專利名稱：多晶硅生產(chǎn)過程中的帶旋流板的傳熱傳質(zhì)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅生產(chǎn)中的三氯氫硅生成的高溫混合氣及多晶硅尾氣處理的傳熱傳質(zhì)裝置。
背景技術(shù)：
進(jìn)入二十世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，世界人口的急劇膨脹，人類對能源的需求越來越大，急需太陽能、風(fēng)能、核能、地?zé)崮艿刃碌目沙掷m(xù)能源。而在風(fēng)能、太陽能、水能、 生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能和核能等諸多新能源中，太陽能作為無污染、儲量最豐富的可再生能源，無論是從安全性、地域限制、配置靈活等各方面比較，太陽能的利用越來越受到廣泛的重視。此前日本發(fā)生的核電站泄漏事故引發(fā)的核電安全問題，引起了世界各國的重視， 中國全面審查在建核電站，暫停審批核電項(xiàng)目。德國方面已經(jīng)明確表示將加快退出核電步伐，德國有可能是第一個(gè)退出核電的發(fā)達(dá)國家，一些國家雖無明確的態(tài)度，但對核電站的建設(shè)實(shí)行更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)是毫無疑問的。光伏產(chǎn)業(yè)近10年來的增長幅度都維持在30%以上，尤其是2010年全球新增光伏裝機(jī)17. 5GW，同比增幅達(dá)130%，根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的預(yù)計(jì)，未來10年光伏產(chǎn)業(yè)仍將維持30% 左右的增幅，如此持久而迅速增長的行業(yè)是非常少見的。中國是產(chǎn)硅大國，是世界上產(chǎn)能最大的冶金硅生產(chǎn)國，但我國的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)落后，在國外硅業(yè)巨頭的把持下，嚴(yán)重依賴國外，僅在2010年，國內(nèi)的多晶硅產(chǎn)量為3. 5萬噸，進(jìn)口量達(dá)到4萬噸。高純度多晶硅是電子工業(yè)和太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原料，在未來的50年里，還不可能有其它材料替代硅材料而成為電子和光伏產(chǎn)業(yè)的主要原材料。截止到 2010年12月底，全國16省市共投資52個(gè)多晶硅項(xiàng)目，33家公司規(guī)劃多晶硅產(chǎn)能146750 噸。根據(jù)中國的可再生能源發(fā)展態(tài)勢，多晶硅材料的需求猛長，供需失衡，因此中國是多晶硅最短缺的國家。目前多晶硅的生產(chǎn)工藝主要有西門子改良法(硅芯沉積法)、硅烷熱分解法、流化床法和冶金法。西門子改良法是目前使用最多的工藝，是在三氯氫硅制備過程中，純度較高的硅粉和液氯在沸騰爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生三氯氫硅、二氯二氫硅、四氯化硅及氯化氫等高溫混合氣，需要對這些混合氣體進(jìn)行冷卻處理，再輸往精餾塔進(jìn)行精餾，精餾得到的三氯氫硅在還原爐內(nèi)生產(chǎn)多晶硅。傳統(tǒng)的用于多晶硅生產(chǎn)能過程中用于冷卻的淋洗塔一般采用的是空淋塔，頂部設(shè)有噴嘴，冷凝液從頂部噴嘴噴灑下來將高溫硅烷氣等混合氣體進(jìn)行冷卻處理。然而傳統(tǒng)的淋洗塔存在著許多不足
1、冷凝效果不好，冷凝液直接從頂部噴嘴噴下，直接與高溫混合氣體接觸，氣液接觸不充分，造成冷凝液用量過大，但冷卻效率仍然低下。2、由于冷凝液從噴嘴噴下，混合氣體中含有高溫硅粉，硅粉很細(xì)，很容易使噴嘴堵塞，增加了設(shè)備的運(yùn)行難度，需要對噴嘴進(jìn)行定期清理或更換。
