蒸發(fā)器在多晶硅鹽類廢水處理中的運用

一、多晶硅生產(chǎn)中鹽類廢水的主要成分及其處理方法

經(jīng)過長時間的研究及發(fā)展，形成了三種主要的多晶硅的制備方法，分別是改良西門子法、硅烷法和冶金法。改良西門子法主要通過工業(yè)硅和鹽酸的反應(yīng)以及一系列的物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生多晶硅，該法可實現(xiàn)廢氣循環(huán)利用。硅烷法所生產(chǎn)出來的多晶硅相對于前一種方法純度更高，于此同時，借助設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，多晶硅可以以較低的分解溫度被生產(chǎn)出來，從而貫徹綠色化學(xué)的理念，實現(xiàn)低能耗生產(chǎn)。但與此同時，如何提高其生產(chǎn)安全性是技術(shù)人員面臨的一道難題。冶金法主要用于太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中制作多晶硅，從而進(jìn)一步生產(chǎn)出薄膜等新型材料，因其具有成本低、能耗低、產(chǎn)出率高等特點，受到廣泛應(yīng)用。

多晶硅生產(chǎn)過程的鹽類廢水的處理也是各化工企業(yè)貫徹綠色化學(xué)理念的重要一環(huán)。多晶硅材料的生產(chǎn)中主要產(chǎn)生廢氣及原料殘液兩種污染物。其中廢氣中主要包含氫氣、氧氣、氯化氫等易燃易爆或有毒的成分。而殘液的主要成分是微量硅粉和氯化烷。在處理的過程中通常會用稀氫氧化鈉溶液對廢氣及殘液的淋洗使其中含有的氯硅烷和少量氯化氫成分全部水解中和，形成無害的氯化鈉及硅膠。產(chǎn)生的硅膠最終會通過壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，這個過程中產(chǎn)生的廢水即為鹽類廢水，具有較大的酸性，須經(jīng)過酸堿中和、蒸發(fā)結(jié)晶等步驟將其中的鹽類提取出來，從而實現(xiàn)廢物的回收利用。蒸發(fā)器在蒸發(fā)結(jié)晶的過程中起到了關(guān)鍵作用。

二、多晶硅生產(chǎn)中蒸發(fā)器在鹽類廢水處理中的運用

（1）薄膜蒸發(fā)器工作原理及其工藝流程

薄膜蒸發(fā)器是需要在真空的條件下進(jìn)行蒸發(fā)操作的一類蒸發(fā)器。真空環(huán)境使得加入的物料的沸點可以迅速降低，因此多晶硅鹽類廢水的處理過程可以在低溫條件下實現(xiàn)。蒸發(fā)器的內(nèi)部由蒸發(fā)器、氣液分離器、預(yù)熱器等部件組成，其主要的工作原理是通過刮膜裝置的不斷旋轉(zhuǎn)使多晶硅鹽類廢水的物質(zhì)形成厚度均勻的液膜并以較高的流速向下流動，流入設(shè)備底部被排出；而低沸點的組分則被蒸汽加熱后進(jìn)入大氣。這個過程中刮膜器的泵送作用有效降低了蒸發(fā)器中的熱阻，系統(tǒng)的總傳熱系數(shù)隨之提高，使蒸發(fā)強(qiáng)度大大增強(qiáng)。在三類蒸發(fā)器中，薄膜蒸發(fā)器使用的是升膜式列管換熱器，可以滿足制藥、食品及化工等行業(yè)的生產(chǎn)或廢氣廢水等的處理需求，適合熱敏物質(zhì)的蒸發(fā)。

薄膜蒸發(fā)器處理多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鹽類廢水的具體工藝流程如下：

鹽類廢水通過進(jìn)料泵進(jìn)入到薄膜蒸發(fā)器的預(yù)熱器中加熱，隨后被送入蒸發(fā)器中，在其中循環(huán)蒸發(fā)至氯化鈉含量僅剩45%時，通過循環(huán)泵管道進(jìn)入結(jié)晶儲槽進(jìn)行冷卻結(jié)晶環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)完成后物料將會進(jìn)入到板框壓濾機(jī)中進(jìn)行固液分離操作，隨后母液將流入設(shè)備底部的收集槽中進(jìn)行回收，部分母液則會流入氯化鈉反應(yīng)槽中進(jìn)行重復(fù)利用，而產(chǎn)生的氯化鈉晶體則會由專門的運輸通道將其運送至統(tǒng)一地點進(jìn)行存放、清運。

