表面黏着科技厂超纯水系统工艺设计

目录TOC\o"1-3"\h\u205161引言 表面黏着科技厂超纯水系统工艺设计摘要表面黏着科技厂（SMT）作为电子制造的核心领域，对超纯水的纯度要求极高，需满足芯片清洗、光刻胶配制、焊膏稀释等精密工艺需求。在器件工艺过程中，几乎每一道工艺都离不开超纯水。随着集成电路集成度的提高，为保证产品质量，对水中存在的污染物的要求将更加严格。本设计采用“预处理+RO+EDI+TOC脱除器+UV”组合工艺制备超纯水，出水水质要求符合《电子级水》（GB/T11446.1—2013）。关键词表面黏着科技厂；超纯水；反渗透；EDI技术1引言近年来，国家大力发展战略新兴产业，鼓励国内IC的整体发展，打破国外垄断，增强科技竞争力。但是芯片制造的过程十分复杂，其中关键步骤是沉积、光刻胶涂覆、刻蚀、离子注入和封装，而这些步骤都离不开超纯水。表面黏着技术（SMT）在制造过程中确实会使用到超纯水。超纯水主要用于清洗电路板或元器件，去除焊接后残留的助焊剂和其他污染物，确保焊接点的可靠性和元器件表面的洁净度REF_Ref27649\w\h[1]。由于超纯水不含杂质和离子，因此能够避免导电性污染和腐蚀等问题，从而确保产品的性能和使用寿命。2超纯水系统组成2.1超纯水系统超纯水系统是专门设计的水处理设备，用于生产极高纯度的水，这种水几乎只含有水分子（H2O），不含或仅含极微量的杂质。超纯水系统是生产高纯度水的设备，广泛应用在半导体、制药、生物技术和实验室等领域。一个完整的超纯水系统有以下几个组成部分：2.2原水预处理系统多介质过滤器：去除水中的悬浮物、泥沙、铁锈等大颗粒物质。活性炭过滤器：去除水中的有机物、余氯、异味等。软化器：利用离子交换工艺去除水中的钙镁离子，以防止水垢的形成。2.3反渗透系统RO系统，又称反渗透系统，是一种水处理技术，通过半透膜去除水中的大多数溶解固体，包括盐分、有机物、微生物和其他杂质REF_Ref29948\w\h[2]。反渗透系统的工作原理是在高压力下迫使水通过一个具有选择性透过性的膜，这个膜允许只水分子通过，但阻挡了大部分溶解固体和其他较大分子。2.4离子交换系统EDI系统，即电去离子系统，是一种水处理技术，结合了离子交换树脂和电渗析的原理REF_Ref30506\w\h[3]，用于进一步净化水，以生产高纯度的去离子水。EDI系统通常用于反渗透（RO）系统之后，以去除水中的剩余离子，包括矿物质和盐分。EDI系统的优点包括操作成本低、无需化学品、占地面积小、维护简便以及能够提供稳定的高纯度水质量。2.5TOC脱除器TOC（总有机碳）脱除器是一种水处理设备，用于去除水中的有机碳化合物，以降低总有机碳的水平。在水处理过程中，TOC脱除器对于制备超纯水、制药用水、电子工业用水等至关重要，因为这些行业对水质的要求非常高。TOC脱除器的选择取决于多种因素，包括所需的水质水平、水的来源、有机物的种类和浓度、系统的运行成本以及环保要求。在实际应用中，TOC脱除器会与其他水处理单元结合使用，以便达到最佳的去除效果。2.6精处理系统紫外线消毒器：破坏水中残留的微生物遗传物质DNA，确保水质。2.7循环系统循环泵：保持水在系统中的流动，防止水质下降。储水罐：储存超纯水，并保持一定的压力。3纯水系统工程设计3.1原水选择广东省M市表面黏着科技厂的出水为饮用水源，其水质符合国家生活饮用水标准，设计进水水量为15m3/h。3.1.1进水水质分析广东省M市表面黏着科技厂的出水水质分析。见表3-1。