本發(fā)明屬于工業(yè)廢酸回收技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可獲得高純度酸的回收裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前工業(yè)混合廢酸的回收及分離，通常是利用蒸餾方法或是添加反應(yīng)藥劑的方式來(lái)達(dá)成；以液晶顯示面板蝕刻工藝中所產(chǎn)生的磷酸、硝酸及醋酸混合廢酸為例，該混合廢酸是被導(dǎo)入一蒸餾塔之中，借著提高塔內(nèi)溫度及降低壓力，沸點(diǎn)較低的硝酸、水以及醋酸會(huì)汽化并混合地進(jìn)入氣相，而置留于液相的磷酸即可被分離；前述硝酸及醋酸的混合蒸氣除可再次利用沸點(diǎn)差異分離兩者之外，操作者亦可先冷凝上述混合蒸氣，并于冷凝液中添加大量的氫氧化鈉，使其與溶液中的醋酸產(chǎn)生酸堿中和反應(yīng)生成醋酸鈉，隨后濃縮該混合溶液，所述的醋酸鈉即可生成結(jié)晶析出而被分離，至于殘存的溶液也可加以干燥后而生成硝酸鈉，進(jìn)一步被回收利用。

由于多數(shù)工業(yè)用酸的沸點(diǎn)與水接近，純粹以蒸餾方法所回收的純化酸即使經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的蒸餾仍然存在大量的水分，導(dǎo)致濃度始終低于70％，用途相當(dāng)局限；而添加堿液后所回收的產(chǎn)物則為鹽類而非純酸，需依靠進(jìn)一步的酸化程序才能獲得較高濃度的純酸，從而導(dǎo)致整體程序更加復(fù)雜。

因此，開(kāi)發(fā)出可由混合酸液中直接產(chǎn)出高濃度酸的回收裝置及方法是必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種自混合酸液中回收廢酸的裝置及方法，其可產(chǎn)出高濃度酸。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種自混合酸液中回收廢酸的裝置包含至少一前置酸液分離單元以及一脫水膜分離單元；該脫水膜分離單元 包含有一外殼、多個(gè)支撐基材以及多個(gè)脫水膜，這些支撐基材設(shè)置于該外殼的內(nèi)部，且將該外殼的內(nèi)部空間分割為一高壓側(cè)以及一低壓側(cè)，該脫水膜分離單元以該高壓側(cè)連接該前置酸液分離單元，各個(gè)該支撐基材都具有連接該高壓側(cè)以及該低壓側(cè)的多個(gè)毛細(xì)微孔，這些脫水膜是被覆蓋于該支撐基材朝向該高壓側(cè)的表面。

借由該至少一前置酸液分離單元的作用，該混合酸液中一特定酸以外的其他酸即可被分離；隨后在該高壓側(cè)施加壓力，酸液中的水分子則可穿過(guò)這些支撐基材及脫水膜到達(dá)低壓側(cè)，該高壓側(cè)則可獲得高濃度的該特定酸，從而達(dá)到純化的效果。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例之中，該前置酸液分離單元包含有一蒸餾塔以及一冷凝器，該冷凝器連接該蒸餾塔與該脫水膜分離單元；其中該前置酸液分離單元還可包含有一酸堿混合槽，該酸堿混合槽連接該蒸餾塔。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例之中，該至少一前置酸液分離單元包含有一第一前置酸液分離單元以及一第二前置酸液分離單元，該第一前置酸液分離單元包含有相互連接的一蒸餾塔以及一冷凝器，該第二前置酸液分離單元包含有一酸堿混合槽、一蒸餾塔以及一冷凝器，該酸堿混合槽連接該第一前置酸液分離單元的冷凝器以及該第二前置酸液分離單元的蒸餾塔，該第二前置酸液分離單元的冷凝器連接該第二前置酸液分離單元的蒸餾塔與該脫水膜分離單元；該第一前置酸液分離單元及該第二前置酸液分離單元分別是用來(lái)去除該特定酸以外的高沸點(diǎn)的酸以及強(qiáng)酸。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例之中，該脫水膜分離單元的支撐基材呈圓管狀，這些脫水膜覆蓋于這些支撐基材的外表面，該高壓側(cè)包含該支撐基材的外側(cè)周圍空間，該低壓側(cè)包含該支撐基材的內(nèi)部空間；此外，該脫水膜分離單元還包含有一隔板，該隔板設(shè)置于該外殼的內(nèi)部，這些支撐基材與這些脫水膜均位于該隔板的同一側(cè)，該隔板的另一側(cè)具有一集水腔室，該集水腔室與這些支撐基材的內(nèi)部空間連通，該低壓側(cè)還包含該集水腔室；而且該脫水膜分離單元的支撐基材為陶瓷，以便提供較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐酸特性。

