が加熱されることによって析出した不揮発性成分が蒸発器や配管等の壁面に付着している状態である。言い換えると、蒸発器(第1蒸発器12、蒸発濃縮試験で使用する蒸発器)に不揮発性成分が析出し付着することによって、本来の蒸発器が示す総括伝熱係数(不揮発性成分が付着しておらず伝熱効率が全く低下していない状態の蒸発器の総括伝熱係数)から当該係数が10%以上低下した状態である。なお、蒸発器の性能を示す係数である総括伝熱係数Uは、「Q(交換熱量:kcal/hr)=U(総括伝熱係数:kcal/mhr℃)×A(伝熱面積:m)×ΔT(被加熱媒体と熱媒体との平均温度差:℃)」の式から算出することができる。
<第2気液分離工程>
 第2気液分離工程とは、第1気液分離工程で缶出された濃縮液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる工程である。
 詳細には、第2気液分離工程では、第2気液分離容器21から缶出され、配管t6、t7を介して供給される濃縮液を、第2蒸発器22によって加熱し蒸発させる。そして、第2蒸発器22において発生させた蒸気G2を配管t8を介して第2気液分離容器21に供給する。そして、この蒸気を第2気液分離容器21の頂部から蒸気G3として留出させ、配管t9を介して第1気液分離容器11に供給する。
 そして、第2気液分離工程では、保持する濃縮液の温度が、留出率の上昇が停滞するような所定の温度以下となるように制御する。
 具体的な第2気液分離工程での制御の内容について以下に例示するが、以下の内容に限定されない。
 まず、事前に、実機での条件を模した条件下において、対象となる被処理液L1を用いて蒸発濃縮試験を実施し、留出率の上昇が停滞する温度(適宜「限界濃縮液温度」という)を検査し、得られた限界濃縮液温度を制御手段30の記憶部に記憶させる。
 なお、事前の蒸発濃縮試験で留出率の上昇が停滞する温度が99.4℃であった場合、当該数値よりも若干小さい値(例えば99℃)を「限界濃縮液温度」に設定してもよい。
 第2気液分離工程では、温度計T2の温度データを制御手段30が読み出す。そして、制御手段30が、読み出した濃縮液の温度と記憶部に記憶されている限界濃縮液温度とを比較する。濃縮液の温度が限界濃縮液温度を超える場合は、バルブV5の開度のレベルを大きくするという制御、バルブV3の開度のレベルを大きくするという制御、第2蒸発器22の加熱温度を低くする(熱媒体Hの温度を低下する、熱媒体Hの流量を減少する)という制御のうちの少なくとも1つの制御を制御手段30が実施する。なお、濃縮液の温度が低過ぎる場合は、制御手段30が、前記の制御とは逆の制御を実施すればよい。
 第2気液分離工程において、配管t11から濃縮液L2を外部に排出するにあたり、前記のような制御の下で常に所定量を排出するという構成でもよいが、以下のように、所定のタイミングで排出するという構成であってもよい。
 具体的には、第2気液分離工程において、液面計S2の液面データを制御手段30が読み出す。そして、制御手段30が、このデータに基づいて第2気液分離容器21に保持されている濃縮液の量を算出し、記憶部に記憶されている所定の量(上限量、下限量)と比較する。算出した濃縮液の量が上限量に達したタイミングで、バルブV5を閉→開とする制御を実施し、下限量に達したタイミングで、バルブV5を開→閉とする制御を実施するという構成であってもよい。
 また、第2気液分離工程において、温度計T2の温度データを制御手段30が読み出す。そして、制御手段30が、読み出した濃縮液の温度と記憶部に記憶されている限界濃縮液温度とを比較する。濃縮液の温度が限界濃縮液温度に達したタイミングで、バルブV5を閉→開とする制御を実施する。なお、バルブV5を開→閉とするタイミングは、前記のように、液面計S2の液面データに基づいて算出された濃縮液の量が下限量に達したタイミングとすればよい。
(第2気液分離工程における濃縮液の流速)
 第2気液分離工程において、第2蒸発器22内での濃縮液の流速は、析出した不揮発性成分を堆積させない流速、詳細には、0.5~2.0m/s、好ましくは1m/s以上となるように制御する。
 第2蒸発器22内での濃縮液の速度を所定値以上とすることにより、不揮発性成分が析出したとしても、第2蒸発器2内において析出成分が堆積するのを抑制できることから、接液箇所への析出成分の付着を非常に高いレベルで抑制することができる。
