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蒸发器在多晶硅盐类废水处理中的运用

作者:洛哈斯水处理 时间:2024-01-16 18:21:01 点击:

一、多晶硅生产中盐类废水的主要成分及其处理方法

经过长时间的研究及发展,形成了三种主要的多晶硅的制备方法,分别是改良西门子法、硅烷法和冶金法。改良西门子法主要通过工业硅和盐酸的反应以及一系列的物质转换过程产生多晶硅,该法可实现废气循环利用。硅烷法所生产出来的多晶硅相对于前一种方法纯度更高,于此同时,借助设备结构优势,多晶硅可以以较低的分解温度被生产出来,从而贯彻绿色化学的理念,实现低能耗生产。但与此同时,如何提高其生产安全性是技术人员面临的一道难题。冶金法主要用于太阳能光伏发电产业中制作多晶硅,从而进一步生产出薄膜等新型材料,因其具有成本低、能耗低、产出率高等特点,受到广泛应用。

多晶硅生产过程的盐类废水的处理也是各化工企业贯彻绿色化学理念的重要一环。多晶硅材料的生产中主要产生废气及原料残液两种污染物。其中废气中主要包含氢气、氧气、氯化氢等易燃易爆或有毒的成分。而残液的主要成分是微量硅粉和氯化烷。在处理的过程中通常会用稀氢氧化钠溶液对废气及残液的淋洗使其中含有的氯硅烷和少量氯化氢成分全部水解中和,形成无害的氯化钠及硅胶。产生的硅胶最终会通过压滤机进行固液分离,这个过程中产生的废水即为盐类废水,具有较大的酸性,须经过酸碱中和、蒸发结晶等步骤将其中的盐类提取出来,从而实现废物的回收利用。蒸发器在蒸发结晶的过程中起到了关键作用。

二、多晶硅生产中蒸发器在盐类废水处理中的运用

1)薄膜蒸发器工作原理及其工艺流程

薄膜蒸发器是需要在真空的条件下进行蒸发操作的一类蒸发器。真空环境使得加入的物料的沸点可以迅速降低,因此多晶硅盐类废水的处理过程可以在低温条件下实现。蒸发器的内部由蒸发器、气液分离器、预热器等部件组成,其主要的工作原理是通过刮膜装置的不断旋转使多晶硅盐类废水的物质形成厚度均匀的液膜并以较高的流速向下流动,流入设备底部被排出;而低沸点的组分则被蒸汽加热后进入大气。这个过程中刮膜器的泵送作用有效降低了蒸发器中的热阻,系统的总传热系数随之提高,使蒸发强度大大增强。在三类蒸发器中,薄膜蒸发器使用的是升膜式列管换热器,可以满足制药、食品及化工等行业的生产或废气废水等的处理需求,适合热敏物质的蒸发。

薄膜蒸发器处理多晶硅生产过程中产生的盐类废水的具体工艺流程如下:

盐类废水通过进料泵进入到薄膜蒸发器的预热器中加热,随后被送入蒸发器中,在其中循环蒸发至氯化钠含量仅剩45%时,通过循环泵管道进入结晶储槽进行冷却结晶环节。该环节完成后物料将会进入到板框压滤机中进行固液分离操作,随后母液将流入设备底部的收集槽中进行回收,部分母液则会流入氯化钠反应槽中进行重复利用,而产生的氯化钠晶体则会由专门的运输通道将其运送至统一地点进行存放、清运。

2)三效蒸发器工作原理及其工艺流程

三效蒸发器在物质的提取浓缩提取方面起着关键的作用,是一种比较常见的多效蒸发器,常用于在化工生产、食品加工、轻工等领域。三效蒸发器由三个蒸发器组成采用串联的方式将盐类废水逐级分发,最终实现固液分离。其工作原理及工艺流程如下:废水在一效加热器中进行预加热,通过连接管道进入蒸发室,借助内部的巨大压力,将废水加热至其沸点,而后蒸发。废水蒸汽进入到蒸发系统的二效蒸发器中,作为加热源再次将流入的废水蒸发。在第三个蒸发器中也是如此。系统负压作用于连接三个蒸发器的平衡管中,多晶硅生产中产生的盐类废水由此能够在三个蒸发器中循环流动,不断将其蒸发直至溶液中的盐类含量达到饱和状态,此时废水中的盐分就会形成结晶从溶液表面析出,进入到集盐室进行回收,实现盐类废水的固液分离。三效蒸发器中多余的蒸汽在负压的推动作用下会进入到冷凝系统中迅速冷凝为液态,回收至用水池中,实现循环利用。

3)四效蒸发器工作原理及其工艺流程

四效蒸发器是多效降膜蒸发器中的一个分类,适用于低温连续式蒸发浓缩过程。对具有热敏性、粘滞性以及发泡性的物体蒸发效果优良。四效蒸发器也是采用串联的方式将四个蒸发器进行连接,使多晶硅盐类废水能够进行循环蒸发,从而达到分离目的。四效蒸发器的工作原理与前两个蒸发器既有相似之处,也有其独有的特点。在对废水进行蒸发的过程中,废水首先经过蒸发器顶部的分配装置从而被均匀送入各蒸发管中。由于重力的作用,废水沿着管壁向下流动,逐渐在列管内壁形成液膜,随后,内管中的液膜与流经外管的蒸汽不断进行热交换,从而使液膜逐渐形成蒸汽,从而使废水中的溶质浓度增大,饱和后析出,完成固液分离过程。四效蒸发器的性能比三效蒸发器上了一个台阶,能更好的满足相关行业中的生产需要,具有传热效率高、低能耗等优势,且能对废水进行快速加热,提高了多晶硅盐类废水的处理效率。四效蒸发器中配备的CIP清洗系统可实现机器的自动清洗,并且随着科技的不断进步,操作过程自动化也成了现实,减少了生产过程及废物处理过程的人工参与度,大大提高了化工生产的安全性。

三、结语

随着化工行业技术的不断进步,多效蒸发器能更好的服务于化工生产。多晶硅作为半导体及太阳能光伏发电材料生产的重要原料,对于我国人工智能、航空航天等多个重点领域的发展十分重要。蒸发器高效能、低能耗等特点,使我们能够在大量生产的同时实现对废水废气有效科学的处理,践行了绿色化学的理念,从而能够实现可持续发展。(来源:迈安德集团有限公司)

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