分离装置的制作方法

本发明涉及一种分离装置，且特别涉及一种可分离出多种沸点物质的分离装置。

背景技术：

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)废气通常含有许多成分不同的有机溶剂。目前业界处理VOCs不外乎吸附、直接冷凝，或是燃烧等方式。然而，此些方式可获得的溶剂回收率较低且成本较高。

因此，亟需提出一种新的可回收溶剂的技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可由挥发性有机废气中回收溶剂的技术。根据本发明的一实施例，提出一种分离装置。分离装置包括一分壁式蒸馏塔、一第一加热器、一第二加热器、一第一泵、一第一冷凝器、一第二泵、一第三泵、一第五泵及一第二冷凝器。分壁式蒸馏塔，包括一填充床、一第一入口及一分隔板，分隔板将分壁式蒸馏塔的内部区分成一第一空间、一第二空间及第三空间，第一入口连接第一空间且位于填充床的下方并用以接受一混合液体，混合液体包含一高沸点物质、一中沸点物质及一低沸点物。第一加热器提供热量给第一空间。第二加热器提供热量给第二空间。第一泵连接于分壁式蒸馏塔且用以抽出第二空间内的呈汽态的中沸点物质。第一冷凝器连接于第一泵，且用以冷凝由第一泵抽出的中沸点物质。第二泵连接于第一空间的一第一底部，以抽出第一空间内的呈液态的高沸点物质。第三泵连接于第二空间的一第二底部，以抽出第二空间内的呈液态的中沸点物质以及部分高沸点物质。第二冷凝器连接于分壁式蒸馏塔且用以冷凝从第三空间排出的呈汽态的低沸点物质，第五泵连接于第二冷凝器，且用以抽出第二冷凝器冷凝后的呈液态的低沸点物质。

根据本发明的另一实施例，提出一种分离装置包括一第一入口、一第一蒸 馏塔、一第二蒸馏塔)、一第一加热器、一第二加热器、一第一泵、一第一冷凝器、一第二泵、一第三泵、一第四泵、一第二冷凝器、一第一储存槽及一第五泵。第一蒸馏塔，包括一第二入口，第二入口用以接受一废气，废气包含一高沸点物质、一中沸点物质及一低沸点物质。第一加热器提供热量给第二蒸馏塔的第一空间，第二加热器提供热量给第二蒸馏塔的第二空间。第一泵连接于第二蒸馏塔，且用以抽出第二蒸馏塔内的呈汽态的中沸点物质。第一冷凝器用以冷凝由第一泵抽出的中沸点物质。第二泵连接于第二蒸馏塔的第一底部，以抽出第一底部内的呈液态的高沸点物质。第三泵连接于第二蒸馏塔的第二底部，以抽出第二底部内的呈液态的中沸点物质以及部分高沸点物质。第四泵连接第一蒸馏塔与第二蒸馏塔，且用以抽出第一蒸馏塔的底部内的废气的浓缩液，并输送至第二蒸馏塔的第一入口。第二冷凝器连接第一蒸馏塔，且用以将从第一蒸馏塔的一顶部排出的废气冷凝成一储存液。第一储存槽用以储存储存液。第五泵连接第一蒸馏塔与第一储存槽，且用以将储存液自第一储存槽内抽出并输送至第一蒸馏塔的顶部。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1绘示依照本发明一实施例的分离装置的示意图；