 具体的には、次のような制御を実施する。
 第2気液分離工程では、流量計F3の流量データを制御手段30が読み出す。そして、制御手段30が、読み出した流量データから算出される第2蒸発器22内での濃縮液の流速と記憶部に記憶されている所定の流速(例えば前記した0.5m/s)とを比較する。濃縮液の流速が所定の流速未満となる場合は、ポンプP2の送液のレベルを強くするという制御を制御手段30が実施する。一方、濃縮液の流速が大き過ぎる場合は、制御手段30が、前記の制御とは逆の制御を実施すればよい。
 なお、第2蒸発器22内での濃縮液の流速は、流量計F3の流量データと第2蒸発器22の濃縮液が流れる流通路の断面積から算出することができる。例えば、第2蒸発器22が多管式熱交換器であって濃縮液が複数の管内を流れる場合、各管の内側の断面積を合計して総断面積を算出し、流量データの値(m/s)を当該総断面積(m)で除することで、濃縮液の流速(m/s)を算出することができる。
(第2気液分離工程における濃縮液の流速:沈降速度の算出式に基づく判断)
 流体が層流のとき、粒子の密度ρ(kg/m)、流体の密度ρ(kg/m)、粒子の代表径d(m)、重力加速度g(m/s)、流体粘度η(Pa・s)とした場合、粒子の沈降速度V(m/s)は「V=(ρ-ρ)d ・g/(18η)」で表すことができる。
 この式は、沈降速度を算出する式として公知の式であって、レイノルズ数が6未満の場合に適合する式であるが、特に、対象となる粒子の直径が1mm以下の場合に、よく適合する。
 例えば、配管等での詰まりのトラブルを回避するために、直径が1mmを超える粒子をストレーナーで除外することを想定し、粒子の代表径を1mmと規定した場合、当該粒子の沈降速度は、流体の密度が1000kg/m、粒子の密度が2000kg/m、流体の粘度が0.01Pa・sとすると、約0.05m/sと算出できる。なお、この場合のレイノルズ数は、5.45となり6未満である。
 よって、流体中における粒子の沈降速度(約0.05m/s)を考慮すると、この速度の10倍である流速(0.5m/s以上)で濃縮液を流すことによって、第2蒸発器22内における析出成分の堆積を防止できるとの前記した判断は妥当であることがわかる。
≪作用効果≫
 以上のような本実施形態に係る溶液処理装置および溶液処理方法によれば、次のような作用効果を奏することができる。
 本実施形態に係る溶液処理装置および溶液処理方法は、被処理液に含まれる不揮発性成分が析出しないように制御する第1気液分離手段(第1気液分離工程)と、接液箇所が不揮発性成分に対して耐付着性を呈する第2気液分離手段(第2気液分離工程)と、で気液分離処理を実施する。つまり、本実施形態に係る溶液処理装置および溶液処理方法は、2段階での気液分離処理を実施するだけでなく、第2気液分離手段(第2気液分離工程)において被処理液の不揮発性成分が析出するような高いレベルの条件で蒸発処理を実施しても、析出成分の付着に伴う処理効率の低下を抑制することができる。よって、本実施形態に係る溶液処理装置および溶液処理方法によると、被処理液の不揮発性成分が析出しても、優れた処理効率を発揮することができる。
≪変形例≫
 以上、本実施形態に係る溶液処理装置および溶液処理方法について説明したが、本実施形態はこれに限定されず、例えば、次のように変更できる。
 図1の溶液処理装置1Aでは、第1気液分離容器11と第1蒸発器12とを別体としたが、図2に示す溶液処理装置1Bのように、第1蒸発器102を第1気液分離容器101内に設置することで第1気液分離手段100を一体としてもよい。
 なお、図2に示す第1気液分離手段100は、第1気液分離容器101の底部に保持される濃縮液を加熱できるように、内部を熱媒体Hが流通する伝熱管102(第1蒸発器102)を備える構成となっている。
 前記のとおり、第2蒸発器22は、濃縮液を加熱し蒸発できる機器であれば特に限定されず、図2に示すようなプレート式熱交換器202(第2蒸発器202)であってもよい。
 図1に示す第2気液分離手段20において、不揮発性成分の濃度が高くなることによって、濃縮液が固化し易い状態(または、粘度が高く流れにくい状態)となる可能性が高い。よって、第2気液分離手段20内の濃縮液を固化しないレベル(または、ポンプP2による送液が可能な粘度のレベル)まで加温する加温手段を設けてもよい。