另外，該自混合酸液中回收廢酸的裝置還可包含有一分子篩純化單元以及一特定酸儲(chǔ)槽，該特定酸儲(chǔ)槽連接該脫水膜分離單元的高壓側(cè)以及該 分子篩純化單元；該分子篩純化單元可進(jìn)一步去除該特定酸中的殘余水分，以獲得更高純度的該特定酸。

本發(fā)明提供的一種自混合酸液中回收廢酸的方法，包含以下步驟：

a.由該混合酸液中分離出廢酸與水的混合液；以及

b.將該混合液導(dǎo)引至一脫水膜的一側(cè)，該脫水膜被覆蓋于一支撐基材上，且在該支撐基材兩側(cè)施加壓力差，使得該兩側(cè)分別形成一高壓側(cè)以及一低壓側(cè)，該脫水膜位于該高壓側(cè)，且前述的該特定酸與水的混合液被導(dǎo)引至該高壓側(cè)，隨后利用該高壓側(cè)及低壓側(cè)的壓力差，使得該混合液中的水穿過(guò)該脫水膜及該支撐基材至該低壓側(cè)，而該特定酸仍留置于該高壓側(cè)。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例之中，該步驟a是利用蒸餾方法來(lái)分離而產(chǎn)出該特定酸與水的混合液；另外，操作者也可事先先添加堿液，使部分酸液形成鹽類后，再利用蒸餾方法來(lái)分離。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例之中，該步驟a包含了步驟a1及步驟a2：

a1.加熱該混合酸液，使該特定酸、水以及沸點(diǎn)低于該特定酸及水的強(qiáng)酸汽化成為蒸氣，而沸點(diǎn)高于該特定酸及水的其他酸則仍留置于液相，接著冷凝該蒸氣；以及

a2.在該冷凝后的混合酸液中添加堿液，使混合酸液中的強(qiáng)酸成為鹽類，接著加熱該混合酸液，使該特定酸與水蒸發(fā)成為蒸氣，該鹽類則仍停留于液相，接著冷凝該蒸氣，而獲得該特定酸與水的混合液。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例之中，該步驟b支撐基材高壓側(cè)的壓力高于常壓，該混合液中的水是利用逆滲透原理(reverseosmosis)移動(dòng)至該低壓側(cè)。

除此之外，該支撐基材低壓側(cè)的壓力也可以是低于常壓，而該高壓側(cè)的壓力則為接近常壓，該混合液中的水是先蒸發(fā)成為氣態(tài)，再利用滲透汽化原理(pervaporation)移動(dòng)至該低壓側(cè)，也同樣能夠達(dá)到效果。

另外，該步驟b結(jié)束后還包含有一步驟c，該步驟c是將該高壓側(cè)的該特定酸導(dǎo)出，并利用一分子篩吸收該特定酸中的殘余水分。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例自混合酸液中回收廢酸的裝置流程圖；

圖2為該較佳實(shí)施例一特定酸由高壓側(cè)回流至特定酸儲(chǔ)槽的裝置流程圖；

圖3為該較佳實(shí)施例脫水膜分離單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖3沿4-4’的剖視圖；

圖5為該較佳實(shí)施例支撐基材結(jié)合脫水膜的立體圖；

圖6該較佳實(shí)施例特定酸與水的分離示意圖；以及

圖7為該較佳實(shí)施例額外采用分子篩純化的流程圖。

【附圖標(biāo)記說(shuō)明】

[本發(fā)明]

10自混合酸液中回收廢酸的裝置

11醋酸分子13水分子

20第一前置酸液分離單元

21,25,27儲(chǔ)槽22蒸餾塔24冷凝器

30第二前置酸液分離單元

31儲(chǔ)槽32酸堿混合槽34蒸餾塔

36冷凝器37烘干器

40脫水膜分離單元

401高壓側(cè)403低壓側(cè)405集水腔室

41特定酸儲(chǔ)槽42外殼44支撐基材

441管狀空間443毛細(xì)微孔46脫水膜

47泵48隔板

50分子篩純化單元

52分子篩

具體實(shí)施方式

為能更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，現(xiàn)舉一較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一較佳實(shí)施例的自混合酸液中回收廢酸的裝置10， 包含一第一前置酸液分離單元20、一第二前置酸液分離單元30以及一脫水膜分離單元40。

