wet-scrubber洗涤塔

操作績效自我評估管理制度手冊酸鹼性氣體洗滌塔撰稿者：白曛綾教授陳建志補助單位：科學工業園區管理局執行單位：國立交通大學環境工程研究所中華民國九十二年十二月第二版I目錄1.1洗滌塔基本原理.............................................................................31.2洗滌塔之常見問題說明及改善對策............................................112.3洗滌塔之操作維護紀錄項目.......................................................151.4洗滌塔之操作績效自我評估.......................................................20附件一洗滌塔填充物資料附件二操作效能自我評估管理記錄表II圖目錄圖1填充式洗滌塔之構造[2]..................................................................4圖2在溫度為20℃，壓力為1atm下HCl之去除效率對τa變化圖..........................................................................................................10圖3在溫度為20℃，壓力為1atm下HF之去除效率對τa變化圖10圖4循環水槽pH值管制圖................................................................23表目錄表1酸、鹼性氣體處理設備比較表[3].................................................5表2HCl、HF、NH3之KGa值[4]........................................................9表3洗滌塔常見問題說明及改善對策整理表....................................14表4污染防制設備建議檢測及紀錄項目............................................18表5洗滌塔操作維護紀錄項目填寫範例............................................19表6洗滌循環水槽pH值紀錄表填寫範例.....錯誤!尚未定義書籤。3本手冊收錄園區內常見使用之防制設備−酸鹼性氣體洗滌塔之操作效能自我評估管理制度（含日常操作維護紀錄項目），藉由實務操作經驗使自我評估管理制度更趨完善，並使工廠更能兼具操作績效且達到自我管理之目的，以下敘述其內容。1.1洗滌塔基本原理目前對於無機酸鹼性氣體之處理方法主要以吸收法為主，其原理為藉由氣液兩相接觸之氣體吸收程序，將氣體中之溶質吸收輸送至液體內部，常見之吸收洗滌裝置有：噴淋塔(sparycolumn)、板式吸收塔(plateabsorptiontower)及填充塔(packedtower)等[1]，所用之裝置，必須能使氣體與液體充分接觸，以提高吸收效率。其中又以填充塔為各種氣體吸收洗滌塔中最被廣泛使用，而園區內半導體及光電業廠家，也多以使用濕式洗滌塔來作為處理酸性及鹼性氣體之防制設施。表1.1即為酸、鹼性氣體處理設備比較表。濕式洗滌塔可處理廢氣中之粒狀物，同時亦可去除廢氣中所含之氣態污染物，而對某些氣態污染物而言，可以生產或回收有用之化學物質，且可緩衝污染物之突增負荷，繼續維持高效率操作。其噴出洗滌液之反應，舉例說明如下：（中和）水解）：為例（中和）水解）：為例毒性氣體為例鹼氣：為例酸氣OHNaClNaClONaOHHClHClOHClHClOOHClClOHSiONaNaOHSiOHSiOOHSiHSiHHSONHSOHNHNHOHNaFNaOHHFHF2222232222244444233222()(2(42)()()(4填充式洗滌塔之構造如圖1所示，塔中通常填充著比表面積甚大之填料物(packing)，其目的乃欲使氣體與液體間具有充分接觸之機會。操作時，氣體混合由塔底進入，液體吸收劑則自塔頂由一分佈圖1填充式洗滌塔之構造[2]5表1酸、鹼性氣體處理設備比較表[3]設備名稱設備特點交叉流式洗滌塔(CrossFlowScrubber)1.設備內外表面有最大之抗腐蝕性，以確保使用壽命減少維修成本。2.洗滌塔底部的循環水槽，提供有2至5分鐘之循環水量。3.洗滌液可循環使用，亦可設計為批次操作或連續式自動操作，洗滌液分佈設計中採用低壓較大水量之噴嘴，發揮最之均勻流率，達到最高之洗滌效率。濕式洗滌塔(WetScrubber)1.去除效率高，以同時處理氣狀與粒狀污染物。2.設置費用較低。3.可冷卻高溫氣體，但易造成設備腐蝕問題。4.易造成二次污染問題，並增加排煙之不透光率。5.對粒狀物粒徑介於.1μm及1.0μm之去除效率較低。橫臥式洗滌塔(Dia-TtypeScrubber)1.由於採橫臥式，故塔身較低，可置於建築物項樓或室內、高度受限之區域。2.設備功能彈性大，可為單段或多段式藥液吸收層設計。3.去除效率佳，操作維護容易。WetCycloneScrubber1.對於mist及dust的去除效率較噴霧式為佳。2.較低的能源需求。3.使用高壓噴嘴，產生極小的液滴，能增進處理效率。VenturiScrubber1.對微粒的去除效率可達80至90%。2.pressuredrop易於調整。3.欲達更高的去除率，可以使多組串連。PackedBedScrubber1.流量範圍為100至105acfm。2.高去除效率與填充塔高度、流率及使用之液體組成有關。3.能同時提供各種不同的洗滌。