目錄TOC\o"1-3"\h\u205161引言 表面黏著科技廠超純水系統(tǒng)工藝設(shè)計摘要表面黏著科技廠（SMT）作為電子制造的核心領(lǐng)域，對超純水的純度要求極高，需滿足芯片清洗、光刻膠配制、焊膏稀釋等精密工藝需求。在器件工藝過程中，幾乎每一道工藝都離不開超純水。隨著集成電路集成度的提高，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對水中存在的污染物的要求將更加嚴格。本設(shè)計采用“預處理+RO+EDI+TOC脫除器+UV”組合工藝制備超純水，出水水質(zhì)要求符合《電子級水》（GB/T11446.1—2013）。關(guān)鍵詞表面黏著科技廠；超純水；反滲透；EDI技術(shù)1引言近年來，國家大力發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，鼓勵國內(nèi)IC的整體發(fā)展，打破國外壟斷，增強科技競爭力。但是芯片制造的過程十分復雜，其中關(guān)鍵步驟是沉積、光刻膠涂覆、刻蝕、離子注入和封裝，而這些步驟都離不開超純水。表面黏著技術(shù)（SMT）在制造過程中確實會使用到超純水。超純水主要用于清洗電路板或元器件，去除焊接后殘留的助焊劑和其他污染物，確保焊接點的可靠性和元器件表面的潔凈度REF_Ref27649\w\h[1]。由于超純水不含雜質(zhì)和離子，因此能夠避免導電性污染和腐蝕等問題，從而確保產(chǎn)品的性能和使用壽命。2超純水系統(tǒng)組成2.1超純水系統(tǒng)超純水系統(tǒng)是專門設(shè)計的水處理設(shè)備，用于生產(chǎn)極高純度的水，這種水幾乎只含有水分子（H2O），不含或僅含極微量的雜質(zhì)。超純水系統(tǒng)是生產(chǎn)高純度水的設(shè)備，廣泛應用在半導體、制藥、生物技術(shù)和實驗室等領(lǐng)域。一個完整的超純水系統(tǒng)有以下幾個組成部分：2.2原水預處理系統(tǒng)多介質(zhì)過濾器：去除水中的懸浮物、泥沙、鐵銹等大顆粒物質(zhì)。活性炭過濾器：去除水中的有機物、余氯、異味等。軟化器：利用離子交換工藝去除水中的鈣鎂離子，以防止水垢的形成。2.3反滲透系統(tǒng)RO系統(tǒng)，又稱反滲透系統(tǒng)，是一種水處理技術(shù)，通過半透膜去除水中的大多數(shù)溶解固體，包括鹽分、有機物、微生物和其他雜質(zhì)REF_Ref29948\w\h[2]。反滲透系統(tǒng)的工作原理是在高壓力下迫使水通過一個具有選擇性透過性的膜，這個膜允許只水分子通過，但阻擋了大部分溶解固體和其他較大分子。2.4離子交換系統(tǒng)EDI系統(tǒng)，即電去離子系統(tǒng)，是一種水處理技術(shù)，結(jié)合了離子交換樹脂和電滲析的原理REF_Ref30506\w\h[3]，用于進一步凈化水，以生產(chǎn)高純度的去離子水。EDI系統(tǒng)通常用于反滲透（RO）系統(tǒng)之后，以去除水中的剩余離子，包括礦物質(zhì)和鹽分。EDI系統(tǒng)的優(yōu)點包括操作成本低、無需化學品、占地面積小、維護簡便以及能夠提供穩(wěn)定的高純度水質(zhì)量。2.5TOC脫除器TOC（總有機碳）脫除器是一種水處理設(shè)備，用于去除水中的有機碳化合物，以降低總有機碳的水平。在水處理過程中，TOC脫除器對于制備超純水、制藥用水、電子工業(yè)用水等至關(guān)重要，因為這些行業(yè)對水質(zhì)的要求非常高。TOC脫除器的選擇取決于多種因素，包括所需的水質(zhì)水平、水的來源、有機物的種類和濃度、系統(tǒng)的運行成本以及環(huán)保要求。在實際應用中，TOC脫除器會與其他水處理單元結(jié)合使用，以便達到最佳的去除效果。2.6精處理系統(tǒng)紫外線消毒器：破壞水中殘留的微生物遺傳物質(zhì)DNA，確保水質(zhì)。2.7循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)泵：保持水在系統(tǒng)中的流動，防止水質(zhì)下降。儲水罐：儲存超純水，并保持一定的壓力。3純水系統(tǒng)工程設(shè)計3.1原水選擇廣東省M市表面黏著科技廠的出水為飲用水源，其水質(zhì)符合國家生活飲用水標準，設(shè)計進水水量為15m3/h。3.1.1進水水質(zhì)分析廣東省M市表面黏著科技廠的出水水質(zhì)分析。見表3-1。