图2绘示依照本发明另一实施例的分离装置的示意图；

图3绘示依照本发明另一实施例的分离装置的示意图；

图4绘示依照本发明另一实施例的分离装置的示意图；

图5绘示依照本发明另一实施例的分离装置的示意图；

图6绘示依照本发明另一实施例的分离装置的示意图；

图7绘示依照本发明另一实施例的分离装置的示意图。

其中，附图标记

100、200、300、400、500、600、700：分离装置

110：分壁式蒸馏塔或第二蒸馏塔

111：填充床

110a1：第一入口

112：分隔板

113、212：顶部

120：第一加热器

125：第一泵

130：第二泵

135：第一冷凝器

140：第二冷凝器

145：第五泵

150：第二加热器

160：第三泵

210：第一蒸馏塔

210a：第二入口

211：底部

220：第四泵

230：第一储存槽

250：第一调节阀

260：第二调节阀

270：连接管路

510：第三冷凝器

520：第二储存槽

530：第六泵

a’：入口

G1：高温废气

G2：低温废气

G3：净化废气

g1：高沸点物质

g2：中沸点物质

g21：中沸点液体

g22：中沸点汽体

g3：低沸点物质

L1：浓缩液

L2：储存液

L3：混合液体

P1：第一空间

P11：第一底部

P2：第二空间

P21：第二底部

P3：第三空间

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

图1绘示依照本发明一实施例的分离装置100示意图。分离装置100例如是一液体处理设备。

分离装置100包括分壁式蒸馏塔110、第一加热器120、第一泵125、第二泵130、第一冷凝器135、第二冷凝器140、第二加热器150、第三泵160及第五泵145。此些元件的二者之间可由实体管路连接，以传输之间的流体。

分壁式蒸馏塔110包括至少一填充床111、第一入口110a1及分隔板112。分隔板112将分壁式蒸馏塔110的内部区分成第一空间P1、第二空间P2及第三空间P3，其中第一空间P1及第二空间P2位于分壁式蒸馏塔110的下部，而第三空间P3位于分壁式蒸馏塔110的上部。

第一入口110a1连接第一空间P1并用以接受一混合液体L3，如混合液相物流。第一入口110a1位于填充床111的下方。相较于把第一入口110a1位于填充床111的上方，由于本实施例的第一入口110a1位于填充床111的下方，因此可避免混合液体L3中含有易聚合物质或是微颗粒杂质阻塞填充床111。进一步地说，当填充床111为多孔性材料时，由于本实施例的第一入口110a1位于填充床111的下方，因此可避免混合液体L3中含有易聚合物质或是微颗粒阻塞填充床111的孔洞。

通过本发明实施例的分离装置100，可将混合液体L3内有机挥发物的不同沸点的组成分别分离出来。以下将说明如何将混合液体L3内有机挥发物的不同沸点的组成分别分离出来。在本实施例中，混合液体L3例如是包含多种 不同沸点的物质，如高沸点物质g1、中沸点物质g2及低沸点物质g3。

第一加热器120可提供热量给第一空间P1。例如，第一加热器120从分壁式蒸馏塔110的填充床111的下方处提供热量给第一空间P1。第二泵130连接第一空间P1的第一底部P11，以抽出位于第一空间P1内的呈液态的高沸点物质g1。

此外，第一加热器120的加热温度可高于中沸点物质g2的沸点，使中沸点物质g2及低沸点物质g3可蒸发成汽态，而往上分布于部分第一空间P1、第二空间P2及第三空间P3。呈汽态的低沸点物质g3可从分壁式蒸馏塔110的顶部113往外排出。第二冷凝器140可冷凝从第三空间P3排出的呈汽态的低沸点物质g3。

第二加热器150可提供热量给第二空间P2，以确保低沸点物质g3得以保持汽态而往上至第三空间P3，最后从分壁式蒸馏塔110的顶部113往外排出。

第三泵160连接第二空间P2的第二底部P21，以抽出第二空间P2内的中沸点物质g2以及部分高沸点物质g1。第一泵125可抽出第二空间P2内的中沸点汽体g22，而第一冷凝器135可冷凝抽出后的中沸点汽体g22。冷凝后的中沸点汽体g22可回收再利用。进一步地说，当混合液体L3含有金属离子时，金属离子通常会存在于液体，而不存在于汽体，因此冷凝后的中沸点汽体g22可回收再利用于对于金属离子规格要求较高的产业。在一实施例中，中沸点汽体g22的纯度可高于99.5wt％。