表3-1原水水质分析序号分析项目单位数值1电导率μs/cm4802色度度＜53浊度NTU0.354臭和味级无5肉眼可见物描述无6pH值无量纲7.707菌落总数（CFU/ml）未检出8总大肠菌群（CFU/100ml）未检出9自由有效余氯mg/L0.7010氨（以N计）mg/L＜0.0211总硬度mg/L19012总溶解固体物mg/L24013氯化物mg/L28.614氟化物mg/L0.1315钠mg/L＜0.0116铜mg/L＜0.0117铝mg/L0.11018锌mg/L＜0.0119铁mg/L＜0.0120铅mg/L＜0.00121砷mg/L＜0.0013.1.2出水水质标准出水水质标准需符合《电子级水》（GB/T11446.1—2013）REF_Ref27649\w\h[4]，见表3-2。表3-2电子级水国家标准化学指标单位：μg/L技术指标项目EW—ⅣEW—ⅢEW—ⅡEW—Ⅰ电阻率(25℃)/MΩ.cm≥0.5≥12≥15(5%时间不低于13)≥18(5%时间不低于17)全硅≤1000≤50≤10≤2微粒数/（个/L）0.05μm~0.1μm5000.1μm~0.2μm3000.2μm~0.3μm500.3μm~0.5μm20＞0.5μm4细菌个数/（个/mL）≤100≤10≤0.1≤0.01铜含量≤500≤2≤1≤0.2锌含量≤500≤5≤1≤0.2镍含量≤500≤2≤1≤0.1钾含量≤500≤5≤2≤0.5钠含量≤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设计基础数据规划超纯水制备系统进水量：预处理:15m3/h每个系统出力情况如下：一级RO系统超纯水处理：11.0m3/h二级RO系统超纯水处理：5.76m3/hEDI超纯水处理：5.18m3/h，回收率90%10%的浓水回流至二级RO超纯水系统TOC脱除器：TOC去除到3ppb以下混合离子交换器：4.82m3/h，回收率93%3.2工艺流程本设计集成电路厂超纯水系统工程采用“预处理+RO+EDI+TOC脱除器+UV”组合工艺，其设计规划流程图如图3-1所示：图3-1纯水工程设计规划流程图3.3预处理单元设施设计计算Q0=15m3/h3.3.1原水箱计算和选型V（公式1）式中：V设计最高水位为2m，则水箱内底面积和底半径如下：SR水箱上边缘预留0.5m，设计水箱高度为2.5m。在制造纯净水的过程中，原水箱的作用是将原水进行储存，并促使沙粒等大颗粒物质沉淀，同时缓解原水管路中的水压波动带来的冲击。原水箱通常采用塑料材质制成，包括PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PTEE等类型，其中成本较低的PE材质被广泛使用。本设计选用立式平底的PT-10000L型PE塑料水箱，规格为Φ2200×2500mm。对净水箱则选用304不锈钢材质，在进水端设置浮球阀，在底端设置排污阀。3.3.2原水泵计算进水为自来水，其压力0.1MPa，即1kg/cm2。设计进水流量为15m3/h，原水进水所需压力为3-4kg/cm2，为了保持稳定的水压和流量，通常需要使用原水泵来提升压力，满足输送管道的基本压力要求，确保系统的正常运作，故设计原水泵压力为0.3MPa（3kg/cm2）。同时为了确保水泵的可靠性并计算所需流量QA，当水泵间隙的泄漏和管道阻力的增加，需增加一定的富裕量来确定最佳流量。富裕量计算公式：QA的1.10倍即为选用流量QB。原水泵选用流量：Q水泵的功率：W（公式2）式中：W即原水泵的功率为1.3761kW。原水泵输入功率：W（公式3）式中：WW即原水泵输入功率在2.12-3.44kW范围内。选择型号离心泵IS65-40-200作为原水泵，原水泵的流量是25m3/h，扬程为5.0m，压力为0.3MPa，运行参数如下：表3-3原水泵运行参数型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蚀余量（m）IS65-40-2002550.02900605.672.0另外需在原水箱里面设置低液位控制报警器，当水箱液面水位较低时，停止原水泵，从而保护系统。3.3.3多介质过滤器计算在以自来水为原水的预处理系统中一般采用压力式机械过滤器，主要是去除水中泥沙、铁锈和悬浮物体，从而保证产水质量，延长渗透纯水设备的寿命。