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        三氯氫硅精餾提純模擬和優(yōu)化

        2016-10-18 13:59:38馬永飛趙建章
        科技視界 2016年22期
        關(guān)鍵詞:三氯氫硅模擬

        馬永飛 趙建章

        【摘 要】采用化工流程模擬軟件,采用NRTL-RK物性方法對三氯氫硅精餾提純過程進行了模擬計算,得到了和實際相符的結(jié)果,并在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下進行了優(yōu)化,降低了能耗,對生產(chǎn)實際具有一定的指導(dǎo)意義。

        【關(guān)鍵詞】三氯氫硅;模擬;精餾

        迄今為止,多晶硅生產(chǎn)方法多采用改良西門子法工藝生產(chǎn)的,即氫氣和三氯氫硅反應(yīng)生成高純硅。三氯氫硅的純度是最終產(chǎn)品太陽能級多晶硅純度的關(guān)鍵因素之一[1]。

        在現(xiàn)階段工藝流程中,三氯氫硅的提純方法主要采用精餾提純的方式。精餾分離效果直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量,尤其是硼,磷等微量雜質(zhì),產(chǎn)品中要求三氯氫硅的含量大于0.9999,硼的含量不超過2ppb,磷的含量不超過6ppb。

        本文根據(jù)某廠實際工藝過程,采用化工流程模擬軟件對三氯氫硅精餾提純過程進行模擬計算,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下并對操作參數(shù)進行優(yōu)化,降低能耗。

        1 工藝流程及物性方法的選擇

        該廠在傳統(tǒng)脫重—脫輕工藝基礎(chǔ)上,增加了一個精餾塔,以保證硼, 磷等微量雜質(zhì)的脫除。

        圖1 某廠三氯氫硅精餾提純工藝流程

        黃國強[2]等對三氯氫硅精餾體系采用NRTL-RK物性方法,李聞笛[3]等對三氯氫硅精餾體系采用NRTL物性方法,李群生[4]等也對三氯氫硅精餾體系采用NRTL物性方法。比較這兩種方法,液相都采用NRTL活度系數(shù)模型;NRTL氣相采用IDEAL GAS,NRTL-RK氣相采用RK方程。本文通過兩種物性方法模擬,并對結(jié)果進行對比,采用NRTL-RK模擬結(jié)果和實際更符合,故本文采用NRTL-RK物性方法。

        2 原工況模擬結(jié)果

        原料組成見表1。

        各個塔的塔壓和回流比及產(chǎn)品采出量見表2。

        通過模擬,最終產(chǎn)品除三氯氫硅外其它所有組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)都不足1E-11。該結(jié)果實際是相符的,再一次驗證物性方法的正確。冷凝器和再沸器的能耗見表3。C2、C3塔能耗之所以如此之高是由于回流比過大的原因,尤其是C3塔的塔頂采出量很高,回流比增大能耗明顯增高。

        3 優(yōu)化模擬結(jié)果

        在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下,通過適當(dāng)降低產(chǎn)品純度的方式降低回流比以達到降低能耗的目的。

        先通過DSTWU多組分精餾的簡捷設(shè)計模塊,在給定塔板數(shù)條件下計算回流比及進料板;再把結(jié)果輸入到先前的模擬過程中,查看最終產(chǎn)品質(zhì)量和能耗。為了方便,引入了Transfer流程選項。模擬結(jié)果見表4、表5。由此看出既保證了產(chǎn)品的質(zhì)量,又使能耗明顯降低,同時在生產(chǎn)中也易于實現(xiàn)。

        4 結(jié)論

        (1)采用NRTL-RK物性方法按原工況進行模擬,得到模擬結(jié)果,驗證了物性方法的正確,也發(fā)現(xiàn)了原來操作參數(shù)的問題。

        (2)通過調(diào)整回流比,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下明顯降低了能耗,給實際生產(chǎn)提出了良好的建議。

        【參考文獻】

        [1]董前程.影響多晶硅質(zhì)量的因素[J].氯堿工業(yè),2012,9:31.

        [2]黃國強,趙虎勇,孫帥帥.熱泵精餾在三氯氫硅提純過程中的模擬[J].化工進展,2013,6:1450.

        [3]李聞笛,廉景燕,叢山,李洪.高純?nèi)葰涔杈s節(jié)能工藝的模擬分析[J].現(xiàn)代化工,2012,9:94.

        [4]李群生,白潔,郭增昌,王寶華.三氯氫硅精餾過程的模擬與優(yōu)化[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,1:1.

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