（2）三效蒸發(fā)器工作原理及其工藝流程

三效蒸發(fā)器在物質(zhì)的提取濃縮提取方面起著關(guān)鍵的作用，是一種比較常見的多效蒸發(fā)器，常用于在化工生產(chǎn)、食品加工、輕工等領(lǐng)域。三效蒸發(fā)器由三個蒸發(fā)器組成采用串聯(lián)的方式將鹽類廢水逐級分發(fā)，最終實現(xiàn)固液分離。其工作原理及工藝流程如下：廢水在一效加熱器中進(jìn)行預(yù)加熱，通過連接管道進(jìn)入蒸發(fā)室，借助內(nèi)部的巨大壓力，將廢水加熱至其沸點，而后蒸發(fā)。廢水蒸汽進(jìn)入到蒸發(fā)系統(tǒng)的二效蒸發(fā)器中，作為加熱源再次將流入的廢水蒸發(fā)。在第三個蒸發(fā)器中也是如此。系統(tǒng)負(fù)壓作用于連接三個蒸發(fā)器的平衡管中，多晶硅生產(chǎn)中產(chǎn)生的鹽類廢水由此能夠在三個蒸發(fā)器中循環(huán)流動，不斷將其蒸發(fā)直至溶液中的鹽類含量達(dá)到飽和狀態(tài)，此時廢水中的鹽分就會形成結(jié)晶從溶液表面析出，進(jìn)入到集鹽室進(jìn)行回收，實現(xiàn)鹽類廢水的固液分離。三效蒸發(fā)器中多余的蒸汽在負(fù)壓的推動作用下會進(jìn)入到冷凝系統(tǒng)中迅速冷凝為液態(tài)，回收至用水池中，實現(xiàn)循環(huán)利用。

（3）四效蒸發(fā)器工作原理及其工藝流程

四效蒸發(fā)器是多效降膜蒸發(fā)器中的一個分類，適用于低溫連續(xù)式蒸發(fā)濃縮過程。對具有熱敏性、粘滯性以及發(fā)泡性的物體蒸發(fā)效果優(yōu)良。四效蒸發(fā)器也是采用串聯(lián)的方式將四個蒸發(fā)器進(jìn)行連接，使多晶硅鹽類廢水能夠進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)，從而達(dá)到分離目的。四效蒸發(fā)器的工作原理與前兩個蒸發(fā)器既有相似之處，也有其獨有的特點。在對廢水進(jìn)行蒸發(fā)的過程中，廢水首先經(jīng)過蒸發(fā)器頂部的分配裝置從而被均勻送入各蒸發(fā)管中。由于重力的作用，廢水沿著管壁向下流動，逐漸在列管內(nèi)壁形成液膜，隨后，內(nèi)管中的液膜與流經(jīng)外管的蒸汽不斷進(jìn)行熱交換，從而使液膜逐漸形成蒸汽，從而使廢水中的溶質(zhì)濃度增大，飽和后析出，完成固液分離過程。四效蒸發(fā)器的性能比三效蒸發(fā)器上了一個臺階，能更好的滿足相關(guān)行業(yè)中的生產(chǎn)需要，具有傳熱效率高、低能耗等優(yōu)勢，且能對廢水進(jìn)行快速加熱，提高了多晶硅鹽類廢水的處理效率。四效蒸發(fā)器中配備的CIP清洗系統(tǒng)可實現(xiàn)機(jī)器的自動清洗，并且隨著科技的不斷進(jìn)步，操作過程自動化也成了現(xiàn)實，減少了生產(chǎn)過程及廢物處理過程的人工參與度，大大提高了化工生產(chǎn)的安全性。

三、結(jié)語

隨著化工行業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，多效蒸發(fā)器能更好的服務(wù)于化工生產(chǎn)。多晶硅作為半導(dǎo)體及太陽能光伏發(fā)電材料生產(chǎn)的重要原料，對于我國人工智能、航空航天等多個重點領(lǐng)域的發(fā)展十分重要。蒸發(fā)器高效能、低能耗等特點，使我們能夠在大量生產(chǎn)的同時實現(xiàn)對廢水廢氣有效科學(xué)的處理，踐行了綠色化學(xué)的理念，從而能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。（來源：邁安德集團(tuán)有限公司）