3、由于高溫混合氣的上升，與從頂部噴嘴噴灑下來的冷凝液接觸后，很容易形成霧氣，造成氣液傳熱和傳質(zhì)不高，最終影響冷凝效率。4、硅粉顆粒冷卻后容易吸附在淋洗塔內(nèi)壁，容易造成淋洗塔底部堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)淋洗塔存在的一系列問題，提供一種多晶硅生產(chǎn)過程中的帶旋流板的傳熱傳質(zhì)裝置，本發(fā)明用于多晶硅生產(chǎn)中冷卻三氯氫硅、四氯化硅、二氯二氫硅和氯化氫等高溫混合氣體，冷凝效果好，同時(shí)也解決了高溫混合氣夾帶的金屬硅粉使噴嘴容易堵塞的問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種多晶硅生產(chǎn)過程中的帶旋流板的傳熱傳質(zhì)裝置，它包括塔筒、冷凝器、旋流除霧板和若干旋流裝置，其中，所述旋流裝置包括旋流板、異形接管、圓形溢流管和環(huán)形集液槽；旋流板主要由中心盲板和固定在中心盲板上的旋流葉片組成；氣體出口在塔筒頂部，冷凝器固定在塔筒內(nèi)，旋流除霧板位于冷凝器下方，并固定在塔筒內(nèi)，塔筒側(cè)壁在旋流除霧板下方開有進(jìn)液口，若干旋流裝置在進(jìn)液口下方依次固定在塔筒內(nèi)，塔筒側(cè)壁在最底層旋流裝置的下方開有進(jìn)氣口，塔筒底部開有液體出口 ；旋流板下接異形接管，圓形溢流管與異形接管相連，圓形溢流管的底部聯(lián)結(jié)，環(huán)形集液槽位于塔筒的壁面與旋流板之間。本發(fā)明裝置比起傳統(tǒng)的空淋洗塔和帶折板的淋洗塔，具有以下技術(shù)效果
1、冷凝效率更高旋流板提供了良好的氣液接觸機(jī)會，高溫混合氣與冷凝液接觸充分完全，冷凝效果大大改善；
2、解決了金屬硅粉及雜質(zhì)的堵塞問題本發(fā)明裝置直接通過管道進(jìn)行淋洗，無噴嘴裝置，解決了金屬硅粉容易對噴嘴造成堵塞的問題；
3、本發(fā)明裝置在塔頂增加的旋流板作為除霧板，可達(dá)到除霧的效果，氣流上升通過旋流板后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，靠離心力使霧滴甩向管壁而得以分離，使得傳熱傳質(zhì)效果較好，冷凝效率進(jìn)一步提高；
4、本發(fā)明裝置中旋流板可達(dá)到除去金屬硅粉效果高溫混合氣上升逐層通過旋流板， 在離心力作用下，金屬硅粉受到冷凝液液滴發(fā)生碰撞、附著、凝聚、離心分離等綜合性的作用，被甩到塔壁，隨塔壁液體膜流向塔底；
5、本發(fā)明裝置中，由于高溫混合氣通過一層層的旋流裝置的同時(shí)，筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)次數(shù)增加、通過的路徑增長，延長了上升的時(shí)間，可以使未反應(yīng)的硅粉與氯化氫繼續(xù)反應(yīng)。高溫混合氣體在冷卻的同時(shí)，也能使氯氫化反應(yīng)在淋洗塔內(nèi)反應(yīng)得更加充分。


圖1為多晶硅生產(chǎn)過程中的帶旋流板的傳熱傳質(zhì)裝置示意圖中，冷凝器1、旋流除霧板2、進(jìn)液口 3、旋流板4、中心盲板5、異形接管6、圓形溢流管 7、氣體出口 8、塔筒9、進(jìn)氣口 10、液體出口 11、環(huán)形集液槽12。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明裝置用液態(tài)三氯氫硅通過塔筒上方進(jìn)入，利用內(nèi)部的旋流板來冷卻高溫混合氣體及其他雜質(zhì)。挾帶有金屬硅粉的高溫混合氣體，經(jīng)液體三氯氫硅洗滌，氣體中的部分細(xì)小硅塵被洗下。本發(fā)明裝置，可用于在三氯氫硅合成中，對冶金級金屬硅粉和氯化氫反應(yīng)生成三氯氫硅、四氯化硅、二氯二氫硅、氯化氫和硅粉等高溫混合氣體的處理，可將300°C的高溫氣體降溫至70°C;也可用于冷氫化反應(yīng)生成的高溫混合氣體的處理，可將500°C的高溫混合氣體降溫至200°C ；也可用于多晶硅尾氣的冷卻處理。