表3-1原水水質(zhì)分析序號分析項目單位數(shù)值1電導率μs/cm4802色度度＜53濁度NTU0.354臭和味級無5肉眼可見物描述無6pH值無量綱7.707菌落總數(shù)（CFU/ml）未檢出8總大腸菌群（CFU/100ml）未檢出9自由有效余氯mg/L0.7010氨（以N計）mg/L＜0.0211總硬度mg/L19012總?cè)芙夤腆w物mg/L24013氯化物mg/L28.614氟化物mg/L0.1315鈉mg/L＜0.0116銅mg/L＜0.0117鋁mg/L0.11018鋅mg/L＜0.0119鐵mg/L＜0.0120鉛mg/L＜0.00121砷mg/L＜0.0013.1.2出水水質(zhì)標準出水水質(zhì)標準需符合《電子級水》（GB/T11446.1—2013）REF_Ref27649\w\h[4]，見表3-2。表3-2電子級水國家標準化學指標單位：μg/L技術(shù)指標項目EW—ⅣEW—ⅢEW—ⅡEW—Ⅰ電阻率(25℃)/MΩ.cm≥0.5≥12≥15(5%時間不低于13)≥18(5%時間不低于17)全硅≤1000≤50≤10≤2微粒數(shù)/（個/L）0.05μm~0.1μm5000.1μm~0.2μm3000.2μm~0.3μm500.3μm~0.5μm20＞0.5μm4細菌個數(shù)/（個/mL）≤100≤10≤0.1≤0.01銅含量≤500≤2≤1≤0.2鋅含量≤500≤5≤1≤0.2鎳含量≤500≤2≤1≤0.1鉀含量≤500≤5≤2≤0.5鈉含量≤1000≤5≤2≤0.5氯含量≤1000≤10≤1≤1硝酸根≤500≤5≤1≤1磷酸根≤500≤5≤1≤1硫酸根≤500≤5≤1≤13.1.3設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)劃超純水制備系統(tǒng)進水量：預處理:15m3/h每個系統(tǒng)出力情況如下：一級RO系統(tǒng)超純水處理：11.0m3/h二級RO系統(tǒng)超純水處理：5.76m3/hEDI超純水處理：5.18m3/h，回收率90%10%的濃水回流至二級RO超純水系統(tǒng)TOC脫除器：TOC去除到3ppb以下混合離子交換器：4.82m3/h，回收率93%3.2工藝流程本設(shè)計集成電路廠超純水系統(tǒng)工程采用“預處理+RO+EDI+TOC脫除器+UV”組合工藝，其設(shè)計規(guī)劃流程圖如圖3-1所示：圖3-1純水工程設(shè)計規(guī)劃流程圖3.3預處理單元設(shè)施設(shè)計計算Q0=15m3/h3.3.1原水箱計算和選型V（公式1）式中：V設(shè)計最高水位為2m，則水箱內(nèi)底面積和底半徑如下：SR水箱上邊緣預留0.5m，設(shè)計水箱高度為2.5m。在制造純凈水的過程中，原水箱的作用是將原水進行儲存，并促使沙粒等大顆粒物質(zhì)沉淀，同時緩解原水管路中的水壓波動帶來的沖擊。原水箱通常采用塑料材質(zhì)制成，包括PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PTEE等類型，其中成本較低的PE材質(zhì)被廣泛使用。本設(shè)計選用立式平底的PT-10000L型PE塑料水箱，規(guī)格為Φ2200×2500mm。對凈水箱則選用304不銹鋼材質(zhì)，在進水端設(shè)置浮球閥，在底端設(shè)置排污閥。3.3.2原水泵計算進水為自來水，其壓力0.1MPa，即1kg/cm2。設(shè)計進水流量為15m3/h，原水進水所需壓力為3-4kg/cm2，為了保持穩(wěn)定的水壓和流量，通常需要使用原水泵來提升壓力，滿足輸送管道的基本壓力要求，確保系統(tǒng)的正常運作，故設(shè)計原水泵壓力為0.3MPa（3kg/cm2）。同時為了確保水泵的可靠性并計算所需流量QA，當水泵間隙的泄漏和管道阻力的增加，需增加一定的富裕量來確定最佳流量。富裕量計算公式：QA的1.10倍即為選用流量QB。原水泵選用流量：Q水泵的功率：W（公式2）式中：W即原水泵的功率為1.3761kW。原水泵輸入功率：W（公式3）式中：WW即原水泵輸入功率在2.12-3.44kW范圍內(nèi)。選擇型號離心泵IS65-40-200作為原水泵，原水泵的流量是25m3/h，揚程為5.0m，壓力為0.3MPa，運行參數(shù)如下：表3-3原水泵運行參數(shù)型號流量（m3/h）揚程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蝕余量（m）IS65-40-2002550.02900605.672.0另外需在原水箱里面設(shè)置低液位控制報警器，當水箱液面水位較低時，停止原水泵，從而保護系統(tǒng)。