本设计系统预处理进水流量为15.0m3/h，选用1台压力式不锈钢材质的多介质过滤器，该过滤器的产水量Q=15m3/h，过滤流速8-12m/h，罐体过滤流速取v=10m/h，且罐体内部涂防腐材料。设计过滤器直径：D（公式4）式中：D多实际过滤流速为：v配水系统为小阻力配水，在上方布设Φ40多缝滤帽，缝宽控制在0.25-0.4mm之间，有1.50%的开孔率，且每平方米范围内布置50个滤帽。则所需过滤帽总数：n为保持多介质过滤器的持续过滤效果，多介质过滤器配装了多功能切换阀（多动阀），实现过滤和反洗功能的转换，定期清除过滤截留下的颗粒、悬浮物、胶体及有机杂质等。因此进水与反冲洗阀选用全自动的DL-1050多路控制阀，另外进水管和出水管选用304不锈钢钢管。设计反冲洗强度，多介质过滤器一般范围值为10-15L/（s.m2），取q=12L/（s.m2）。则反冲洗水量：Q（公式5）式中：Q反洗阻力一般不超过20m，故选用ISG80-125(I)型立式管道离心泵一台，流量为每小时100立方米，扬程可达20米，功率为5.5千瓦。选用LJMF-1400型号的多介质过滤器，其运行参数如下：表3-4多介质过滤器运行参数型号材质出水量(m3/h)工作温度(℃)滤速(m/h)滤料高度(mm)外形尺寸(mm×H)LJMF-1400304不锈钢材级204-50914001400×2900为确保出水质量，选择使用双层滤料，因为双层滤料在截污能力和过滤速度方面均优于单层滤料REF_Ref31172\w\h[5]。滤料通常由石英砂和无烟煤组成，它们的水头损失增加得较慢，工作周期长。其中石英砂滤料的填充高度是900mm，无烟煤滤料的填充高度为500mm。滤料用量：M（公式6）式中：MM滤料的填装方案如表3-5所示：表3-5多介质过滤器滤料填装方案滤料直径(mm)厚度(mm)密度(g/cm3)用量(m3)上层无烟煤0.8-1.25001.71.31下层石英砂0.3-0.59002.653.673.3.4活性炭过滤器计算活性炭过滤器主要作用是去除水中色素和异味道。目前超纯水制备中广泛应用的是压力式固定床吸附装置的活性炭过滤器，因此设计选用1台压力式活性炭过滤器，材质为不锈钢。设计活性炭过滤器的产水量为Q=15m3/h，过滤流速范围10-20m/h，取v=15m/h，,则罐体直径为：D实际滤速为：V选用直径1-3mm范围内的果核壳活性炭，进水管与出水管均为不锈钢材质的钢管，进水与反冲洗阀选择DL-1050的全自动多路控制阀。配水系统为小阻力配水，上方设Φ30多缝滤帽，过滤器所需滤帽数量：n设计反冲洗强度，活性炭过滤器一般范围值9-15L/（s.m2），取q=10L/（s.m2）则反冲洗水量：Q由于活性炭过滤器的反洗水流量（37.37m³/h）小于多介质过滤器反洗水流量（66.47m³/h活性炭的用量：M设计活性炭过滤器选用FY-Sc04-1500，其运行参数如下：表3-6活性炭过滤器运行参数型号规格流量(m3/h)工作温度反洗强度L/（m2.S）反冲洗时间（min）滤速(m/h)滤料高度(mm)密度(g/cm3)用量(m3)FY-Sc04-1500Φ1500×290015常温9-124-61815000.50.793.3.5保安过滤器计算保安过滤器的主要功能是确保反渗透系统进水的SDI值低于3，即有效去除预处理设备可能溢出的活性炭粉末和树脂颗粒REF_Ref5951\w\h[6]。根据本设计的预处理水量为15立方米/小时，因此选择使用直径为63毫米（40英寸）的聚丙烯喷熔管，长度为1016毫米，且40英寸的单支滤芯最大出力为1.2立方米/小时，则所需滤芯总数：N选择13根1016mm长的喷熔管，放置在1个Φ300的不锈钢容器内。