電子級(jí)四氯化硅精餾系統(tǒng)的模擬節(jié)能與工藝研究.pdf

1、電子級(jí)四氯化硅是生產(chǎn)硅外延片和光纖母體的主要原材料，隨著半導(dǎo)體、集成電路和光纖通訊產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，電子級(jí)四氯化硅的需求量非常大。本文通過(guò)精餾提純工藝處理多晶硅廢液，生產(chǎn)電子級(jí)四氯化硅，具有很好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景和環(huán)保意義。本文根據(jù)四氯化硅精餾工藝特點(diǎn)，確定四塔四差壓精餾工藝方案，分別對(duì)T1101塔、T1102塔、T1103塔和T1104塔進(jìn)行模擬計(jì)算。首先根據(jù)產(chǎn)品要求進(jìn)行Aspen Plus穩(wěn)態(tài)模擬，優(yōu)化操作參數(shù)。調(diào)整差壓精餾參數(shù)，實(shí)現(xiàn)能量

2、匹配，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。最后通過(guò)Aspen Dynamics動(dòng)態(tài)模擬，設(shè)計(jì)合適的控制方案。
　　此精餾工藝處理的主要物系是四氯化硅(STC)-三氯氫硅(TCS)，首先對(duì)文獻(xiàn)所述的STC-TCS汽液相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)。根據(jù)物性方法選擇樹的指導(dǎo)，確定適合該物系的熱力學(xué)模型有PENG-ROB方程、RK-SOAVE方程和NRTL-RK模型。運(yùn)用Aspen Plus內(nèi)置的DataRegression模式，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，

3、分別擬合回歸三種物性方法的二元交互作用參數(shù)，分析對(duì)比相平衡數(shù)據(jù)偏差。采用偏差較小的PENG-ROB物性方法對(duì)四塔進(jìn)行模擬計(jì)算。
　　根據(jù)冷卻介質(zhì)、加熱介質(zhì)以及換熱溫差的要求，確定四塔四差壓精餾工藝中各塔壓力。通過(guò)靈敏度分析和正交試驗(yàn)等方法分別優(yōu)化T1101、T1102、T1103、T1104四塔工藝參數(shù)，結(jié)果如下:回流比R為9.9、11.2、10.1、10.8，進(jìn)料位置NF為5、52、6、63，采出比為0.11(D/F)、0.16

4、（B/F）、0.11(D/F)、0.16(B/F)。最終得到的產(chǎn)品中低沸點(diǎn)雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.011ppt，高沸點(diǎn)雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.31ppt，符合行業(yè)要求。
　　針對(duì)此精餾流程能耗較高的問(wèn)題，分析四塔四差壓精餾過(guò)程的換熱情況，調(diào)整影響能耗的操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)能量匹配和能量回收利用。調(diào)整T1103塔回流比為16.8、T1104塔回流比為15、T1104塔采出比為0.07。從能耗、公用工程消耗、設(shè)備費(fèi)用和產(chǎn)品四個(gè)方面，對(duì)比節(jié)能工藝與原工藝

5、，節(jié)能工藝優(yōu)勢(shì)如下:節(jié)能48.75％，節(jié)省循環(huán)水249.26萬(wàn)噸/年(占原工藝的57.84％)，節(jié)省蒸汽2.99萬(wàn)噸/年（占原工藝的56.63％），節(jié)約換熱設(shè)備兩臺(tái)，同時(shí)提高產(chǎn)品純度并且增加產(chǎn)量2000噸/年。
　　考慮到精餾操作不穩(wěn)定的問(wèn)題，對(duì)各塔進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬并選擇適合的控制方案。首先通過(guò)分析得到各塔精餾段和提餾段的靈敏板位置:T1101塔選擇第2、29塊板，T1102塔選擇第2、59塊板、T1103塔選擇第2、21塊板，T11