多晶硅生产中蒸发器在盐类废水处理中的运用介绍

一、概述

在多晶硅生产过程中, 将产生一部分废气和残液;其中废气主要有连续废气和紧急废气, 废气中含有HCL、Si HCl3、Si H2Cl2、Si Cl4、H2、N2气体, 残液中主要含有氯硅烷和少量硅粉。根据氯硅烷易水解的特性, 采用5—8%Na OH溶液对氯化氢、氯硅烷气体、氯硅烷残液进行淋洗, 使氯化氢和氯硅烷水解、中和, 生成硅胶、氯化钠混合物, 产生的硅胶漂浮在接收地槽表面, 一小部分沉底到接收地槽底部;飘浮的硅胶通过刮板机来回带动刮板将漂浮的硅胶刮在带搅拌机的搅拌池内, 硅胶通过搅拌机搅拌后通过渣浆泵送入压滤机进行固液分离, 滤渣拉到临时渣场集中堆放;沉底的硅胶同样通过刮板机刮到接收地槽的污泥收集池内, 再通过潜水式污泥泵将沉底硅胶打入搅拌池内, 硅胶通过搅拌机搅拌后通过渣浆泵送入压滤机进行固液分离, 滤渣拉到渣场集中堆放, 其反应原理为:

去除硅胶的工业废水就叫盐类废水, 此时盐类废水的PH值为2, 后续还需要把废水中合, 经蒸发、结晶、过滤把盐提出来, 处理后的水回用到生产中, 做到零排放。目前很多厂家都没有回收盐, 而是运到渣场堆放, 但随着生产的连续运行, 把盐回收外卖是各生产企业不得不考虑的问题, 也是企业生存的根本。

二、蒸发器工作原理。

使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽, 从而使溶液中溶质组成提高的单元操作称为蒸发, 所采用的设备称为蒸发器。在操作中一般拥冷凝凝的方法将二次蒸汽不断地移出, 否则蒸汽与沸腾溶液趋于平衡, 使蒸发过程无法进行。若将二次蒸汽直接冷凝, 而不利用其冷凝热的操作称为单效蒸发。若将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽, 以利用其冷凝热, 这种串联蒸发操作称为多效蒸发。

蒸发过程的实质是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的传热过程, 溶剂的汽化速率由传热速率控制, 故蒸发属于热量传递过程, 但又有别于一般传热过程, 因为蒸发过程据有下述特点。

(1) 传热性质传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝, 另一侧为溶液进行沸腾, 故蒸发过程属于壁面两侧流体均匀有相变化的恒温传热过程。

(2) 溶液沸点的改变含有不挥发溶质的溶液, 其蒸汽压较高温度下溶剂 (即纯水) 的低, 换言之, 在相同压强下, 溶液的沸点高于纯水的沸点, 故当加热蒸汽一定时, 蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水的温度差。溶液组成越高这种现象越明显。

(3) 溶液性质有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和生泡沫, 高温下易分解或聚合;溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大, 腐蚀性逐渐加强。

(4) 泡沫夹带二次蒸汽中夹带大量液沫, 冷凝前必须设法除去, 否则不但损失物料, 而且会污染冷凝设备。

(5) 能源利用蒸发时产生大量二次蒸汽, 如何利用它的潜热, 是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。

三、蒸发器在多晶硅生产过程中用于处理盐类废水的运用。

目前, 在多晶硅生产过程中用于盐类废水蒸发浓缩的设备主要有薄膜蒸发器9 (单效蒸发) 、三效蒸发器、四效蒸发器, 都是采用蒸发浓缩后, 把废水中的一部分水蒸发出去, Na CL结晶出来后经过滤实现废水与Na CL分离, 蒸发出来的水蒸汽经冷凝后回用于生产中, 或者外排。

1. 薄膜蒸发器工作原理、工艺流程。

薄膜蒸发器是通过旋转刮膜器强制成膜, 并高速流动, 热传递效率高, 停留时间短 (约10~50秒) , 可在真空条件下进行降膜蒸发的一种新型高效蒸发器。它由一个或多个带夹套加热的圆筒体及筒内旋转的刮膜器组成。刮膜器将进料连续地在加热面刮成厚薄均匀的液膜并向下移动;在此过程中, 低沸点的组份被蒸发, 而残留物从蒸发器底部排出。

工艺流程:

废水经进料泵输送至预热器加热后进入薄膜蒸发器。在薄膜蒸发器内循环浓缩至含Na Cl 45%左右, 用循环泵送入结晶储槽进行冷却结晶, 待结晶后进入板框压滤机, 分离母液和Na Cl晶体。母液回流至Na Cl收集槽 (清) 和反应槽A (浊) , Na Cl晶体经皮带机送至污泥斗后, 车辆运至渣场填埋。

2. 三效蒸发器工作原理、工艺流程。

将第一个蒸发器产生的二次蒸汽再次当作加热源, 引入第二个蒸发器, 只要控制蒸发器内的压力和溶液沸点, 使其适当降低, 则可利用第一个蒸发器产生的二次蒸汽进行加热。此时, 第一个蒸发器的冷凝处就是第二个蒸发器的加热处。每个蒸发器称为一效, 通入生蒸汽的蒸发器为第一效, 并由二次蒸汽通入方向依次为第二效、第三效。

工艺流程:

3. 四效蒸发器工作原理、工艺流程。

物料由蒸发器顶部经料液分配装置 (也叫分配盘) 均匀分配于各蒸发管内, 物料在重力的作用下沿着蒸发管内壁液膜状由上而下流动。在整个下降的同时, 与蒸发管外壁加热蒸汽发生热交换而进行薄膜蒸发。所发生的二次蒸汽的流向一致, 故对料液沿蒸发管内壁以及分布呈薄膜起了一定的促进作用。起到提高传热系数, 使得传热效率提高。

工艺流程:

四、各类蒸发器的能耗

蒸发1m3盐类废水薄膜蒸发器需要消耗0.4MPa G蒸汽1.5吨、三效蒸发器需要消耗1.2MPa G蒸汽265kg、四效蒸发器要消耗1.2MPa G蒸汽185kg。从蒸汽消耗看, 采用四效蒸发器处理多晶硅生产中盐类废水是比较节能, 将被广泛运用。

处理1m3盐类废水采用薄膜蒸发器在生产中需要消耗循环水15m3、采用三效蒸发器在生产中需要消耗循环水14m3、采用四效蒸发器在生产中需要消耗循环水11m3, 从循环水消耗看, 采用四效蒸发器处理多晶硅生产中盐类废水循环水用量最少。结束语

多效蒸发提高了加热蒸汽的利用率, 即经济效益。对于蒸发等量的水分而言, 采用多效时所需的蒸汽较单效时少, 在工业生产中, 若需蒸发大量的水分, 宜采用多效蒸发。

摘要：在多晶硅生产过程中用于盐类废水蒸发浓缩的设备主要有薄膜蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器, 都是采用蒸发浓缩后, 把废水中的一部分水蒸发出去, NaCL结晶出来后经过滤实现废水与NaCL分离, 蒸发出来的水蒸汽经冷凝后回用于生产中, 或者外排。

关键词：多晶硅,盐类废水,蒸发器,蒸汽消耗

参考文献

[1] 夏清陈常贵.化工原理上册[M].天津大学出版社, 2005.

[2] 邓丰唐正林.多晶硅生产技术[M].北京:化学工业出版社, 2009.

[3] 刘寄声.多晶硅和石英玻璃联合制备法[M].北京:冶金工业出版社, 2008.