选择型号为JSY-JMF740，其运行参数如下：表3-7保安过滤器运行参数型号流量(m3/h)运行压力(MPa)使用温度设备尺寸(mm)滤芯数过滤精度(μm)JSY-JMF740200-1.0Mpa5-60℃Φ300*136013根5另外，保安过滤器内部配备喷熔聚丙烯芯，需在进出口处设置压力指示表。当压差达到预设值时，应立即更换滤芯以保持系统效率。3.4膜处理单元设施设计计算膜处理单元有多种组合方式，如一级多段、多级多段等，以满足不同处理对象的要求，本设计选择采用多级多段式配置，即双级反渗透工艺。双级反渗透工艺可使上层浓缩液流入下层进水，由此增加产品水回收率，提升系统除盐率和改善通过水的质量。3.4.1反渗透装置设计导则（1）根据需要，确定RO装置出水，系统脱盐率和回收率；（2）选择膜的类型时需在技术上经济上合理、可行、节约；（3）力求每段膜组件出力与压降相等；（4）合理选用高压给水泵，连接管道和阀门的材料要防腐蚀和耐高温。3.4.2二级反渗透系统设计一般生产厂商在制造设备时已经对膜组件的最大回收率做了规定，因此设计时要严格遵守。故设计出水量为5.76m3/h，设计水量回收率＞50%。3.4.3二级反渗透膜型号的选择反渗透膜主要分为板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式四种类型。螺旋卷式膜以其结构紧凑、单元体积内膜面积大、占地面积小以及便于大规模生产的优点而广泛使用REF_Ref6510\w\h[7]。且由《反渗透系统设计指南》可知处理量＞5m3/h时，选用8040膜，故本设计二级反渗透膜选用卷式的汇通ULP32-8040。表3-8汇通ULP32-8040技术详情运行极限值产品规格最高操作温度113(45℃)有效面积ft²（m²）400（37.0）pH范围短期清洗（30min)2-12产水量gpd（m³/d）10500（39.7）pH范围（连续运行）3-10应用测试压力psi（bar）150（1.03）最大给水SDI155稳定脱盐率%99.5最大给水浊度NTU1较低脱盐率%99.0允许游离氯含量＜0.1ppm回收率%15注：测试条件为水温25℃、1.03MPa（150psi）、pH=7.5、1500ppmNaCl。3.4.4二级反渗透膜组件的数量mE2=q（公式7）式中：mm3.4.5二级反渗透PV组件的数量装置所需PV组件数量：m（公式8）式中：——mPV3.4.6二级反渗透膜组件的排列组合二级反渗透装置由16根膜组件和8个PV组件组成，二级反渗透系统膜组件按图3-2排列：图3-2二级反渗透膜元件排列方式3.4.7二级反渗透系统回收率的确定一支膜的最大回收率为17%，计算二级反渗系统回收率为：Y（公式9）式中：Y即二级反渗透系统回收率52.54%＞50%，故本设计二级反渗透系统符合要求。3.4.8二级反渗透系统的进水量和浓水量二级RO系统的进水量：Q（公式10）式中Q二级RO系统产生的浓水量：11.0二级RO系统产生的浓水回流到一级RO系统REF_Ref7019\w\h[8]。3.4.9二级反渗透增压泵的计算设计系统所选用汇通ULP32-8040膜组件运行压力为1.03MPa，即10.3kg/cm2，故选择压力为1.03MPa的增压泵，二级反渗透系统的进水量为11.0m3/h。故增压泵的流量为：11二级反渗透水泵的功率：W水泵输入功率：WW则水泵输入功率为4.09-6.65kW表3-9二级反渗透增压泵选型型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蚀余量（m）ISG40-100(I)12.512.52900621.12.3ISG40-125(I)12.5202900581.52.3ISG40-160(I)12.5322900523.02.3因水泵流量为11.33m3/h，压力为1.03MPa，即扬程为10.3m，结合其扬程的富裕系数考虑，选择型号ISG40-100(I)离心泵作为二级反渗透增压泵。