3.3.3多介質(zhì)過濾器計算在以自來水為原水的預處理系統(tǒng)中一般采用壓力式機械過濾器，主要是去除水中泥沙、鐵銹和懸浮物體，從而保證產(chǎn)水質(zhì)量，延長滲透純水設(shè)備的壽命。本設(shè)計系統(tǒng)預處理進水流量為15.0m3/h，選用1臺壓力式不銹鋼材質(zhì)的多介質(zhì)過濾器，該過濾器的產(chǎn)水量Q=15m3/h，過濾流速8-12m/h，罐體過濾流速取v=10m/h，且罐體內(nèi)部涂防腐材料。設(shè)計過濾器直徑：D（公式4）式中：D多實際過濾流速為：v配水系統(tǒng)為小阻力配水，在上方布設(shè)Φ40多縫濾帽，縫寬控制在0.25-0.4mm之間，有1.50%的開孔率，且每平方米范圍內(nèi)布置50個濾帽。則所需過濾帽總數(shù)：n為保持多介質(zhì)過濾器的持續(xù)過濾效果，多介質(zhì)過濾器配裝了多功能切換閥（多動閥），實現(xiàn)過濾和反洗功能的轉(zhuǎn)換，定期清除過濾截留下的顆粒、懸浮物、膠體及有機雜質(zhì)等。因此進水與反沖洗閥選用全自動的DL-1050多路控制閥，另外進水管和出水管選用304不銹鋼鋼管。設(shè)計反沖洗強度，多介質(zhì)過濾器一般范圍值為10-15L/（s.m2），取q=12L/（s.m2）。則反沖洗水量：Q（公式5）式中：Q反洗阻力一般不超過20m，故選用ISG80-125(I)型立式管道離心泵一臺，流量為每小時100立方米，揚程可達20米，功率為5.5千瓦。選用LJMF-1400型號的多介質(zhì)過濾器，其運行參數(shù)如下：表3-4多介質(zhì)過濾器運行參數(shù)型號材質(zhì)出水量(m3/h)工作溫度(℃)濾速(m/h)濾料高度(mm)外形尺寸(mm×H)LJMF-1400304不銹鋼材級204-50914001400×2900為確保出水質(zhì)量，選擇使用雙層濾料，因為雙層濾料在截污能力和過濾速度方面均優(yōu)于單層濾料REF_Ref31172\w\h[5]。濾料通常由石英砂和無煙煤組成，它們的水頭損失增加得較慢，工作周期長。其中石英砂濾料的填充高度是900mm，無煙煤濾料的填充高度為500mm。濾料用量：M（公式6）式中：MM濾料的填裝方案如表3-5所示：表3-5多介質(zhì)過濾器濾料填裝方案濾料直徑(mm)厚度(mm)密度(g/cm3)用量(m3)上層無煙煤0.8-1.25001.71.31下層石英砂0.3-0.59002.653.673.3.4活性炭過濾器計算活性炭過濾器主要作用是去除水中色素和異味道。目前超純水制備中廣泛應用的是壓力式固定床吸附裝置的活性炭過濾器，因此設(shè)計選用1臺壓力式活性炭過濾器，材質(zhì)為不銹鋼。設(shè)計活性炭過濾器的產(chǎn)水量為Q=15m3/h，過濾流速范圍10-20m/h，取v=15m/h，,則罐體直徑為：D實際濾速為：V選用直徑1-3mm范圍內(nèi)的果核殼活性炭，進水管與出水管均為不銹鋼材質(zhì)的鋼管，進水與反沖洗閥選擇DL-1050的全自動多路控制閥。配水系統(tǒng)為小阻力配水，上方設(shè)Φ30多縫濾帽，過濾器所需濾帽數(shù)量：n設(shè)計反沖洗強度，活性炭過濾器一般范圍值9-15L/（s.m2），取q=10L/（s.m2）則反沖洗水量：Q由于活性炭過濾器的反洗水流量（37.37m3/h）小于多介質(zhì)過濾器反洗水流量（66.47m3/h活性炭的用量：M設(shè)計活性炭過濾器選用FY-Sc04-1500，其運行參數(shù)如下：表3-6活性炭過濾器運行參數(shù)型號規(guī)格流量(m3/h)工作溫度反洗強度L/（m2.S）反沖洗時間（min）濾速(m/h)濾料高度(mm)密度(g/cm3)用量(m3)FY-Sc04-1500Φ1500×290015常溫9-124-61815000.50.793.3.5保安過濾器計算保安過濾器的主要功能是確保反滲透系統(tǒng)進水的SDI值低于3，即有效去除預處理設(shè)備可能溢出的活性炭粉末和樹脂顆粒REF_Ref5951\w\h[6]。根據(jù)本設(shè)計的預處理水量為15立方米/小時，因此選擇使用直徑為63毫米（40英寸）的聚丙烯噴熔管，長度為1016毫米，且40英寸的單支濾芯最大出力為1.2立方米/小時，則所需濾芯總數(shù)：N選擇13根1016mm長的噴熔管，放置在1個Φ300的不銹鋼容器內(nèi)。