图2绘示依照本发明另一实施例的分离装置200示意图。分离装置200例如是废气处理设备，其可处理高温废气，并且回收废气中的有机溶剂。

分离装置200包括第一蒸馏塔210、第一入口110a1、第一加热器120、第二加热器150、第二泵130、第二冷凝器140、第三泵160、第二蒸馏塔110、第四泵220、第一储存槽230、第五泵145、第一调节阀250、第二调节阀260及连接管路270，其中的第二蒸馏塔例如是上述分壁式蒸馏塔110。此外，此些元件的二者之间可由实体管路连接，以传输之间的流体。

第一蒸馏塔210包括第二入口210a，第二入口210a可接受高温废气G1。

高温废气G1例如是VOCs。在一实施例中，高温废气G1可包含多种不同沸点的物质，如高沸点物质g1、中沸点物质g2及低沸点物质g3。在一实施例中，高沸点物质g1及中沸点物质g2例如是有机挥发物，而低沸点物质g3例 如是空气。一实施例中，高温废气G1包含有机挥发物(如高沸点物质g1及中沸点物质g2)，其中有机挥发物例如是选自于由二甲基乙酰胺、醋酸、N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl-2-pyrrolidone)、二甲基甲酰胺、丙二醇甲醚醋酸酯(Propylene Glycol Mono-methyl Ether Acetate,PGMEA)、二甲基亚砜、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、二乙二醇一丁基醚(diethylene glycol monobutyl ether；BDG,)、乙醇胺(Monoethanolamine)、松香醇(Terpineol)及醇酯十二(Texanol)所组成的群组。

在一些工艺中，如聚合物膜(Polyimide Film)工艺、锂离子电池工艺、弹性纤维(Spandex)工艺及聚氨酯(Polyurethane,PU)皮工艺，其所排放的废气通常含有高沸点、燃烧易有NOx且高单价的溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMAc)及/或二甲基甲酰胺(DMF)。通过本发明实施例的分离装置200可充分回收此些高单价溶剂，并且净化对外排放的废气。此外，通过本发明实施例的分离装置200，也可充分回收其它溶剂，如醋酸(Acetic acid)、松油醇(Terpineol)、Texanol、二乙二醇丁醚(DBG)、二甲基亚砜(DMSO)及/或单乙醇胺(MEA)。以应用领域来说，本发明实施例的分离装置200可应用于半导体、光电面板、太阳能、燃料电池产业、有机薄膜、纤维业、PU合成皮等领域。

高温废气G1进入第一蒸馏塔210后，于第一蒸馏塔210内與來自第一储存槽230的低溫储存液L2进行气液接触，部份废气G1所含的高沸点物质g1、中沸点物质g2及少量低沸点物质g3冷凝成浓缩液L1后，往下流动至第一蒸馏塔210的底部211，而另一部分未被冷凝的废气其所含的低沸点物质g3與少量的高沸点物质g1、少量的中沸点物质g2形成低溫廢氣G2。低温废气G2往上流动至第一蒸馏塔210的顶部212且往外流动至第二冷凝器140。

就针对位于第一蒸馏塔210的底部211的浓缩液L1的处理方式来说，第四泵220可抽出第一蒸馏塔210的底部211内的浓缩液L1并输出至分壁式蒸馏塔110，让分壁式蒸馏塔110分离出不同沸点的物质。

浓缩液L1可从第一入口110a1进入分壁式蒸馏塔110内部。浓缩液L1的温度例如是介于摄氏30度至250度之间。在本实施例中，第一入口110a1连接第一空间P1且配置于填充床111上方，然在另一实施例中亦可配置于填充床111下方。

浓缩液L1进入分壁式蒸馏塔110内部后，由于第一加热器120的加热温度高于中沸点物质g2的沸点，使浓缩液L1的中沸点物质g2及低沸点物质g3蒸发成汽态，并分布于部分第一空间P1、第二空间P2及第三空间P3。由于第一加热器120的加热温度低于高沸点物质g1，使高沸点物质g1往下流动至第一空间P1的第一底部P11。第二泵130可抽出呈液态的高沸点物质g1。如图2所示，由第二泵130抽出的呈液态的高沸点物质g1可部分排出，而另一部分经过第一加热器120加热后，再回输至分壁式蒸馏塔110内。