3.4.10二级RO水箱二级反渗透出水量5.76m3/h，水力停留时间取2h，二级RO水箱有效容积计算：V设计水箱高度H=1.5m，数量N=2个，则每个水箱容积：V每个水箱的半径：R水箱一般通常采用食品级不锈钢材质，故设计选则规格为（mm）Φ1150×1500（H）的食品级不锈钢储水罐。3.4.11一级反渗透系统的设计因一级反渗透系统的出水量是二级反渗透系统的进水量，所以一级RO系统的出水量为11m3/h。3.4.12一级反渗透膜的选型一级反渗透系统的产水量为11m3/h，设计系统回收率不低于50%REF_Ref7212\w\h[9]。设计膜组件的选择与二级RO膜相同，采用型号为汇通ULP32-8040的反渗透膜。3.4.13一级反渗透膜组件的数量m（公式11）式中：m3.4.14一级反渗透PV组件的数量装置所需PV组件数量：m（公式12）式中：n——每个PV组件内的膜元件数量，取1；——m3.4.15一级反渗透膜组件的排列组合一级反渗透系统有32根膜组件和16个PV组件（如图3-3所示）：图3-3一级反渗透膜元件排列方式3.4.16一级反渗透系统回收率的确定单支膜的最大回收率为17%，计算一级反渗系统回收率为：Y一级反渗透系统回收率为60.61%大于50%，符合本设计一级反渗透系统的要求。3.4.17一级反渗透系统的进水量和浓水量一级RO系统的进水量：Q（公式13）式中Q一级反渗透系统的产生的浓水量如下：16.34在实际生产中，为了提高系统水的回收率，一级反渗透系统产生的浓水一般会回到系统进水处进行回用。3.4.18一级反渗透增压泵的计算设计系统所选用汇通ULP32-8040膜组件运行压力为1.03MPa，即10.3kg/cm2，故选择压力为1.03MPa的增压泵。一级反渗透系统的进水量为16.34m3/h，故增压泵的流量为：16.34×1.03=16.83m³/h一级反渗透水泵的功率：W水泵输入功率：WW则水泵输入功率为7.41-12.05kW。表3-10一级反渗透增压泵选型型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蚀余量（m）ISG50-100(I)17.513.72900671.52.5ISG50-125(I)17.521.52900603.02.5ISG50-160(I)17.534.429005442.5因水泵流量为16.83m3/h，压力为1.03MPa，即扬程为10.3m，选择型号ISG50-100(I)离心泵作为一级反渗透增压泵能满足所需压力。3.4.19一级RO水箱一级反渗透出水量11.0m3/h，水力停留时间取2h，一级RO水箱有效容积计算：V设计水箱高度H=2.0m，数量N=2个，则每个水箱容积：V每个水箱的半径：R故设计选则规格为（mm）Φ1350×2000（H）的食品级不锈钢储水罐。此外，由于RO膜在pH值处于7.5至7.8范围时能达到最高脱盐效率。因此，在多级反渗透系统中，为了提高脱盐率和产水量，需将一级RO装置的产水（pH≈6）进入后段装置前调整pH值至弱碱性。3.4.20两级反渗透产水电导率在经过两级反渗透的作用下，原水中的细菌病毒、杂质污染物、水垢等都被变成浓缩水被排出处理系统外。两级反渗透的脱盐率均为99.5%，进水的电导率为450μs/cm，则一级系统的产水电导率＜10μs/cm，二级反渗透系统的电导率＜2μs/cm，此时还没有达到集成电路行业的超纯水的标准，其超纯水的电导率为0.056μs/cm（18MΩ•cm）REF_Ref7852\w\h[10]。故为了提高超纯水的质量，在经过双级反渗透后需要再增加EDI装置和混合离子交换器进一步处理。3.5精密过滤器为确保EDI装置的正常运行，精密过滤器安装在EDI之前。当反渗透产水经过精密过滤器处理后，可有效过滤入水中可能存在的颗粒杂质，对EDI膜堆起到防护作用REF_Ref8289\w\h[11]。