本發(fā)明多晶硅生產(chǎn)過程中的帶旋流板的傳熱傳質(zhì)裝置，包括塔筒9、冷凝器1、旋流除霧板2和若干旋流裝置，其中旋流裝置包括旋流板4、異形接管6、圓形溢流管7和環(huán)形集液槽12。旋流板4主要由中心盲板5和固定在中心盲板5上的旋流葉片組成。氣體出口 8在塔筒9頂部，冷凝器1固定在塔筒9內(nèi)，旋流除霧板2位于冷凝器1下方，并固定在塔筒9內(nèi)，塔筒9側(cè)壁在旋流除霧板2下方開有進(jìn)液口 3，若干旋流裝置在進(jìn)液口 3下方依次固定在塔筒9內(nèi)，塔筒9側(cè)壁在最底層旋流裝置的下方開有進(jìn)氣口 10，塔筒9底部開有液體出口 11。旋流板4下接異形接管6，圓形溢流管7與異形接管6相連，并將圓形溢流管7 的底部聯(lián)結(jié)，在塔筒壁與旋流板之間是環(huán)形集液槽12。本發(fā)明的工作過程如下需要冷卻的高溫混合氣體(混合氣體包括由三氯氫硅、 四氯化硅和二氯二氫硅組成的硅烷氣，氯化氫和高溫硅粉)從塔筒9中下方進(jìn)氣口 10進(jìn)入。 液態(tài)三氯氫硅通過塔筒9上方進(jìn)液口 3進(jìn)入，落于下面的旋流板4的中心盲板5上，被擊成細(xì)流后分配到各旋流葉片，形成薄液層，并被上升的氣流噴灑成液滴。液滴隨氣流運(yùn)動的同時(shí)被離心力甩至塔筒9的塔壁，形成沿塔壁旋轉(zhuǎn)的液環(huán)，并受重力作用而下流，沿著環(huán)形的集液槽12，再通過異形接管6和圓形溢流管7流到下一旋流裝置的中心盲板5上，重復(fù)上述過程，高溫混合氣從塔中下部進(jìn)氣口 10通過旋流板4螺旋上升，與液體三氯氫硅充分完全的接觸，最終液體及金屬硅粉從液體出口 11出來，冷卻后的高溫混合氣體經(jīng)過旋流除霧板 2除霧，冷凝器1冷凝后，從塔頂頂端氣體出口 8出去?？梢砸勒諏?shí)際的生產(chǎn)要求設(shè)若干旋流裝置，來達(dá)到工藝要求。
權(quán)利要求
1. 一種多晶硅生產(chǎn)過程中的帶旋流板的傳熱傳質(zhì)裝置，其特征在于，它包括塔筒 (9)、冷凝器(1)、旋流除霧板(2)和若干旋流裝置等，其中，所述旋流裝置包括旋流板(4)、 異形接管(6)、圓形溢流管(7)和環(huán)形集液槽(12)等；旋流板(4)主要由中心盲板(5)和固定在中心盲板(5)上的旋流葉片組成；氣體出口(8)在塔筒(9)頂部，冷凝器(1)固定在塔筒(9 )內(nèi)，旋流除霧板(2 )位于冷凝器(1)下方，并固定在塔筒(9 )內(nèi)，塔筒(9 )側(cè)壁在旋流除霧板(2 )下方開有進(jìn)液口( 3 )，若干旋流裝置在進(jìn)液口( 3 )下方依次固定在塔筒(9 )內(nèi)，塔筒(9)側(cè)壁在最底層旋流裝置的下方開有進(jìn)氣口( 10)，塔筒(9)底部開有液體出口( 11);旋流板(4)下接異形接管(6)，圓形溢流管(7)與異形接管(6)相連，圓形溢流管(7)的底部聯(lián)結(jié)，環(huán)形集液槽(12)位于塔筒(9)的壁面與旋流板(4)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅生產(chǎn)過程中的帶旋流板的傳熱傳質(zhì)裝置，它包括塔筒、冷凝器、旋流除霧板和若干旋流裝置，旋流裝置包括旋流板、異形接管、圓形溢流管和環(huán)形集液槽；旋流板提供了良好的氣液接觸機(jī)會，高溫混合氣與冷凝液接觸充分完全，冷凝效果大大改善；本發(fā)明裝置直接通過管道進(jìn)行淋洗，無噴嘴裝置，解決了金屬硅粉容易對噴嘴造成堵塞的問題；本發(fā)明裝置在塔頂增加的旋流板作為除霧板，可達(dá)到除霧的效果，氣流上升通過旋流板后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，靠離心力使霧滴甩向管壁而得以分離，使得傳熱傳質(zhì)效果較好，冷凝效率進(jìn)一步提高。
文檔編號C01B33/035GK102502649SQ20111029502
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者陸飛飛 申請人:陸飛飛