新型TMAH有机溶液脱水工艺研究及技术经济分析

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四甲基氢氧化铵(TMAH)是一种强有机碱,在微电子制造过程中,TMAH常作为光刻胶的显影液或剥离液使用。TMAH一般以五水合物(TMAH·5H2O)的形式存在,在制备光刻胶剥离液的过程中会引入大量的水分子,水在剥离光刻胶过程中会腐蚀铜、铝的布线,导致微电子元件失效。因此,必须去除TMAH·5H2O中的水,但TMAH·5H2O属于热敏性物质,受热后极易分解,难以从TMAH·5H2O中脱除水分子。针对上述问题,本文提出制备含水量低于0.5%的TMAH有机溶液,对新型分子蒸馏TMAH有机溶液脱水工艺进行了研究和模拟、优化,并进行了技术经济分析,主要研究内容如下:(1)采用刮膜式分子蒸馏装置,对TMAH有机溶液脱水进行了研究。通过分子蒸馏单因素实验证明了脱水的可能性,探讨了不同有机溶剂、进料温度、蒸发温度、操作压力、进料速率、分离级数等对脱水效果的影响。结果表明,分子蒸馏对TMAH有机溶液脱水效果明显,同时可防止TMAH热分解,有机溶剂、蒸发温度、操作压力、进料速率对脱水效果有明显的影响。(2)用Aspen Plus建立了模拟分子蒸馏脱水工艺的模型,该模型采用拟合因子和模拟温度与实验温度之间的线性关系对模型进行修正,修正后的模拟数据与实验数据的相对误差小于5%,说明模拟结果和实验结果吻合较好。用响应面分析优化了脱水工艺的操作参数,结果表明最佳的操作工艺为:85 oC、100 Pa,进料速率为54 g/min,脱水后的溶液最低含水量为0.43%,含水量的去除率高达92.35%。(3)对丙二醇的回收工艺进行了精馏过程模拟,优化后的精馏塔各项参数为:理论板数为6块板、进料位置为第四块板、操作回流比为1.8、操作压力为0.1bar,模拟结果表明,分离后丙二醇的纯度达到99.89%,满足循环使用的要求。(4)对TMAH丙二醇溶液脱水过程的技术经济分析表明,项目具有较强的可行性和抗风险能力,适合进行产业化。
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