如图2所示，分布于第二空间P2内呈汽态的中沸点物质g2部分冷凝成液态往下累积于第二空间P2的第二底部P21，并由第三泵160抽出自分壁式蒸馏塔110外。

第二加热器150可提供热量给第二空间P2，以确保低沸点物质g3得以保持汽态而往上至第三空间P3，最后从分壁式蒸馏塔110的顶部113往外排出。分布于第三空间P3内呈汽态的低沸点物质g3可从分壁式蒸馏塔110的顶部113排出至第二冷凝器140，并由第二冷凝器140冷凝成储存液L2后，储存于第一储存槽230内。

就针对从第一蒸馏塔210的顶部212往外流动至第二冷凝器140的低温废气G2的处理方式来说，第二冷凝器140可冷凝从第一蒸馏塔210的顶部212排出的低温废气G2，冷凝后的低温废气G2中所含的的低沸点物质g3與少量的高沸点物质g1、少量的中沸点物质g2被转变成液态(以下称储存液L2)而储存于第一储存槽230。由于有机挥发物，例如是高沸点物质g1与中沸点物质g2已完全溶于储存液L2，因此从第二冷凝器140排出的气体(以下称净化废气G3)的有机挥发物浓度甚低。在一实施例中，净化废气G3的有机挥发物浓度可低于30ppm，甚至是低于1ppm。综上可知，本发明实施例的第一蒸馏塔210可达到净化废气的效果。

第五泵145可将储存液L2从第一储存槽230抽出并输送至分壁式蒸馏塔110的顶部113内。储存液L2进入顶部113后，可降低第三空间P3的温度，避免第三空间P3的温度过高；进一步地说，储存液L2具有调节分壁式蒸馏塔110内部温度的技术功效。

此外，第一调节阀250配置于第五泵145与分壁式蒸馏塔110之间的管路，可控制进入顶部113内的储存液L2的流量，以更精准地调节分壁式蒸馏塔110 内第三空间P3的温度。

此外，第五泵145可将储存液L2输送至第一蒸馏塔210的顶部212内，以洗涤第一蒸馏塔210内的低高温废气G1，将高温废气G1中的有机挥发物带至第一蒸馏塔210的底部211形成高浓度有机挥发物质的浓缩液L1，并可降低从第一蒸馏塔210的顶部212排出的低温废气G2的有机挥发物浓度，维持低浓度有机挥发物质的储存液L2，而达成分离废气中有机挥发物的目的。另外，第二调节阀260配置于第五泵145与第一蒸馏塔210之间的管路上，可調節进入第一蒸馏塔210的顶部212内的储存液L2的流量，以控制低温废气G2中有机挥发物质的含量。

连接管路270可连接第五泵145与第一储存槽230，以平衡第五泵145的抽水量与出水量。在本实施例中，一调节阀(未绘示)可选择性地装设于连接管路270上，以控制传输的流量。

图3绘示依照本发明另一实施例的分离装置300示意图。分离装置300包括第一蒸馏塔210、第一入口110a1、第一加热器120、第二加热器150、第二泵130、第二冷凝器140、第三泵160、第二蒸馏塔、第四泵220、第一储存槽230、第五泵145、第一调节阀250、第二调节阀260及连接管路270，其中的第二蒸馏塔例如是上述分壁式蒸馏塔110。此外，此些元件的二者之间可由实体管路连接，以传输之间的流体。

第二加热器150可提供热量给第二空间P2，以确保低沸点物质g3得以保持汽态而往上至第三空间P3，最后从分壁式蒸馏塔110的顶部113往外排出。

与图2的分离装置200不同的是，在本实施例的分离装置300，由第四泵220抽出的浓缩液L1可从分壁式蒸馏塔110的填充床111下方提供至分壁式蒸馏塔110内部。另一实施例中，由第四泵220抽出的浓缩液L1可经由第一加热器120后再提供至分壁式蒸馏塔110内部；例如，由第四泵220抽出的浓缩液L1可从第二泵130与第一加热器120之间的入口a’进入，如此一来，浓缩液L1可被第二泵130推动至第一加热器120。