該第一前置酸液分離單元20包含有相互連接的一蒸餾塔22以及一冷凝器24。

該第二前置酸液分離單元30包含有一酸堿混合槽32、一蒸餾塔34以及一冷凝器36，該酸堿混合槽32是經(jīng)由一儲(chǔ)槽27連接于該第一前置酸液分離單元20的冷凝器24以及連接該第二前置酸液分離單元30的蒸餾塔32，該第二前置酸液分離單元30的冷凝器36連接該第二前置酸液分離單元30的蒸餾塔34。

請(qǐng)參閱圖2至圖3，該脫水膜分離單元40包含有一外殼42、多個(gè)支撐基材44、多個(gè)脫水膜46以及一隔板48，這些支撐基材44呈圓管狀(見(jiàn)圖4及圖5)，且水平地被設(shè)置于該外殼42的內(nèi)部，這些脫水膜46具有親水性，并覆蓋于這些支撐基材44的外表面，該隔板48設(shè)置于該外殼42的內(nèi)部，且這些支撐基材44與這些脫水膜46均位于該隔板48的同一側(cè)，該隔板48的另一側(cè)具有一集水腔室405，該集水腔室405與這些支撐基材44的內(nèi)部連通；這些支撐基材44與該隔板48共同地將該外殼42內(nèi)部空間分割為一高壓側(cè)401以及一低壓側(cè)403，該高壓側(cè)401包含該支撐基材44的外側(cè)周圍空間，該低壓側(cè)403則包含該支撐基板44內(nèi)部的管狀空間441以及該集水腔室405，各個(gè)該支撐基材44都具有連接該高壓側(cè)401以及該低壓側(cè)403的多個(gè)毛細(xì)微孔443(見(jiàn)圖6)，這些脫水膜46被覆蓋于該支撐基材44朝向該高壓側(cè)401的表面，亦即覆蓋于這些支撐基材44的外表面，該脫水膜分離單元40以該高壓側(cè)401連接該第二前置酸液分離單元30的冷凝器36，在本實(shí)施例之中，此一自混合酸液中回收廢酸的裝置10還包含有一特定酸儲(chǔ)槽41，該脫水膜分離單元40的高壓側(cè)401是經(jīng)由該特定酸儲(chǔ)槽41連接該冷凝器36。

在本實(shí)施例之中，該支撐基材44為陶瓷，可提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐酸特性，以便承受操作過(guò)程或是反沖洗時(shí)的高壓，同時(shí)抵抗酸液的腐蝕，但并不以陶瓷材料為限，符合上述特性的惰性金屬、高分子材料或是其他多孔性基材也可以被采用；該脫水膜46則為有機(jī)濾膜，其孔隙大小可容許水分子通過(guò)但無(wú)法容許一待回收的特定酸分子通過(guò)。

以下再以液晶顯示面板蝕刻工藝中所產(chǎn)生的混合廢棄酸液為例，來(lái)說(shuō)明上述裝置的運(yùn)作，前述的混合酸液大致包含濃度60～70％的磷酸、1～4％的硝酸及5～10％醋酸，其余的成份則為水，該待回收的特定酸為醋酸，而硝酸則為強(qiáng)酸，再請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明所提供的自混合酸液中回收廢酸的方法，包含以下步驟：

a.由該混合酸液中分離出廢酸與水的混合液；此步驟大致上是分成分離磷酸的a1步驟以及分離硝酸的a2步驟：

a1.將儲(chǔ)存于一儲(chǔ)槽21的前述磷酸、硝酸、醋酸混合酸液導(dǎo)引至該第一前置酸液分離單元20的蒸餾塔22，接著加熱該混合酸液，使醋酸、水以及沸點(diǎn)較低的硝酸汽化成為蒸氣，而沸點(diǎn)較高的磷酸則仍留置于液相，接著將該蒸氣導(dǎo)引至該冷凝器24中進(jìn)行冷凝；而除了加熱之外，操作者也可降低該蒸餾塔22的內(nèi)部壓力，使得該醋酸、水以及硝酸易于汽化以節(jié)省能源；蒸餾后液相的磷酸可被導(dǎo)引至一儲(chǔ)槽25中儲(chǔ)存，其濃度可達(dá)85％，已可供后續(xù)的再利用；而冷凝后的混合酸液只含有醋酸、硝酸及水，則被導(dǎo)引至另一該儲(chǔ)槽27之中。

