綠色製程設計-超重力精餾系統

  • 文: 生產技術處副理 梁淵信

 

2019年中,常熟三期進行產線安裝工程後,隨即展開新項目之整改計畫。未來廠區高濃有機溶劑廢液將有三大來源,其中以現有呆滯廢液為大宗,加上二期現行的產出,以及未來三期/新項目整改後的產能所產出。這些無法靠廠內的廢水處理系統進行處理,若以廢棄物處理將對常熟廠營運造成沉重的負擔。因此,如何有效的回收再利用與減廢,將是綠色製程設計很重要的關鍵。

現況困難,養分成就創新設計的動力

三期之初期規劃僅針對鋰離子電池添加劑產線作高純度有機溶劑回收設計,並未考慮其他產品,當時設備已經建置,而後再討論變更設計,即遇到現有系統無法整改的問題。目前國內有機溶劑精餾設計主流皆採化工界常見的板塔式設計,若欲引入,其車間高度至少需要2層樓高,現況不單是溶劑車間高度僅1.5層樓高無法符合需求,還需增加近500萬人民幣之支出。

因此在整體考量下,需於原設計基礎下進行修改,故引入創新設備-超重力精餾技術。該技術最大優勢在於:(1)可連續式生產、(2)床體小可直接與原設計連接、(3)產量大、回收純度高。話雖如此,但這新型設備當時並無使用過,因此如何設計與確保設計的可行性將是重要的一環。

三大設計準則:基於原理、模擬驗證、大膽設計

關於製程設計基礎概念架構可參考圖(二),而三期的超重力精餾技術之設計是建立在原設計規模下,基於化工常見的精餾原理做變更設計。此外,還需考量現況的設計模組。因此,若不將現況參數引入製程模擬進行擬合很難預測真實狀況。

「擬合設計」能告訴我們三件事:(1)設計是否具正確性、(2)可以擬合出一個最佳條件做為製程初始參數條件、(3)需要符合何種內外在條件才能重現擬合結果。當製程模擬告訴我們這些資訊,其設計信心水準至少達80%以上,即可大膽地投入設計支出,並於實體建設後再進行微幅參數調適即可,因而大大降低製程的不確定性與調適週期、達到目標生產。

常熟廠之有機溶劑回用比例高達80%以上,主因是:目前回收之有機溶劑符合鋰離子電池添加劑與電鍍添加劑對於有機溶劑的品質要求;反觀大發廠,由於產品品質需求較高,對於有機溶劑品質要求較為嚴苛,目前僅針對現有兩組明星產品做製程回用,故有機溶劑回用率較常熟廠低,而其餘項目產品的有機溶劑回收後僅能低價銷售,無法回用。

顛覆以往的設計思維-精簡優化設計、創新設計、連續式生產設計

未來3~5年擴建計劃中,產能的需求已不能再用製程線放大的觀點去思考。除了須符合製程需求外,還須整體考量設備的處理效能、瓶頸解析設計、部分連續式(或全連續式)設計、製程技術之改善與創新設備的引入,才能在有限廠域下,用低強度投資達到高產能輸出。

對精化部來說,市場的快速變動是危機,亦是我們的轉機。對於技術與設備單位來說,大幅度的設計思維改變,對未來亦有著不可預期之風險,若藉由程序模擬可降低設計風險,這是我們應該、也必定要去努力的。雖然不知道這樣做能進步到什麼程度,但若現在不做這些改變,可以預見未來的我們不會更好,身為精化部一份子的你/妳準備好改變思維了嗎?

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發佈日期:2021.08.30