本设计处理水量为5.76m3/h，选用Φ50（20英寸）聚丙烯喷熔管，L=750mm，且20英寸的单支滤芯最大出力为1.0m3/h，则需滤芯总数：N精密需要选择8根750mm长的喷熔管，放置在1个Φ200的不锈钢容器内。设计选用型号为JSY-JMF520的精密过滤器，其运行参数如下：表3-11精密过滤器运行参数型号流量(m3/h)运行压(MPa)使用温度设备尺寸(mm)滤芯数过滤精度(μm)JSY-JMF520≥50.1-1.05-60℃Φ200*10008根53.6EDI供水泵计算设计运行压力为1.03MPa，即10.3kg/cm2，故选择压力为1.03MPa的增压泵，EDI系统的进水量为5.76m3/h。故增压泵的流量为：5.76EDI系统供水泵的功率：W水泵输入功率：WW则水泵最小输入功率为2.79kW，最大输入功率为4.54kW。所以选择型号IS65-40-200离心泵作为EDI系统供水泵，进水量为5.76m3/h，压力为1.03MPa，具体运行参数如下。表3-12EDI系统供水泵运行参数型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蚀余量（m）IS50-32-1257.54.61450550.552.5IS65-40-2007.513.21450431.12.0IS65-40-2507.5211450402.22.03.7EDI设备选型及模块计算原水中含有多种溶解物，经过反渗透处理后，水中98%以上的离子被去除，而残留的多种阴阳离子则在EDI设备中进一步排除，其他微小离子会在通过膜片和膜片之间的混合离子交换树脂对初纯水进行深度净化。3.7.1EDI装置模块计算二级反渗透系统的出水量即为EDI系统的进水量为5.76m3/h，选用产水量为5.0m3/h的模块，回收率为90%，经过EDI系统产水的电阻率可达15MΩ•cm。则所需EDI装置模块数为：N（公式14）式中：q——每支模块产水量，NEDI系统的产水量：5.76EDI系统的浓水量：5.76浓水回流至二级反渗透系统前，和一级反渗透系统的产水一并进入二级处理。3.7.2EDI设备选型由上方计算可得水用量为5.18m3/h，由于前面已经装设了EDI供水泵和精密过滤器，所以可从现有的反渗透系统直接注入，综合考虑选用XL系列的EDI系统，设计型号为EDI-XL700，额定产水量为6000-8000L/h,其运行参数如下:表3-13EDI设备运行参数型号流量（L/h）正常压降（Bar）管径（进水）原水/产水管径（进水）中心最大回收率（%）模块数（块）尺寸（W×D×H）cmEDI-XL7006000-80002-31.5/1.5Tube1/2Tube99385×50×120经过EDI设备处理出水水质≥18MΩ·cm（在25℃温度下），但还未达到集成电路行业的超纯水电阻率的水质要求，故在后续工艺中还需加设混合离子交换器，进一步提高产水的质量，使出水的电阻率符合电子行业用水标准。3.7.3氮封水箱超纯水氮封装置的主要功能是存储EDI系统产出的水，为TOC脱除器提供缓冲，并供给后续过程所需的水源。该装置有快速泄放阀和微压调节阀两个主要部分。当储罐内压力超过预设值时，快速泄放阀会迅速开启以释放多余的压力，防止CO2等气体积累。当储罐内压力下降时，微压调节阀将开启，向储罐内充入N2，以维持所需的压力水平，并实现水箱内的水不受二次污染。此外，通过高低液位控制EDI装置及超纯水输送泵的起停。EDI系统出水流量5.18m3/h，设计其停留时间为2h。氮封水箱有效容积计算：V设计水箱高度H=1.5m，设计水箱1个，水箱的半径：R通常情况下氮封水箱采用不锈钢材质，故设计选择规格为（mm）Φ1500×1500（H）的SUS304材质全密封储水罐。