選擇型號為JSY-JMF740，其運行參數(shù)如下：表3-7保安過濾器運行參數(shù)型號流量(m3/h)運行壓力(MPa)使用溫度設(shè)備尺寸(mm)濾芯數(shù)過濾精度(μm)JSY-JMF740200-1.0Mpa5-60℃Φ300*136013根5另外，保安過濾器內(nèi)部配備噴熔聚丙烯芯，需在進出口處設(shè)置壓力指示表。當壓差達到預設(shè)值時，應立即更換濾芯以保持系統(tǒng)效率。3.4膜處理單元設(shè)施設(shè)計計算膜處理單元有多種組合方式，如一級多段、多級多段等，以滿足不同處理對象的要求，本設(shè)計選擇采用多級多段式配置，即雙級反滲透工藝。雙級反滲透工藝可使上層濃縮液流入下層進水，由此增加產(chǎn)品水回收率，提升系統(tǒng)除鹽率和改善通過水的質(zhì)量。3.4.1反滲透裝置設(shè)計導則（1）根據(jù)需要，確定RO裝置出水，系統(tǒng)脫鹽率和回收率；（2）選擇膜的類型時需在技術(shù)上經(jīng)濟上合理、可行、節(jié)約；（3）力求每段膜組件出力與壓降相等；（4）合理選用高壓給水泵，連接管道和閥門的材料要防腐蝕和耐高溫。3.4.2二級反滲透系統(tǒng)設(shè)計一般生產(chǎn)廠商在制造設(shè)備時已經(jīng)對膜組件的最大回收率做了規(guī)定，因此設(shè)計時要嚴格遵守。故設(shè)計出水量為5.76m3/h，設(shè)計水量回收率＞50%。3.4.3二級反滲透膜型號的選擇反滲透膜主要分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種類型。螺旋卷式膜以其結(jié)構(gòu)緊湊、單元體積內(nèi)膜面積大、占地面積小以及便于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點而廣泛使用REF_Ref6510\w\h[7]。且由《反滲透系統(tǒng)設(shè)計指南》可知處理量＞5m3/h時，選用8040膜，故本設(shè)計二級反滲透膜選用卷式的匯通ULP32-8040。表3-8匯通ULP32-8040技術(shù)詳情運行極限值產(chǎn)品規(guī)格最高操作溫度113(45℃)有效面積ft2（m2）400（37.0）pH范圍短期清洗（30min)2-12產(chǎn)水量gpd（m3/d）10500（39.7）pH范圍（連續(xù)運行）3-10應用測試壓力psi（bar）150（1.03）最大給水SDI155穩(wěn)定脫鹽率%99.5最大給水濁度NTU1較低脫鹽率%99.0允許游離氯含量＜0.1ppm回收率%15注：測試條件為水溫25℃、1.03MPa（150psi）、pH=7.5、1500ppmNaCl。3.4.4二級反滲透膜組件的數(shù)量mE2=q（公式7）式中：mm3.4.5二級反滲透PV組件的數(shù)量裝置所需PV組件數(shù)量：m（公式8）式中：——mPV3.4.6二級反滲透膜組件的排列組合二級反滲透裝置由16根膜組件和8個PV組件組成，二級反滲透系統(tǒng)膜組件按圖3-2排列：圖3-2二級反滲透膜元件排列方式3.4.7二級反滲透系統(tǒng)回收率的確定一支膜的最大回收率為17%，計算二級反滲系統(tǒng)回收率為：Y（公式9）式中：Y即二級反滲透系統(tǒng)回收率52.54%＞50%，故本設(shè)計二級反滲透系統(tǒng)符合要求。3.4.8二級反滲透系統(tǒng)的進水量和濃水量二級RO系統(tǒng)的進水量：Q（公式10）式中Q二級RO系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水量：11.0二級RO系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水回流到一級RO系統(tǒng)REF_Ref7019\w\h[8]。3.4.9二級反滲透增壓泵的計算設(shè)計系統(tǒng)所選用匯通ULP32-8040膜組件運行壓力為1.03MPa，即10.3kg/cm2，故選擇壓力為1.03MPa的增壓泵，二級反滲透系統(tǒng)的進水量為11.0m3/h。故增壓泵的流量為：11二級反滲透水泵的功率：W水泵輸入功率：WW則水泵輸入功率為4.09-6.65kW表3-9二級反滲透增壓泵選型型號流量（m3/h）揚程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蝕余量（m）ISG40-100(I)12.512.52900621.12.3ISG40-125(I)12.5202900581.52.3ISG40-160(I)12.5322900523.02.3因水泵流量為11.33m3/h，壓力為1.03MPa，即揚程為10.3m，結(jié)合其揚程的富裕系數(shù)考慮，選擇型號ISG40-100(I)離心泵作為二級反滲透增壓泵。