 なお、加温手段は、濃縮液が流通する箇所(詳細には、第2気液分離容器21の濃縮液が保持されている底部、および、配管t6、t7、t11)に対して外部から熱を加える機器であれば特に限定されず、加温箇所を熱媒体に浸すことができる熱溶媒収容タンクやヒーター等が挙げられる。
 図1に示す第2蒸発器22の濃縮液に接する接液箇所が、不揮発性成分に対して耐付着性を呈する場合を説明したが、耐付着性を呈する箇所は、この接液箇所に限定されない。
 例えば、第2気液分離手段20のうちの濃縮液が流通する箇所(詳細には、第2気液分離容器21の濃縮液が保持されている底部、および、配管t6、t7、t11)であって濃縮液に接する内側面についても、耐付着性を呈する構成としてもよい。
 なお、第1蒸発器12内の接液箇所についても耐付着性を呈する構成としてもよいが、加工の費用が発生するとともに、第1蒸発器12における伝熱性が低下し、全体としての処理効率が若干低下してしまうと想定される。
 図1に示す第2気液分離容器21に保持されている濃縮液の量に基づいてバルブV5を制御する構成を説明したが、濃縮液の液面の変化速度(液面が上昇する速度)に基づいてバルブ5を制御するという構成であってもよい。
 例えば、液面計S2の液面データを制御手段30が読み出す。そして、制御手段30が、読み出した液面データから算出される第2蒸発器22内での濃縮液の液面の変化速度と記憶部に記憶されている所定の速度とを比較する。濃縮液の液面の変化速度が所定の速度未満となるタイミングで、バルブV5を閉→開とする制御を実施するという構成であってもよい。
 被処理液L1に含まれる不揮発性成分(フォトレジスト)が、硫黄原子を含む成分、例えば、感光剤である1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル(NQD)系化合物からなるレジスト等である場合、第2気液分離容器21において、以下に示すように「不揮発性成分量」や「粘度」を測定する構成としてもよい。
 第2気液分離容器21の濃縮液に含まれるNQD系化合物(不揮発性成分)の測定は、蛍光X線硫黄分析装置を用いて得られるデータから算出することができる。ここで、硫黄原子は蛍光X線の照射によって、約2.3keVのエネルギーの蛍光X線を放出することから、スペクトルの中から、硫黄原子によるX線量を計測することで、硫黄濃度の定量分析を行うことができる。そして、硫黄濃度の定量分析の結果とあらかじめ作成した検量線とに基づいて、第2気液分離容器21の濃縮液中の「不揮発性成分量」や「粘度」を算出することができる。
 なお、このような測定を行う場合は、第2気液分離容器21の下部に、濃縮液の一部を抜き取り・返送する配管を設けるとともに、当該配管内にT字継手とバルブを設け、当該T字綱手に蛍光X線硫黄分析装置に供給する配管を繋ぐことで、連続的に測定できる構成とすることができる。
 そして、第2気液分離容器21の濃縮液を測定して得られた「不揮発性成分量」や「粘度」に基づいて、バルブV5を制御するという構成(不揮発性成分量が所定量以上となるタイミング、又は、粘度が所定値以上となるタイミングでバルブV5を閉→開)としてもよい。
 次に、本発明の実施例について説明する。
≪実施例1≫
(被処理液)
 水分5質量%、モノエタノールアミン28.2質量%、ジエチレングリコールモノブチルエーテル65.8質量%、不揮発性成分であるフォトレジスト1質量%からなる被処理液を準備した。
(事前試験)
 前記の被処理液を2kPaabsという圧力条件下において蒸発濃縮試験(事前試験)を実施し、留出率、不揮発性成分濃度(留出液中)、濃縮液温度(沸点)を確認した。また、この試験中において不揮発性成分の析出が開始するタイミングを確認するとともに、留出率の上昇が停滞するタイミングを蒸発限界と認定した。
 この事前試験の結果を図3A~Cに示す。
(事前試験:結果)
 事前試験では、留出率が83%で濃縮液温度の上昇が停滞し、このタイミングで不揮発性成分の析出が確認できた。そして、留出率83%での濃縮液温度は97.7℃であった。
 また、留出率は95%で停滞することが確認できた。そして、留出率95%での濃縮液温度は99.4℃であった。
