電子級四氯化硅精餾系統(tǒng)的模擬節(jié)能與工藝研究.pdf

1、電子級四氯化硅是生產硅外延片和光纖母體的主要原材料，隨著半導體、集成電路和光纖通訊產業(yè)的迅猛發(fā)展，電子級四氯化硅的需求量非常大。本文通過精餾提純工藝處理多晶硅廢液，生產電子級四氯化硅，具有很好的經濟發(fā)展前景和環(huán)保意義。本文根據四氯化硅精餾工藝特點，確定四塔四差壓精餾工藝方案，分別對T1101塔、T1102塔、T1103塔和T1104塔進行模擬計算。首先根據產品要求進行Aspen Plus穩(wěn)態(tài)模擬，優(yōu)化操作參數。調整差壓精餾參數，實現(xiàn)能量

2、匹配，并進行經濟效益分析。最后通過Aspen Dynamics動態(tài)模擬，設計合適的控制方案。
　　此精餾工藝處理的主要物系是四氯化硅(STC)-三氯氫硅(TCS)，首先對文獻所述的STC-TCS汽液相平衡實驗數據進行熱力學一致性檢驗。根據物性方法選擇樹的指導，確定適合該物系的熱力學模型有PENG-ROB方程、RK-SOAVE方程和NRTL-RK模型。運用Aspen Plus內置的DataRegression模式，以實驗數據為基礎，

3、分別擬合回歸三種物性方法的二元交互作用參數，分析對比相平衡數據偏差。采用偏差較小的PENG-ROB物性方法對四塔進行模擬計算。
　　根據冷卻介質、加熱介質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。通過靈敏度分析和正交試驗等方法分別優(yōu)化T1101、T1102、T1103、T1104四塔工藝參數，結果如下:回流比R為9.9、11.2、10.1、10.8，進料位置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)。最終得到的產品中低沸點雜質質量分數為0.011ppt，高沸點雜質質量分數為2.31ppt，符合行業(yè)要求。
　　針對此精餾流程能耗較高的問題，分析四塔四差壓精餾過程的換熱情況，調整影響能耗的操作參數，實現(xiàn)能量匹配和能量回收利用。調整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、設備費用和產品四個方面，對比節(jié)能工藝與原工藝

5、，節(jié)能工藝優(yōu)勢如下:節(jié)能48.75％，節(jié)省循環(huán)水249.26萬噸/年(占原工藝的57.84％)，節(jié)省蒸汽2.99萬噸/年（占原工藝的56.63％），節(jié)約換熱設備兩臺，同時提高產品純度并且增加產量2000噸/年。
　　考慮到精餾操作不穩(wěn)定的問題，對各塔進行動態(tài)模擬并選擇適合的控制方案。首先通過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