蒸發(fā)器在多晶硅鹽類(lèi)廢水處理中的運(yùn)用

一、多晶硅生產(chǎn)中鹽類(lèi)廢水的主要成分及其處理方法

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)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(mén)子法、硅烷法和冶金法。改良西門(mén)子法主要通過(guò)工業(yè)硅和鹽酸的反應(yīng)以及一系列的物質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生多晶硅，該法可實(shí)現(xiàn)廢氣循環(huán)利用。硅烷法所生產(chǎn)出來(lái)的多晶硅相對(duì)于前一種方法純度更高，于此同時(shí)，借助設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，多晶硅可以以較低的分解溫度被生產(chǎn)出來(lái)，從而貫徹綠色化學(xué)的理念，實(shí)現(xiàn)低能耗生產(chǎn)。但與此同時(shí)，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(yáng)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(diǎn)，受到廣泛應(yīng)用。

多晶硅生產(chǎn)過(guò)程的鹽類(lèi)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(guò)程中通常會(huì)用稀氫氧化鈉溶液對(duì)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(wú)害的氯化鈉及硅膠。產(chǎn)生的硅膠最終會(huì)通過(guò)壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水即為鹽類(lèi)廢水，具有較大的酸性，須經(jīng)過(guò)酸堿中和、蒸發(fā)結(jié)晶等步驟將其中的鹽類(lèi)提取出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)廢物的回收利用。蒸發(fā)器在蒸發(fā)結(jié)晶的過(guò)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(lèi)廢水處理中的運(yùn)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(lèi)蒸發(fā)器。真空環(huán)境使得加入的物料的沸點(diǎn)可以迅速降低，因此多晶硅鹽類(lèi)廢水的處理過(guò)程可以在低溫條件下實(shí)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(guò)刮膜裝置的不斷旋轉(zhuǎn)使多晶硅鹽類(lèi)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(dòng)，流入設(shè)備底部被排出；而低沸點(diǎn)的組分則被蒸汽加熱后進(jìn)入大氣。這個(gè)過(guò)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(lèi)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(guò)程中產(chǎn)生的鹽類(lèi)廢水的具體工藝流程如下：

鹽類(lèi)廢水通過(guò)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?jī)H剩45%時(shí)，通過(guò)循環(huán)泵管道進(jìn)入結(jié)晶儲(chǔ)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(huì)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(huì)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(huì)由專(zhuān)門(mén)的運(yùn)輸通道將其運(yùn)送至統(tǒng)一地點(diǎn)進(jìn)行存放、清運(yùn)。

（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(jiàn)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(gè)蒸發(fā)器組成采用串聯(lián)的方式將鹽類(lèi)廢水逐級(jí)分發(fā)，最終實(shí)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(guò)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(diǎn)，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(gè)蒸發(fā)器中也是如此。系統(tǒng)負(fù)壓作用于連接三個(gè)蒸發(fā)器的平衡管中，多晶硅生產(chǎn)中產(chǎn)生的鹽類(lèi)廢水由此能夠在三個(gè)蒸發(fā)器中循環(huán)流動(dòng)，不斷將其蒸發(fā)直至溶液中的鹽類(lèi)含量達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)廢水中的鹽分就會(huì)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(shí)現(xiàn)鹽類(lèi)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(dòng)作用下會(huì)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(shí)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(gè)分類(lèi)，適用于低溫連續(xù)式蒸發(fā)濃縮過(guò)程。對(duì)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(gè)蒸發(fā)器進(jìn)行連接，使多晶硅鹽類(lèi)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(gè)蒸發(fā)器既有相似之處，也有其獨(dú)有的特點(diǎn)。在對(duì)廢水進(jìn)行蒸發(fā)的過(guò)程中，廢水首先經(jīng)過(guò)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(dòng)，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(guò)程。四效蒸發(fā)器的性能比三效蒸發(fā)器上了一個(gè)臺(tái)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(shì)，且能對(duì)廢水進(jìn)行快速加熱，提高了多晶硅鹽類(lèi)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(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)清洗，并且隨著科技的不斷進(jìn)步，操作過(guò)程自動(dòng)化也成了現(xiàn)實(shí)，減少了生產(chǎn)過(guò)程及廢物處理過(guò)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(yǔ)

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(yáng)能光伏發(fā)電材料生產(chǎn)的重要原料，對(duì)于我國(guó)人工智能、航空航天等多個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展十分重要。蒸發(fā)器高效能、低能耗等特點(diǎn)，使我們能夠在大量生產(chǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)源：邁安德集團(tuán)有限公司）