 以上の結果から、本試験での第1気液分離工程における「第1留出率」を80%、「第1濃縮液温度」を97℃に設定し、第2気液分離工程における「限界濃縮液温度」を99℃に設定した。
(本試験:溶液処理装置)
 実施例1の本試験では、図1に示す溶液処理装置1Aを用いた。そして、第2蒸発器22である多管式熱交換器の接液箇所(熱媒体Hにより加熱される管の内壁の伝熱面)は、表面粗さが当初0.7μmであったものを0.1μmまで電解研磨を施した。
(本試験:制御)
 溶液処理装置1Aの制御については、定常状態において、第1気液分離容器11の留出率が「第1留出率」の80%以下、第1気液分離容器11に保持されている濃縮液の温度が「第1濃縮液温度」の97℃以下となるように、第1蒸発器12の加熱温度とバルブV1、V2、V3の開閉のレベルとを設定(制御)した。加えて、第1気液分離容器11に保持されている濃縮液の量が所定量を超えないように監視した。
 また、溶液処理装置1Aの制御については、定常状態において、第2気液分離容器21に保持されている濃縮液の温度が「限界濃縮液温度」の99℃に達したタイミングでバルブV5を開き、所定の液面高さまで濃縮液を抜き出すという制御を実施した。
 そして、第2蒸発器22内での濃縮液の流速が0.5m/sとなるように、ポンプP2の流量を設定した。
(本試験:結果)
 実施例1の本試験によると、最終的な留出率(=留出蒸気G4量/被処理液L1量×100)を95%まで高めることができた。また、有機溶媒の回収率(=留出蒸気G4中の有機溶媒量/被処理液L1中の有機溶媒量×100)は、96%であった。また、外部に排出する濃縮液L2中の不揮発性成分の濃度は20質量%であった。
 そして、実施例1の本試験の処理時間内(約1000時間)において、第2蒸発器22の接液箇所における析出した不揮発性成分の固着は確認できなかった。
 以上の結果から、実施例1に係る溶液処理装置および溶液処理方法によると、優れた処理効率を発揮することができることが確認できた。
≪実施例2≫
 実施例2については、前記した実施例1と異なる点のみを以下に示す。
(本試験:制御)
 溶液処理装置1Aの制御については、第2気液分離容器21に保持されている濃縮液の温度に基づく制御を実施しなかった。その代わりに、第2気液分離容器21に保持されている濃縮液の液面の変化速度(液面の上昇速度)に基づいて、バルブV5の制御を実施した。具体的には、濃縮液の液面の変化速度が顕著に遅くなったタイミングでバルブV5を開き、所定の液面高さまで濃縮液を抜き出した。
(本試験:結果)
 実施例2の本試験によると、最終的な留出率を94%まで高めることができた。また、外部に排出する濃縮液L2中の不揮発性成分の濃度は17質量%であった。
 そして、実施例2の本試験の処理時間内(約1000時間)において、第2蒸発器22の接液箇所における析出した不揮発性成分の固着は確認できなかった。
 以上の結果から、実施例2に係る溶液処理装置および溶液処理方法によると、優れた処理効率を発揮することができることが確認できた。
≪比較例1≫
 比較例1については、前記した実施例1と異なる点のみを以下に示す。
(本試験:溶液処理装置)
 比較例1の第2蒸発器22である多管式熱交換器の接液箇所(熱媒体Hにより加熱される管の内壁の伝熱面)は、表面粗さが当初の0.7μmのままであった。
(本試験:結果)
 比較例1の本試験によると、留出率が85%を超えた時点でポンプP2の圧力が上がり始めたため、装置の運転を停止した。その後、第2蒸発器22である多管式熱交換器の接液箇所(熱媒体Hにより加熱される管の内壁の伝熱面)を確認したところ、析出した不揮発性成分が固着しており、濃縮液が流れなくなっていた。
≪実施例3≫
(被処理液)
 被処理液としては、イソプロピルアルコール-エチルベンゼンの有機溶媒に、半導体集積回路の製造工程で発生する無機粒子(懸濁物質)と樹脂とを含有した溶液を準備した。
 なお、被処理液に含まれる不揮発性成分(無機粒子と樹脂との合計)の濃度は、3質量%であったが、ろ過フィルターを使用して溶解している不揮発性成分(樹脂)を検査したところ、被処理液に含まれる樹脂の濃度は、0.3質量%であることを確認した。
(事前試験)
 前記の被処理液を常圧という圧力条件下において第1蒸発濃縮試験(事前試験)を実施し、留出率、不揮発性成分濃度(留出液中)、濃縮液温度(沸点)を確認した。また、この試験中おいて不揮発性成分の析出が開始するタイミングを確認した。
