Совершенствование технологии подготовки глубокодеионизированной воды с целью снижения нагрузки на окружающую среду
ВВЕДЕНИЕ
Для проведения технологических процессов на производстве микроэлектроники используется глубокодеионизированная вода, которая не загрязняет изготавливаемые устройства механическими частицами, химическими соединениями, ионными включениями, что сокращает число дефектов в готовом устройстве. Однако производство деионизированной воды сопровождается использованием большого количества химических реагентов, что приводит к образованию отходов, которые необходимо утилизировать. Поэтому схемы водоподготовки должны быть модернизированы новыми безреагентыми методами водоочистки, которыми являются мембранные методы. Системы водоподготовки на основе блоков обратного осмоса и электродеионизации обеспечивают требуемые свойства очищаемой воды при наименьшем использовании химических реагентов.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Требования к качеству воды 6
1.1 Необходимость получения деионизированной воды 6
1.2 Основные показатели качества воды 6
1.3 Стандарты, устанавливающие требования к качеству воды 7
2 Методы обессоливания 9
2.1 Термическое обессоливание 9
2.2 Ионный обмен 11
2.3 Мембранные методы 12
2.4 Сравнение методов обессоливания 16
2.5 Особенности технологической схемы водоподготовки 20
2.6 Особенности двухступенчатой установки обратного осмоса 21
2.6.1 Состояние углекислого газа в растворах 21
2.6.2 Контроль качества пермеата 22
2.6.3 Методы декарбонизации 23
3 Расчет системы водоподготовки 25
3.1 Расчет адсорбционного фильтра 25
3.2 Расчет ионообменного фильтра 30
3.3 Расчет установки обратного осмоса 35
3.3.1 Мембранные модули обратного осмоса 35
3.3.2 Программа для расчета установки обратного осмоса 38
3.4.3 Расчет установки обратного осмоса в программе IMSDesign 39
3.4 Расчет установки электродеионизации 42
3.4.1 Модули электродеионизации 42
3.4.2 Характеристики модуля MK-3MiniHT 46
3.4.3 Программа для расчета установки электродеионизации 47
3.4.4 Расчет установки электродеионизации в программе Winflows 4.04 48
4 Проектирование двухступенчатой системы обратного осмоса 50
4.1 Компоненты двухступенчатой обратноосмотической системы 50
4.2 Корпус мембранных элементов 53
4.3 Подбор насосов 54
4.4 Расчет диаметров труб 56
4.5 Сварная рама 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 65
ПРИЛОЖЕНИЕ В 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Reinhardt K., Kern W. (ed.). Handbook of silicon wafer cleaning technology. – William Andrew, 2018.
Беликова С. Е., Хохрякова Е. А., Резник Я. А. Водоподготовка. – 2007.
Требования, предъявляемые к качеству деионизированной воды. Стандарты ГОСТ Р, ISO, ОСТ, ASTM, CLSI. [Электронный ресурс]. URL: https://ультрачистаявода.рф/производство/деионизированная-вода/технические-нормативы/ (дата обращения 20.12.2022)
Азрапкин А. П. Сравнительный анализ отечественной и зарубежной нормативной документации, регламентирующий водоподготовку и стандарты качества в производстве микроэлектроники и ФПУ // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2014. № 4(76). С. 66-67.
Вихрев В. Ф., Шкров М. С. Водоподготовка. – Рипол Классик, 1966. 327-329 с.
Рябчиков Б. Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. – Дели принт, 2004. 168-190 с.
Гурвич С. М. Водоподготовка. – Госэнергоиздат, 1961. 220 с.
Морозова, Е. А. Проект по мембранным методам очистки сточных вод // Исследования в области естественных и технических наук: междисциплинарный диалог и интеграция : сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции, Белгород, 27 декабря 2018 года. 2019. С. 168-174.
Джубари М. К., Алексеева Н. В. Эффективность электродиализа при очистке промышленных сточных вод //Вестник технологического университета. 2020. №. 7. С. 33-39.
Быков В. И., Ильина С. И., Логинов В. Я. Электродиализ: история и перспективы развития // Вестник Технологического университета. 2021. № 7. С. 5-10.
Бессмертный, Р. Ю. Использование процессов обессоливания в системах энергообеспечения // Великие реки 2018 : Труды научного конгресса 20-го Международного научно-промышленного форума. В 3-х томах, Нижний Новгород, 15–18 мая 2018 года, 2018. С. 349-350.
Акимов С. С. и др. Перспективы рационального водопотребления береговыми предприятиями рыбной отрасли //Научные труды Дальрыбвтуза. 2011. С. 187-190.
Рама необходима для придания устойчивости системе и компактного размещения установки обратного осмоса, поэтому требования по жёсткости и прочности данной конструкции не являются приоритетными. Самым важным функционалом, который должна обеспечивать конструкция – это удобное размещение системы водоподготовки. Рассматриваемая система водоподготовки эксплуатируется в закрытом помещении при температуре около 20ºС и относительной влажности не более 40%. Рама не воспринимает больших нагрузок. В связи с этим допустимо выбрать конструкционную сталь марки Ст2кп, недорогостоящую и обладающую необходимыми механическими свойствами. Ст2кп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества. Применяется для неответственных деталей, малонагруженных элементов, работающих при постоянных нагрузках и при положительных температурах. Конструкция сваривается из профильной трубы ручной дуговой сваркой плавящимся электродом.
При расчете адсорберов должны быть известны следующие исходные данные: расход воды; начальная концентрация загрязнений; концентрация загрязнений в чистой воде; изотерма адсорбции; скорость фильтрования воды через слой загрузки или скорость движения воды через поперечные сечения адсорбера; объем адсорбента, единовременно выгружаемого из установки; ориентировочная продолжительность периода работы адсорбента до проскока и соответственно замены отработанного адсорбента чистым; требуемая степень отработки; кажущаяся и насыпная плотность адсорбента. Для обеспечения требуемой степени дехлорирования используется активированный кокосовый уголь марки CEYCARB CEWC 12∙40. Гранулированный активированный уголь предназначен для удаления запахов, снижения содержания растворенных органических веществ и цветности в воде. Также используется для удаления активного хлора и хлорорганики. Гранулы активированного угля, полученные из скорлупы кокосового ореха, обладают высокой плотностью и прочностью на механическое и динамическое истирание. Его характеристики приведены в таблице 1 [19].