3.4.10二級RO水箱二級反滲透出水量5.76m3/h，水力停留時間取2h，二級RO水箱有效容積計算：V設(shè)計水箱高度H=1.5m，數(shù)量N=2個，則每個水箱容積：V每個水箱的半徑：R水箱一般通常采用食品級不銹鋼材質(zhì)，故設(shè)計選則規(guī)格為（mm）Φ1150×1500（H）的食品級不銹鋼儲水罐。3.4.11一級反滲透系統(tǒng)的設(shè)計因一級反滲透系統(tǒng)的出水量是二級反滲透系統(tǒng)的進水量，所以一級RO系統(tǒng)的出水量為11m3/h。3.4.12一級反滲透膜的選型一級反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水量為11m3/h，設(shè)計系統(tǒng)回收率不低于50%REF_Ref7212\w\h[9]。設(shè)計膜組件的選擇與二級RO膜相同，采用型號為匯通ULP32-8040的反滲透膜。3.4.13一級反滲透膜組件的數(shù)量m（公式11）式中：m3.4.14一級反滲透PV組件的數(shù)量裝置所需PV組件數(shù)量：m（公式12）式中：n——每個PV組件內(nèi)的膜元件數(shù)量，取1；——m3.4.15一級反滲透膜組件的排列組合一級反滲透系統(tǒng)有32根膜組件和16個PV組件（如圖3-3所示）：圖3-3一級反滲透膜元件排列方式3.4.16一級反滲透系統(tǒng)回收率的確定單支膜的最大回收率為17%，計算一級反滲系統(tǒng)回收率為：Y一級反滲透系統(tǒng)回收率為60.61%大于50%，符合本設(shè)計一級反滲透系統(tǒng)的要求。3.4.17一級反滲透系統(tǒng)的進水量和濃水量一級RO系統(tǒng)的進水量：Q（公式13）式中Q一級反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)生的濃水量如下：16.34在實際生產(chǎn)中，為了提高系統(tǒng)水的回收率，一級反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水一般會回到系統(tǒng)進水處進行回用。3.4.18一級反滲透增壓泵的計算設(shè)計系統(tǒng)所選用匯通ULP32-8040膜組件運行壓力為1.03MPa，即10.3kg/cm2，故選擇壓力為1.03MPa的增壓泵。一級反滲透系統(tǒng)的進水量為16.34m3/h，故增壓泵的流量為：16.34×1.03=16.83m3/h一級反滲透水泵的功率：W水泵輸入功率：WW則水泵輸入功率為7.41-12.05kW。表3-10一級反滲透增壓泵選型型號流量（m3/h）揚程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蝕余量（m）ISG50-100(I)17.513.72900671.52.5ISG50-125(I)17.521.52900603.02.5ISG50-160(I)17.534.429005442.5因水泵流量為16.83m3/h，壓力為1.03MPa，即揚程為10.3m，選擇型號ISG50-100(I)離心泵作為一級反滲透增壓泵能滿足所需壓力。3.4.19一級RO水箱一級反滲透出水量11.0m3/h，水力停留時間取2h，一級RO水箱有效容積計算：V設(shè)計水箱高度H=2.0m，數(shù)量N=2個，則每個水箱容積：V每個水箱的半徑：R故設(shè)計選則規(guī)格為（mm）Φ1350×2000（H）的食品級不銹鋼儲水罐。此外，由于RO膜在pH值處于7.5至7.8范圍時能達到最高脫鹽效率。因此，在多級反滲透系統(tǒng)中，為了提高脫鹽率和產(chǎn)水量，需將一級RO裝置的產(chǎn)水（pH≈6）進入后段裝置前調(diào)整pH值至弱堿性。3.4.20兩級反滲透產(chǎn)水電導率在經(jīng)過兩級反滲透的作用下，原水中的細菌病毒、雜質(zhì)污染物、水垢等都被變成濃縮水被排出處理系統(tǒng)外。兩級反滲透的脫鹽率均為99.5%，進水的電導率為450μs/cm，則一級系統(tǒng)的產(chǎn)水電導率＜10μs/cm，二級反滲透系統(tǒng)的電導率＜2μs/cm，此時還沒有達到集成電路行業(yè)的超純水的標準，其超純水的電導率為0.056μs/cm（18MΩ?cm）REF_Ref7852\w\h[10]。