 また、前記した第1蒸発濃縮試験において留出率60%として得られた濃縮液を用いるとともに、接液箇所がフッ素樹脂でコーティングされた蒸発器を用いて第2蒸発濃縮試験を実施し、濃縮液の流動性が確保できないタイミングを蒸発限界と認定した。
 この第1蒸発濃縮試験の結果を図4A~Cに示す。
(事前試験:結果)
 第1蒸発濃縮試験では、留出率が64%のタイミングで不揮発性成分の析出が確認できた。そして、留出率が64%のタイミングでの濃縮液温度は91.7℃であった。
 また、第2蒸発濃縮試験では、濃縮液の粘度が0.3Pa・sを超えると流動性が悪化し、配管摩擦等の圧力損失上昇によってポンプの能力や配管のサイズで特定される所定条件下での流動性が確保できなくなるが、濃縮液の不揮発性成分濃度が23質量%以下であれば一定以上の流動性が確保できることが確認できた。そして、濃縮液の不揮発性成分濃度が23質量%のときの留出率は85%であった。
 以上の結果から、本試験での第1気液分離工程における「第1留出率」を60%、「第1濃縮液温度」を90℃に設定した。また、本試験での第2気液分離工程における「限界濃縮液温度」を濃縮液の粘度が0.3Pa・sとなる温度である100℃に設定した。
(本試験:溶液処理装置)
 実施例3の本試験では、図2に示す溶液処理装置1Bを用いた。そして、第2蒸発器202であるプレート式熱交換器の接液箇所(熱媒体Hにより加熱されるプレートの内壁の伝熱面)には、厚さが20μmのフッ素樹脂層を被覆した。
(本試験:制御)
 溶液処理装置1Bの制御については、定常状態において、第1気液分離容器101の留出率が「第1留出率」の60%以下、第1気液分離容器101に保持されている濃縮液の温度が「第1濃縮液温度」の90℃以下となるように、第1蒸発器102の加熱温度とバルブV1、V2、V3の開閉のレベルとを設定(制御)した。加えて、第1気液分離容器11に保持されている濃縮液の量が所定量を超えないように監視した。
 また、溶液処理装置1Bの制御については、定常状態において、第2気液分離容器201に保持されている濃縮液の温度が「限界濃縮温度」の100℃以下となるように各バルブの開閉レベルを設定(制御)した。
 そして、第2蒸発器202内での濃縮液の流速が0.5m/sとなるように、ポンプP12の流量を設定(制御)した。
(本試験:結果)
 実施例3の本試験によると、留出率を85%まで高めることができた。
 そして、実施例3の本試験の処理時間内(約2000時間)において、第2蒸発器202の接液箇所における析出した不揮発性成分の固着が僅かに確認できたものの、処理能力が低下することなく試験を終了することができた。
 以上の結果から、実施例3に係る溶液処理装置および溶液処理方法によると、優れた処理効率を発揮することができることが確認できた。
≪比較例2≫
 比較例2については、前記した実施例3と異なる点のみを以下に示す。
(本試験:制御)
 第2蒸発器202内での濃縮液の流速が0.1m/sとなるように、ポンプP12の流量を設定(制御)した。
(本試験:結果)
 比較例2の本試験によると、ポンプP12の圧力が徐々に上昇してしまったため、装置の運転を停止した。装置の停止後、第2蒸発器202を確認したところ、プレート式熱交換器202の溶液供給側から最も離れた接液箇所において、析出成分は付着していないものの堆積することによって流路の一部が塞がれていたことが確認できた。
 なお、比較例2で使用した被処理液は、粘度や密度は低いものの、懸濁物質(平均粒子径0.18μm)を含んでいたことにより、加熱途中で析出した樹脂が懸濁物質を同士を凝集させ、凝集した懸濁物質が沈降し堆積してしまったものと想定される。
 1A、1B   溶液処理装置
 10、100  第1気液分離手段
 11、101  第1気液分離容器
 12、102  第1蒸発器
 13、103  気液分離器
 20、200  第2気液分離手段
 21、201  第2気液分離容器
 22、202  第2蒸発器
 30、300  制御手段
 40      固体除去手段
 L1      被処理液
 L2      濃縮液
 G4      留出蒸気
 F       流量計
 S       液面計
 T       温度計