a2.將該冷凝后的醋酸、硝酸混合酸液輸送至該第二前置酸液分離單元30的酸堿混合槽32中，并將一儲(chǔ)槽31的內(nèi)部堿液添加至該混合槽32的混合酸液中，在本實(shí)施例之中，該堿液為氫氧化鈉溶液，但實(shí)際應(yīng)用操作時(shí)并不限于此，操作者也可以采用氫氧化鉀或其他堿性溶液；接著再將該酸液與堿液的混合溶液輸送至該蒸餾塔34中加熱蒸餾，由于硝酸的酸性強(qiáng)于醋酸，故可優(yōu)先與氫氧化鈉反應(yīng)生成鹽類，因而降低硝酸汽化成為蒸氣的傾向，導(dǎo)致該混合酸液中僅醋酸與水蒸發(fā)成為蒸氣；隨后將該蒸氣導(dǎo)入該冷凝器36中冷凝，即獲得該醋酸與水的混合液，該混合液隨后被導(dǎo)引而儲(chǔ)存于該特定酸儲(chǔ)槽41中，此時(shí)的醋酸濃度大約40～60％；至于該生成的硝酸鹽則仍以離子狀態(tài)存在于液相，除可直接被回收利用之外，該液相中的硝酸鹽也可利用一干燥器37烘干成粉末后再回收使用。

b.利用一泵47將該醋酸與水的混合酸液導(dǎo)引至該脫水膜分離單元40的高壓側(cè)401，同時(shí)在該高壓側(cè)401施加一高于常壓的壓力，使該脫水膜分離單元40的高壓側(cè)401及低壓側(cè)403形成壓力差；此時(shí)，如圖6所示，該混合液中的水分子13則可利用逆滲透原理(reverseosmosis)穿過(guò)該 脫水膜46以及該支撐基材44的毛細(xì)微孔443，隨后通過(guò)其內(nèi)部的管狀空間441而被收集在該集水腔室405中，而混合液中的醋酸分子11由于無(wú)法通過(guò)該脫水膜46，仍留置于該高壓側(cè)401；在本實(shí)施例中，如圖2所示，該高壓側(cè)401的醋酸被回流至該特定酸儲(chǔ)槽41，并配合停止由該冷凝器36流入冷凝液，醋酸即可于該脫水膜分離單元40的高壓側(cè)401以及該儲(chǔ)槽41之間反復(fù)流動(dòng)，周而復(fù)始地利用該脫水膜46來(lái)去除水分以提高濃度，直到濃度適合于后續(xù)利用的需求，再批次地將該純化后的醋酸導(dǎo)出收集，此時(shí)的醋酸濃度約可達(dá)到90～97％。

然而，該脫水膜分離單元40的使用方式并不限于此，操作者其實(shí)也可省略前述的回流，直接在該高壓側(cè)401連續(xù)地收集純化后的醋酸。

如果需要更高純度醋酸，操作者可在前述步驟b結(jié)束后再進(jìn)行一步驟c，請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D7，該步驟c是利用一個(gè)以上的分子篩純化單元50來(lái)吸收醋酸中的殘余水分，該分子篩純化單元50連接于該特定酸儲(chǔ)槽41，該分子篩純化單元50內(nèi)部設(shè)置多個(gè)分子篩52(molecularsieve)以吸收殘余水分，在本實(shí)施例之中，步驟c采用了并聯(lián)的兩個(gè)分子篩純化單元50，以便于其中一者停機(jī)維護(hù)或更換吸附材料時(shí)，另一者仍可持續(xù)運(yùn)作，從而達(dá)到連續(xù)的操作效果；通過(guò)該分子篩純化單元的醋酸將可進(jìn)一步被純化至98％以上。

另外，此一回收廢酸的方法仍具備多種變化，在步驟b中，操作者也可選擇利用一抽氣泵(圖中未示出)在該脫水膜分離單元40的低壓側(cè)403抽氣，使該低壓側(cè)403低于常壓，如此一來(lái)，即使該高壓側(cè)401位于常壓下，該高壓側(cè)401的水分子亦能蒸發(fā)成為氣態(tài)，并利用滲透汽化原理(pervaporation)而移動(dòng)至該低壓側(cè)403，亦能夠達(dá)到使醋酸純化的效果。

另外，該支撐基材44的形狀亦不限于圓管狀，亦可為平板狀、方管狀或是六角管狀等其他形狀，只要能順利將該外殼42的內(nèi)部空間分割成為高壓側(cè)及低壓側(cè)，即可發(fā)揮效果。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則的內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。