4.多床式的填充塔能同時去除多種的氣體污染物。6器噴淋而下，然後在其流經填料的途中，與逆流而上之氣體接觸，並吸收氣相中之溶質，遂成一溶液自塔底流出。一般而言填料在使用時，其堆置的方式常可成兩大類[2]：1.任意堆置(dumpedpacking)之填料、2.整齊堆置(stackedpacking)之填料。而園區廠家多半使用價廉質輕之塑膠材質填料，並以任意堆置方式填充。一般在設計洗滌塔時亦須考慮幾個部份[1]：(1)尺寸：為使氣體速度均勻一致，並在可能發生迴流之處設置分調節板。(2)噴嘴的選擇：一般洗滌液為循環使用，故高壓噴嘴式的洗滌塔對於所使用的液體要求最嚴格。(3)液體處理設備：為防止洗滌液造成環境污染問題，因此經常循環使用洗滌液以減少廢水量，但也因此增加了污染物的濃度，另外選擇不同的洗滌液可同時處理不同的氣體。由於洗滌廢液具有腐蝕性，故亦需使用防蝕性材質。(4)潤濕因子：填充式洗滌塔為一利用洗滌液體與氣狀污染物之氣液接觸，進而吸收處理污染物之設備。因此，為了使液體能夠均勻分佈在填充物上，已增加氣體與液體完全接觸之面積。所以，洗滌液體的澆注量需符合最小潤濕因子(Minimum-WettingFactor：MWF)值的要求，其計算公式和規範中所規定的值如下：MWF=VL/a0.1m2/hrMWF=VL/a=0.1m2/hr×1/3600hr/sec=2.78×10-5m2/sec其中VL=液體空塔流速；a=填充物比表面積7即當填充物之a=95m2/m3，其所需之最小VL=2.64×10-3m/s，因此如果已知洗滌塔之截面積，則最小液體流量即可據此評估得。(5)填充物之比表面積：填充物有非常多種，其可選擇之直徑尺寸從30mm到95mm都有。在選擇尺寸時，應以塔徑之1/10至1/8為原則，過大或過小會影響效率[2]。而材質之選擇以惰性、耐酸鹼及便宜為主。填充物之主要功能為：使液體能均勻分佈而增加質傳效率及氣、液體在槽中的均勻接觸。目前，園區內半導體廠商所使用洗滌塔之填充物以Tellerettes、Tripack、VSP及Hacketten為主。尺寸為50至83mm，在此尺寸下各廠牌之比面積大多在92至128m²/m³之間。因此皆符合規定填充物的比面積大於90m²/m³。因為增加比表面積將增加質傳效率，根據填充物廠商所提供之資料來看，質傳效率隨著液體流量而增大，但各廠牌之商品在相同尺寸下卻相差不大，填充物之基本資料如附件一。(6)液氣比：洗滌塔是利用液體將空氣中污染物吸收處理，所以液氣比為一相當重要之操作參數，其對洗滌塔的效率有很大的影響。而由最小潤濕因子(Minimum-WettingFactor：MWF)值的要求，以填充物之a=90m2/m3為例，其所需之最小液體流速VL=2.5×10-3m/s。而當氣體流速(VG)大於2.5m/s時，易導致溢流(flooding)現象之發生。而最佳氣體流速為溢流點(floodingpoint)流速之60%至80%。即VG=1.75m/s，則所需液氣比(LM/GM)為：LM/GM=(VL×A×ρL)/(VG×A×ρG)(1)=(2.5×10-3×A×1000)/(1.75×A×1.17)=1.22其中ρL和ρG為液體和氣體之比重(Kg/m3)、A為塔之截面積。(7)操作參數之評估與設計：根據Perry’sChemicalEngineers’8Handbook[4]：其總傳輸單位數(Numberofoverallmasstransferunit；NOG)，可由氣液平衡關係求出。一般處理如HCl、HF、HNO3、H3PO4、H2SO4和NH3等Henry’sconstant極小之氣體，在利用酸式洗滌塔處理時，其酸氣濃度不高，又因為具化學反應之吸收洗滌。因此，NOG計算公式可簡化如下：NOG=ln(yin/yout)(2)yout/yin＝exp(-NOG)(3)令效率為η%100yy1inout%1001OGNe(4)其中NOG＝ZT/HOG；HOG＝GM/(KG×a),則%1001MGTGaKZe(5)實際上，由於工廠之處理風量無法改變，故操作參數將從填充物高度ZT及填充物比表面積a來著手。指標污染物種為HCl與HF時，由於許多工廠在實際應用上之處理風量Q、填充高度ZT及填充物比表面積a，皆有所差異。因此，我們引進一個變數τa；τa＝τ×a[s-m2/m3](6)τ＝滯留時間[sec]9a＝填充物比表面積[m2/m3]則在T＝20℃，P＝1atm下%10010234.0GaKe(7)所以，對於酸性氣體洗滌塔而言，只要知道欲處理之物種，總氣膜傳輸係數KG可由可由Perry’sChemicalEngineers’Handbook[8]得知，在操作條件為：38mmceramicIntaloxsaddles、P=1atm、T=16-24℃時，HCl、HF與NH3之KGa值如表2所示，在代入處理效率後即可得τa值。(8)填充高度之設計：其中KG＝KGa/a可由表2求得。而決定比表面積後可得填充塔滯留時間τ，再由ZT＝τ×VG(8)其中ZT即為為填充物之填充高度。表2HCl、HF、NH3之KGa值[4]GasphasereactantLiquid-phasereactantKGa(kmol/h-m)KGa(mol/s-m3)HClH2O35398.05HFH2O15242.22NH3H2O33793.61因此只要改變τa值，即可代入效率預測公式(7)，圖2及圖3即為預測之結果。105060708090100306090120150180210τa(s-m2/m3)去除效率（％）圖2在溫度為20℃，壓力為1atm下HCl之去除效率對τa變化圖3040506070809010050100150200250τa(s-m2/m3)去除效率（％）圖3在溫度為20℃，壓力為1atm下HF之去除效率對τa變化圖111.2洗滌塔之常見問題說明及改善對策濕