故為了提高超純水的質(zhì)量，在經(jīng)過雙級反滲透后需要再增加EDI裝置和混合離子交換器進一步處理。3.5精密過濾器為確保EDI裝置的正常運行，精密過濾器安裝在EDI之前。當反滲透產(chǎn)水經(jīng)過精密過濾器處理后，可有效過濾入水中可能存在的顆粒雜質(zhì)，對EDI膜堆起到防護作用REF_Ref8289\w\h[11]。本設(shè)計處理水量為5.76m3/h，選用Φ50（20英寸）聚丙烯噴熔管，L=750mm，且20英寸的單支濾芯最大出力為1.0m3/h，則需濾芯總數(shù)：N精密需要選擇8根750mm長的噴熔管，放置在1個Φ200的不銹鋼容器內(nèi)。設(shè)計選用型號為JSY-JMF520的精密過濾器，其運行參數(shù)如下：表3-11精密過濾器運行參數(shù)型號流量(m3/h)運行壓(MPa)使用溫度設(shè)備尺寸(mm)濾芯數(shù)過濾精度(μm)JSY-JMF520≥50.1-1.05-60℃Φ200*10008根53.6EDI供水泵計算設(shè)計運行壓力為1.03MPa，即10.3kg/cm2，故選擇壓力為1.03MPa的增壓泵，EDI系統(tǒng)的進水量為5.76m3/h。故增壓泵的流量為：5.76EDI系統(tǒng)供水泵的功率：W水泵輸入功率：WW則水泵最小輸入功率為2.79kW，最大輸入功率為4.54kW。所以選擇型號IS65-40-200離心泵作為EDI系統(tǒng)供水泵，進水量為5.76m3/h，壓力為1.03MPa，具體運行參數(shù)如下。表3-12EDI系統(tǒng)供水泵運行參數(shù)型號流量（m3/h）揚程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蝕余量（m）IS50-32-1257.54.61450550.552.5IS65-40-2007.513.21450431.12.0IS65-40-2507.5211450402.22.03.7EDI設(shè)備選型及模塊計算原水中含有多種溶解物，經(jīng)過反滲透處理后，水中98%以上的離子被去除，而殘留的多種陰陽離子則在EDI設(shè)備中進一步排除，其他微小離子會在通過膜片和膜片之間的混合離子交換樹脂對初純水進行深度凈化。3.7.1EDI裝置模塊計算二級反滲透系統(tǒng)的出水量即為EDI系統(tǒng)的進水量為5.76m3/h，選用產(chǎn)水量為5.0m3/h的模塊，回收率為90%，經(jīng)過EDI系統(tǒng)產(chǎn)水的電阻率可達15MΩ?cm。則所需EDI裝置模塊數(shù)為：N（公式14）式中：q——每支模塊產(chǎn)水量，NEDI系統(tǒng)的產(chǎn)水量：5.76EDI系統(tǒng)的濃水量：5.76濃水回流至二級反滲透系統(tǒng)前，和一級反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水一并進入二級處理。3.7.2EDI設(shè)備選型由上方計算可得水用量為5.18m3/h，由于前面已經(jīng)裝設(shè)了EDI供水泵和精密過濾器，所以可從現(xiàn)有的反滲透系統(tǒng)直接注入，綜合考慮選用XL系列的EDI系統(tǒng)，設(shè)計型號為EDI-XL700，額定產(chǎn)水量為6000-8000L/h,其運行參數(shù)如下:表3-13EDI設(shè)備運行參數(shù)型號流量（L/h）正常壓降（Bar）管徑（進水）原水/產(chǎn)水管徑（進水）中心最大回收率（%）模塊數(shù)（塊）尺寸（W×D×H）cmEDI-XL7006000-80002-31.5/1.5Tube1/2Tube99385×50×120經(jīng)過EDI設(shè)備處理出水水質(zhì)≥18MΩ·cm（在25℃溫度下），但還未達到集成電路行業(yè)的超純水電阻率的水質(zhì)要求，故在后續(xù)工藝中還需加設(shè)混合離子交換器，進一步提高產(chǎn)水的質(zhì)量，使出水的電阻率符合電子行業(yè)用水標準。3.7.3氮封水箱超純水氮封裝置的主要功能是存儲EDI系統(tǒng)產(chǎn)出的水，為TOC脫除器提供緩沖，并供給后續(xù)過程所需的水源。該裝置有快速泄放閥和微壓調(diào)節(jié)閥兩個主要部分。當儲罐內(nèi)壓力超過預設(shè)值時，快速泄放閥會迅速開啟以釋放多余的壓力，防止CO2等氣體積累。