图4绘示依照本发明另一实施例的分离装置400示意图。分离装置400包括第一蒸馏塔210、第一入口110a1、第一加热器120、第一泵125、第二泵130、第一冷凝器135、第二冷凝器140、第二加热器150、第三泵160、第二蒸馏塔、第四泵220、第一储存槽230、第五泵145、第一调节阀250、第二调 节阀260及连接管路270，其中的第二蒸馏塔例如是上述分壁式蒸馏塔110。此外，此些元件的二者之间可由实体管路连接，以传输之间的流体。

第二加热器150可提供热量给第二空间P2，以确保低沸点物质g3得以保持汽态而往上至第三空间P3，最后从分壁式蒸馏塔110的顶部113往外排出。

与图2的分离装置200不同的是，本实施例的分离装置400更包括第一泵125及第一冷凝器135。本实施例的第一泵125及第一冷凝器135分别于与第1图的分离装置100的第一泵125及第一冷凝器135的作用类似，容此不再赘述。

与图2的分离装置200不同的是，第二空间P2内的中沸点物质g2以及部分高沸点物质g1被第三泵160抽出后，部分经由第二加热器150回到分壁式蒸馏塔110的第二空间P2、另一部分经由第一加热器120后回到分壁式蒸馏塔110的第一空间P1，而其它部分直接排出。在另一实施例中，第二空间P2内的中沸点物质g2以及部分高沸点物质g1被第三泵160抽出后，部分经由第二加热器150后回到分壁式蒸馏塔110的第二空间P2，而其余部分经由第一加热器120后回到分壁式蒸馏塔110的第一空间P1。本发明实施例并不限定被抽出的中沸点物质g2及部分高沸点物质g1的处理方式，被第三泵160抽出的中沸点物质g2及部分高沸点物质g1可以是(1)经由第二加热器150回到分壁式蒸馏塔110的第二空间P2、(2)经由第一加热器120后回到分壁式蒸馏塔110的第一空间P1与(3)直接排出至分离装置200外中的至少一种情况。

图5绘示依照本发明另一实施例的分离装置500示意图。分离装置500包括第一蒸馏塔210、第一入口110a1、第一加热器120、第二加热器150、第二泵130、第二冷凝器140、第三泵160、第二蒸馏塔、第四泵220、第一储存槽230、第五泵145、第一调节阀250、第二调节阀260、至少一连接管路270、第三冷凝器510、第二储存槽520及第六泵530，其中的第二蒸馏塔例如是上述分壁式蒸馏塔110。此外，此些元件的二者之间可由实体管路连接，以传输之间的流体。

与图2的分离装置200不同的是，本实施例的分离装置500更包括第三冷凝器510、第二储存槽520及第六泵530。

进一步地说，第三冷凝器510可冷凝从分壁式蒸馏塔110的顶部113排出的呈汽态的低沸点物质g3，冷凝后的低沸点物质g3可储存于第二储存槽520。 第五泵145连接第一储存槽230与第二储存槽520，如此，第五泵145将第一储存槽230内的储存液L2抽出后，部分输送至第一蒸馏塔210，而其余部分通过连接管路270输送至第二储存槽520。第二储存槽520内的储存液L2由第六泵530抽出后，部分输送至分壁式蒸馏塔110的顶部113以调解分壁式蒸馏塔110的顶部113的温度，而其余部分可通过连接管路270输送至第一储存槽230。

本实施例的分离装置500采用二个冷凝器(第二冷凝器140及第三冷凝器510)分担图2的分离装置200的单一个冷凝器(第二冷凝器140)的工作量，因此可减轻单一冷凝器的工作负担；相似地，本实施例的分离装置500采用二个储存槽(第一储存槽230及第二储存槽520)，因此可选择较小容积的第一储存槽230及第二储存槽520，避免单一储存槽的体积过大问题；相似地，本实施例的分离装置500采用二个泵(第五泵145及第六泵530)分担图2的分离装置200的单一个泵(第五泵145)的工作量，因此可减轻单一泵的工作负担。