3.7.4超纯水输送泵超纯水输送泵用于输送EDI装置产出水到下一用水点，为下一用水点提供所需要的压力和流量。设计运行压力为1.03MPa，即10.3kg/cm2，故选择压力为1.03MPa的增压泵，EDI系统的出水量为5.18m3/h。超纯水输送泵的流量为：5.18超纯水输送泵的功率：W超纯水输送泵输入功率：WW则超纯水输送泵最小输入功率是2.51kW，最大输入功率是4.10kW。由于输送泵的流量是5.7立方米每小时，压力为1.03兆帕，选择型号IS65-40-200离心泵作为超纯水输送泵，其运行参数如下：表3-14超纯水输送泵运行参数型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）效率（%）功率（kW）汽蚀余量（m）IS65-40-2007.513.21450431.12.03.8TOC脱除器在超纯水制备中，关键是将TOC降到极低水平。常用185nm波长的低压高能紫外光技术，将TOC控制在3ppb内。使用185nm的紫外光照射纯水时，会触发水的均裂反应，产生羟基、氢离子和水合电子等活性中间体REF_Ref9759\w\h[12]。这些中间体与水中的有机物进行亲电、亲核或电子转移反应，促使有机物分解和矿化，从而显著降低水中的TOC浓度。在EDI系统产水中，TOC一般小于50ppb，而经过TOC脱除器处理后，TOC浓度可进一步降至3ppb。表3-15TOC脱除器选型型号额定流量（m3/h）功率(W)灯管数量进出水口直径尺寸（L×D×H）mmSJY-VUV4T1-430041″910×101×211SJY-VUV6T2-640061.5″910×159×359SJY-VUV10T3-1050082″910×276×676因设计流量为5.0m3/h因此选用SJY-VUV6T，其额定流量为2-6m3/h，灯管功率为400W，灯管数量6只。3.9后处理单元设施设计计算后处理单元部分主要包括混合离子交换器、紫外线杀菌、终端过滤器等设备。它们主要作用是对前段处理后的超纯水水中的阴阳离子进行深度的处理以及杀菌，然后在压力下输送到用水点。3.9.1混合离子交换器混合离子交换器的工作原理是将阴、阳离子交换树脂上的可交换离子与水中离子进行等电荷反应，有效降低水中的含盐量，达到净化水质的目的。离子交换剂用量计算进水量Q=5.18m³/h，原水的总硬度H0=9mmol/L，设计工作周期为10小时。(1)以容量法单位表示全交换容量E（公式15）式中：P——离子交换剂的含水率，取5γ——离子交换剂的表现密度，g/mL，0.8g/mL。E(2)工作交换容量E工工作交换容量E工为全交换容量E全的60%，即E(3)一个工作周期中应除去的硬度值E=Q×T(4)所需树脂的容积W=离子交换器选型混合离子交换器后面常串联抛光床。此时，水中不再会产生阳离子或阴离子交换的反离子，水的溶解度很低。当原水经过在反渗透或EDI系统后，出水电阻率≥18.2MΩ·cm（25℃温度下）。混合离子交换器的进水流量5.18m3/h，回收率为93%。离子交换器的产水量：5.18故采用LNN-800，流量为7.5m3/h，规格为Φ812×3450（H），树脂交换容量大、交换速度快，出水水质高，所需树脂的容积为0.50m³。表3-16混合离子交换器选型型号流量（m3/h）滤速（m/h）外形尺寸（mm）树脂层高（mm）LNN-5002.915Φ512×3260（H）1800LNN-8007.515Φ812×3450（H）1800LNN-100011.81115Φ1012×3950（H）22003.9.2紫外线杀菌紫外线消毒是通过特定波长的紫外线破坏微生物细胞，使生长中的细胞死亡或繁殖细胞无法再生，从而有效实现杀菌。在超纯水生产过程中，可根据水量的多少直接选用紫外线杀菌消毒。