當儲罐內(nèi)壓力下降時，微壓調(diào)節(jié)閥將開啟，向儲罐內(nèi)充入N2，以維持所需的壓力水平，并實現(xiàn)水箱內(nèi)的水不受二次污染。此外，通過高低液位控制EDI裝置及超純水輸送泵的起停。EDI系統(tǒng)出水流量5.18m3/h，設(shè)計其停留時間為2h。氮封水箱有效容積計算：V設(shè)計水箱高度H=1.5m，設(shè)計水箱1個，水箱的半徑：R通常情況下氮封水箱采用不銹鋼材質(zhì)，故設(shè)計選擇規(guī)格為（mm）Φ1500×1500（H）的SUS304材質(zhì)全密封儲水罐。3.7.4超純水輸送泵超純水輸送泵用于輸送EDI裝置產(chǎn)出水到下一用水點，為下一用水點提供所需要的壓力和流量。設(shè)計運行壓力為1.03MPa，即10.3kg/cm2，故選擇壓力為1.03MPa的增壓泵，EDI系統(tǒng)的出水量為5.18m3/h。超純水輸送泵的流量為：5.18超純水輸送泵的功率：W超純水輸送泵輸入功率：WW則超純水輸送泵最小輸入功率是2.51kW，最大輸入功率是4.10kW。由于輸送泵的流量是5.7立方米每小時，壓力為1.03兆帕，選擇型號IS65-40-200離心泵作為超純水輸送泵，其運行參數(shù)如下：表3-14超純水輸送泵運行參數(shù)型號流量（m3/h）揚程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蝕余量（m）IS65-40-2007.513.21450431.12.03.8TOC脫除器在超純水制備中，關(guān)鍵是將TOC降到極低水平。常用185nm波長的低壓高能紫外光技術(shù)，將TOC控制在3ppb內(nèi)。使用185nm的紫外光照射純水時，會觸發(fā)水的均裂反應，產(chǎn)生羥基、氫離子和水合電子等活性中間體REF_Ref9759\w\h[12]。這些中間體與水中的有機物進行親電、親核或電子轉(zhuǎn)移反應，促使有機物分解和礦化，從而顯著降低水中的TOC濃度。在EDI系統(tǒng)產(chǎn)水中，TOC一般小于50ppb，而經(jīng)過TOC脫除器處理后，TOC濃度可進一步降至3ppb。表3-15TOC脫除器選型型號額定流量（m3/h）功率(W)燈管數(shù)量進出水口直徑尺寸（L×D×H）mmSJY-VUV4T1-430041″910×101×211SJY-VUV6T2-640061.5″910×159×359SJY-VUV10T3-1050082″910×276×676因設(shè)計流量為5.0m3/h因此選用SJY-VUV6T，其額定流量為2-6m3/h，燈管功率為400W，燈管數(shù)量6只。3.9后處理單元設(shè)施設(shè)計計算后處理單元部分主要包括混合離子交換器、紫外線殺菌、終端過濾器等設(shè)備。它們主要作用是對前段處理后的超純水水中的陰陽離子進行深度的處理以及殺菌，然后在壓力下輸送到用水點。3.9.1混合離子交換器混合離子交換器的工作原理是將陰、陽離子交換樹脂上的可交換離子與水中離子進行等電荷反應，有效降低水中的含鹽量，達到凈化水質(zhì)的目的。離子交換劑用量計算進水量Q=5.18m3/h，原水的總硬度H0=9mmol/L，設(shè)計工作周期為10小時。(1)以容量法單位表示全交換容量E（公式15）式中：P——離子交換劑的含水率，取5γ——離子交換劑的表現(xiàn)密度，g/mL，0.8g/mL。E(2)工作交換容量E工工作交換容量E工為全交換容量E全的60%，即E(3)一個工作周期中應除去的硬度值E=Q×T(4)所需樹脂的容積W=離子交換器選型混合離子交換器后面常串聯(lián)拋光床。此時，水中不再會產(chǎn)生陽離子或陰離子交換的反離子，水的溶解度很低。當原水經(jīng)過在反滲透或EDI系統(tǒng)后，出水電阻率≥18.2MΩ·cm（25℃溫度下）?；旌想x子交換器的進水流量5.18m3/h，回收率為93%。離子交換器的產(chǎn)水量：5.18故采用LNN-800，流量為7.5m3/h，規(guī)格為Φ812×3450（H），樹脂交換容量大、交換速度快，出水水質(zhì)高，所需樹脂的容積為0.50m3。表3-16混合離子交換器選型型號流量（m3/h）濾速（m/h）外形尺寸（mm）樹脂層高（mm）LNN-5002.915Φ512×3260（H）1800LNN-8007.515Φ812×3450（H）1800LNN-100011.81115Φ1012×3950（H）22003.9.2紫外線殺菌紫外線消毒是通過特定波長的紫外線破壞微生物細胞，使生長中的細胞死亡或繁殖細胞無法再生，從而有效實現(xiàn)殺菌。