此外，若第一蒸馏塔210与分壁式蒸馏塔110的压力相近时，可将第二冷凝器140与第三冷凝器510整合成单一冷凝器、将第一储存槽230与第二储存槽520整合成单一储存槽及将第五泵145与第六泵530整合成单一泵，整合后的结构同于或类似于图2所示。

图6绘示依照本发明另一实施例的分离装置600示意图。分离装置600包括第一蒸馏塔210、第一入口110a1、第一加热器120、第二加热器150、第二泵130、第二冷凝器140、第三泵160、第二蒸馏塔、第四泵220、第一储存槽230、第五泵145、第一调节阀250、第二调节阀260、连接管路270、第三冷凝器510、第二储存槽520及第六泵530，其中的第二蒸馏塔例如是上述分壁式蒸馏塔110。此外，此些元件的二者之间可由实体管路连接，以传输之间的流体。

与图5的分离装置500不同的是，本实施例的分离装置600的浓缩液L1可从填充床111的下方进入分壁式蒸馏塔110内部，如此可避免浓缩液L1往下阻塞填充床111。进一步地说，一般来说浓缩液L1都含有微颗粒；然由于本实施例的第一入口110a1位于填充床111的下方，因此可避免浓缩液L1的微颗粒阻塞填充床111的孔洞。在另一实施例中，浓缩液L1可从第一加热器120与第二泵130之间的入口a’进入分壁式蒸馏塔110内部。

图7绘示依照本发明另一实施例的分离装置700示意图。分离装置700包括第一蒸馏塔210、第一入口110a1、第一加热器120、第一泵125、第二泵130、第一冷凝器135第二冷凝器140、第二加热器150、第三泵160、第二蒸馏塔、第四泵220、第一储存槽230、第五泵145、第一调节阀250、第二调节阀260、连接管路270、第三冷凝器510、第二储存槽520及第六泵530，其中的第二蒸馏塔例如是上述分壁式蒸馏塔110。此外，此些元件的二者之间可由实体管路连接，以传输之间的流体。

与图5的分离装置500不同的是，本实施例的分离装置700更包括第一泵125及第一冷凝器135。本实施例的第一泵125及第一冷凝器135分别与图5的分离装置500的第一泵125、第一冷凝器135的作用类似，容此不再赘述。

如下表1及2所示，表中的实验例A及B的数据是本发明实施例的分离装置的软件模拟数据，而比较例C及D的数据系传统的分离装置的软件模拟数据。此外，实验例A与比较例C是在外界温度为摄氏36度且外界湿度为80％的环境下进行实验，而实验例B与比较例D是在外界温度为摄氏10度且外界湿度为65％的环境下进行实验。

由表1可知，实验例A及B的净化废气G3的有机挥发物浓度小于1ppm，足以符合排污法规。由表2可知，由于实验例A及B的废水可充分回收再利用，因此无废水处理量(废水零排放)；反观比较例C及D都会产生一定的废水处理量，造成废水处理成本增加、废水处理设备的负荷增加且/或此些废水因为无法再利用而造成水资源的浪费；特别在高温高湿度的环境，如比较例C所示，其废水处理量高达554公斤/小时。

表1

表2

此外，在低温低湿度环境下，通常需要从外界补充水量给蒸馏塔，然本发明实施例的补水量低于传统蒸馏塔的补水量。例如，如表2所示，在低温低湿度环境下，实验例B的补水量(如94公斤/小时)相较于比较例D(如107公斤/小时)的补水量更少，如此可节省用水成本。另外，由表2可知，工作溶剂(如，中沸点汽体g22)的回收率可高达97.8％，并不低于传统的分离装置。

综上可知，本发明实施例的分离装置具有比较例C及D的既有优点，且额外具有比较例C及D缺乏的优点，如补水量少、废水回收再利用、废水排放量少或废水零排放、工作溶剂的回收率高、回收的工作溶剂的纯度高及/或废气有效净化等优点。此外，由于本发明实施例的冷凝器、泵、储存槽可让二个蒸馏塔共同使用，因此建置整个分离装置的成本也可大幅降低。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。