故设计选用不锈钢材质的管道式紫外线杀菌设备进行二次杀菌处理，对其进行选型如下：表3-17紫外线杀菌器选型型号流量（m3/h）工作压力(MPa)功率（W）进出水口直径灯管数量设备尺寸（cm*cm*cm）UVC80-151.680DN50190×85×45UVC80-2101.680DN65290×85×45UVC80-3201.680DN80390×85×45最终产水量为4.82m3/h，故选择不锈钢材质的管道式紫外线杀菌器UVC80-1型号。3.9.3终端过滤器计算为确保产水质量的稳定，传统的超纯水系统通常使用微米级精密滤器，滤芯规格为0.1μm或0.22μm的微孔折叠膜，主要作用是移除细小微粒和细菌和防止混床树脂颗粒脱落。在集成电路行业中，为满足更严格的标准，常采用超滤作为最终阶段的过滤技术。超滤能够有效去除绝大部分微污染物，截留相当于分子量6000Da的微小颗粒。本设计预处理水量为4.82m3/h，采用Φ50（20英寸）聚丙烯喷熔管进行过滤，L=750mm，且20英寸的单支滤芯最大出力为1.0m3/h，则需滤芯总数：N精密需要选择5支750mm长的喷熔管，放置在1个Φ200的不锈钢容器内。设计选用JSY-JMF530，运行参数如下：表3-18终端过滤器运行参数型号流量(m3/h)运行压力(MPa)使用温度设备尺寸(mm)滤芯数量过滤精度(μm)JSY-JMF530≥7.50.1～1.05～60℃Φ200*10005根0.1终端过滤器采用0.1μm超高密度聚乙烯材质，可通过过滤污染物（颗粒、细菌等）时，可确保离子浓度非常低，满足于集成电路的用水标准。4项目经济技术分析4.1主要设备清单表4-1主要构筑物设备清单序号名称产品规格（mm）数量备注单价（万元）1原水箱Φ2200×25001PT-10000L型PE塑料水箱1.92原水泵/1IS50-40-2000.1623多介质过滤器Φ1500×29001LJMF-14002.424反洗泵/1ISG80-125(I)0.3655活性炭过滤器Φ1500×29001FY-SC04-15002.356保安过滤器Φ300×13601JSY-JMF7400.407二级反渗透增压泵/1ISG40-100(I)0.1458二级反渗透膜组件/20ULP32-80404.09二级反渗透水箱Φ1250×15002食品级不锈钢材质2.510一级反渗透增压泵/1ISG50-100(I)0.1411一级反渗透膜组件/32ULP32-80409.412一级反渗透水箱Φ1350×20002食品级不锈钢材质5.613精密过滤器Φ200×10001JSY-JMF5200.314EDI供水泵/1IS65-40-2000.10515EDI设备850x500x12001EDI-XL7004.616氮封水箱Φ1500×15001SUS3041.4017超纯水输送泵/1IS65-40-2000.108序号名称产品规格（mm）数量备注单价（万元）18TOC脱除器910×276×6761SJY-VUV6T0.7519混合离子交换器Φ812×34501LNN-8002.3520紫外线杀菌装置900×850×4501UVC80-10.1121终端过滤器Φ200×10001JSY-JMF5300.4822其他//管道配件等10合计：（万元）49.585注：表内价格均来自淘宝、阿里巴巴和线上咨询厂家获得的报价。4.2设备维修及耗材更换费用表4-2设备维修及耗材更换清单序号名称更换项目数量单价（万元）1多介质过滤器更换滤料1年/次0.302活性炭过滤器更换滤料0.5年/次0.183保安过滤器更换滤芯3个月/次0.154二级反渗透膜组件更换2年/次2.655一级反渗透膜组件更换2年/次6.006精密过滤器更换滤芯3个月/次0.067EDI设备更换模块2年/次1.588TOC脱除器更换UV灯半年/次0.169混合离子交换器更换树脂2年/次0.2010紫外线杀菌装置更换UV灯1年/次0.0911终端过滤器更换滤芯3个月/次0.18合计：（万元/年