在超純水生產(chǎn)過程中，可根據(jù)水量的多少直接選用紫外線殺菌消毒。故設(shè)計選用不銹鋼材質(zhì)的管道式紫外線殺菌設(shè)備進行二次殺菌處理，對其進行選型如下：表3-17紫外線殺菌器選型型號流量（m3/h）工作壓力(MPa)功率（W）進出水口直徑燈管數(shù)量設(shè)備尺寸（cm*cm*cm）UVC80-151.680DN50190×85×45UVC80-2101.680DN65290×85×45UVC80-3201.680DN80390×85×45最終產(chǎn)水量為4.82m3/h，故選擇不銹鋼材質(zhì)的管道式紫外線殺菌器UVC80-1型號。3.9.3終端過濾器計算為確保產(chǎn)水質(zhì)量的穩(wěn)定，傳統(tǒng)的超純水系統(tǒng)通常使用微米級精密濾器，濾芯規(guī)格為0.1μm或0.22μm的微孔折疊膜，主要作用是移除細小微粒和細菌和防止混床樹脂顆粒脫落。在集成電路行業(yè)中，為滿足更嚴格的標準，常采用超濾作為最終階段的過濾技術(shù)。超濾能夠有效去除絕大部分微污染物，截留相當于分子量6000Da的微小顆粒。本設(shè)計預處理水量為4.82m3/h，采用Φ50（20英寸）聚丙烯噴熔管進行過濾，L=750mm，且20英寸的單支濾芯最大出力為1.0m3/h，則需濾芯總數(shù)：N精密需要選擇5支750mm長的噴熔管，放置在1個Φ200的不銹鋼容器內(nèi)。設(shè)計選用JSY-JMF530，運行參數(shù)如下：表3-18終端過濾器運行參數(shù)型號流量(m3/h)運行壓力(MPa)使用溫度設(shè)備尺寸(mm)濾芯數(shù)量過濾精度(μm)JSY-JMF530≥7.50.1～1.05～60℃Φ200*10005根0.1終端過濾器采用0.1μm超高密度聚乙烯材質(zhì)，可通過過濾污染物（顆粒、細菌等）時，可確保離子濃度非常低，滿足于集成電路的用水標準。4項目經(jīng)濟技術(shù)分析4.1主要設(shè)備清單表4-1主要構(gòu)筑物設(shè)備清單序號名稱產(chǎn)品規(guī)格（mm）數(shù)量備注單價（萬元）1原水箱Φ2200×25001PT-10000L型PE塑料水箱1.92原水泵/1IS50-40-2000.1623多介質(zhì)過濾器Φ1500×29001LJMF-14002.424反洗泵/1ISG80-125(I)0.3655活性炭過濾器Φ1500×29001FY-SC04-15002.356保安過濾器Φ300×13601JSY-JMF7400.407二級反滲透增壓泵/1ISG40-100(I)0.1458二級反滲透膜組件/20ULP32-80404.09二級反滲透水箱Φ1250×15002食品級不銹鋼材質(zhì)2.510一級反滲透增壓泵/1ISG50-100(I)0.1411一級反滲透膜組件/32ULP32-80409.412一級反滲透水箱Φ1350×20002食品級不銹鋼材質(zhì)5.613精密過濾器Φ200×10001JSY-JMF5200.314EDI供水泵/1IS65-40-2000.10515EDI設(shè)備850x500x12001EDI-XL7004.616氮封水箱Φ1500×15001SUS3041.4017超純水輸送泵/1IS65-40-2000.108序號名稱產(chǎn)品規(guī)格（mm）數(shù)量備注單價（萬元）18TOC脫除器910×276×6761SJY-VUV6T0.7519混合離子交換器Φ812×34501LNN-8002.3520紫外線殺菌裝置900×850×4501UVC80-10.1121終端過濾器Φ200×10001JSY-JMF5300.4822其他//管道配件等10合計：（萬元）49.585注：表內(nèi)價格均來自淘寶、阿里巴巴和線上咨詢廠家獲得的報價。4.2設(shè)備維修及耗材更換費用表4-2設(shè)備維修及耗材更換清單序號名稱更換項目數(shù)量單價（萬元）1多介質(zhì)過濾器更換濾料1年/次0.302活性炭過濾器更換濾料0.5年/次0.183保安過濾器更換濾芯3個月/次0.154二級反滲透膜組件更換2年/次2.655一級反滲透膜組件更換2年/次6.006精密過濾器更換濾芯3個月/次0.067EDI設(shè)備更換模塊2年/次1.588TOC脫除器更換UV燈半年/次0.169混合離子交換器更換樹脂2年/次0.2010紫外線殺菌裝置更換UV燈1年/次0.0911終端過濾器更換濾芯3個月/次0.18合計：（萬元/年