 V       バルブ
 t       配管

Claims (10)

  1.  有機溶媒と不揮発性成分とを含む被処理液から、留出蒸気として有機溶媒を分離する溶液処理装置であって、
     被処理液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第1気液分離手段と、
     前記第1気液分離手段から缶出する濃縮液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第2気液分離手段と、
     前記第1気液分離手段において被処理液に含まれる不揮発性成分が析出しないように、前記第1気液分離手段を制御する制御手段と、を備え、
     前記第2気液分離手段の濃縮液を加熱する箇所であるとともに濃縮液に接する接液箇所が、不揮発性成分に対して耐付着性を呈することを特徴とする溶液処理装置。
  2.  前記第2気液分離手段の内部の濃縮液を所定の流速で送液するポンプを備え、
     前記制御手段は、前記所定の流速が、析出した不揮発性成分を堆積させない流速となるように前記ポンプを制御することを特徴とする請求項1に記載の溶液処理装置。
  3.  前記制御手段は、被処理液に含まれる不揮発性成分の析出が始まる留出率よりも低い留出率となるように前記第1気液分離手段の留出率を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の溶液処理装置。
  4.  前記制御手段は、前記第2気液分離手段に保持されている濃縮液の液温が所定の温度に達したタイミング、および、前記第2気液分離手段に保持されている濃縮液の量が所定の量に達したタイミング、の少なくとも1つを満たしたタイミングで、前記第2気液分離手段に保持されている濃縮液が所定量となるまで濃縮液を缶出させるように制御することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の溶液処理装置。
  5.  前記接液箇所は、耐付着性材料により被覆された状態、または、表面粗さが1μm以下の状態であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の溶液処理装置。
  6.  有機溶媒と不揮発性成分とを含む被処理液から、留出蒸気として有機溶媒を分離する溶液処理方法であって、
     被処理液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第1気液分離工程と、
     前記第1気液分離工程で缶出された濃縮液を加熱し、蒸気を留出させるとともに、保持する濃縮液の一部を缶出させる第2気液分離工程と、を含み、
     前記第1気液分離工程において、被処理液に含まれる不揮発性成分が析出しないように制御し、
     前記第2気液分離工程において、濃縮液を加熱する箇所であるとともに濃縮液に接する接液箇所が、不揮発性成分に対して耐付着性を呈することを特徴とする溶液処理方法。
  7.  前記第2気液分離工程において、濃縮液の流速を、析出した不揮発性成分を堆積させない流速とすることを特徴とする請求項6に記載の溶液処理方法。
  8.  前記第1気液分離工程における留出率を、被処理液に含まれる不揮発性成分の析出が始まる留出率よりも低い留出率とすることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の溶液処理方法。
  9.  前記第2気液分離工程において、保持されている濃縮液の液温が所定の温度に達したタイミング、および、保持されている濃縮液の量が所定の量に達したタイミング、の少なくとも1つを満たしたタイミングで、保持されている濃縮液が所定量となるまで濃縮液を缶出させることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の溶液処理方法。
  10.  前記接液箇所は、耐付着性材料により被覆された状態、または、表面粗さが1μm以下の状態であることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の溶液処理方法。
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