專利名稱：一種多晶硅生產過程中的帶旋流板的傳熱傳質裝置的制作方法
技術領域：
一種多晶硅生產過程中的帶旋流板的傳熱傳質裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種多晶硅生產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裝置。
背景技術：
[0002]進入二十世紀以來，科學技術的迅速發展，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、風能、核能、地熱能等新的可持續能源。而在風能、太陽能、水能、 生物質能、地熱能、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。[0003]此前日本發生的核電站泄漏事故引發的核電安全問題，引起了世界各國的重視， 中國全面審查在建核電站，暫停審批核電項目。德國方面已經明確表示將加快退出核電步伐，德國有可能是第一個退出核電的發達國家，一些國家雖無明確的態度，但對核電站的建設實行更為嚴格的標準是毫無疑問的。[0004]光伏產業近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17. 5GW，同比增幅達130%，根據相關機構的預計，未來10年光伏產業仍將維持30% 左右的增幅，如此持久而迅速增長的行業是非常少見的。[0005]中國是產硅大國，是世界上產能最大的冶金硅生產國，但我國的多晶硅生產技術落后，在國外硅業巨頭的把持下，嚴重依賴國外，僅在2010年，國內的多晶硅產量為3. 5萬噸，進口量達到4萬噸。高純度多晶硅是電子工業和太陽能光伏產業的基礎原料，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業的主要原材料。截止到 2010年12月底，全國16省市共投資52個多晶硅項目，33家公司規劃多晶硅產能146750 噸。根據中國的可再生能源發展態勢，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。[0006]目前多晶硅的生產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發生反應，產生三氯氫硅、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行冷卻處理，再輸往精餾塔進行精餾，精餾得到的三氯氫硅在還原爐內生產多晶硅。[0007]傳統的用于多晶硅生產能過程中用于冷卻的淋洗塔一般采用的是空淋塔，頂部設有噴嘴，冷凝液從頂部噴嘴噴灑下來將高溫硅烷氣等混合氣體進行冷卻處理。[0008]然而傳統的淋洗塔存在著許多不足[0009]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。[0010]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，很容易使噴嘴堵塞，增加了設備的運行難度，需要對噴嘴進行定期清理或更換。[0011]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不高，最終影響冷凝效率。[0012]4、硅粉顆粒冷卻后容易吸附在淋洗塔內壁，容易造成淋洗塔底部堵塞。 實用新型內容[0013]本實用新型的目的是針對傳統淋洗塔存在的一系列問題，提供一種多晶硅生產過程中的帶旋流板的傳熱傳質裝置，本實用新型用于多晶硅生產中冷卻三氯氫硅、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。[0014]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的一種多晶硅生產過程中的帶旋流板的傳熱傳質裝置，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，旋流除霧板位于冷凝器下方，并固定在塔筒內，塔筒側壁在旋流除霧板下方開有進液口，若干旋流裝置在進液口下方依次固定在塔筒內，塔筒側壁在最底層旋流裝置的下方開有進氣口，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結，環形集液槽位于塔筒的壁面與旋流板之間。[0015]本實用新型裝置比起傳統的空淋洗塔和帶折板的淋洗塔，具有以下技術效果[0016]1、冷凝效率更高旋流板提供了良好的氣液接觸機會，高溫混合氣與冷凝液接觸充分完全，冷凝效果大大改善；[0017]2、解決了金屬硅粉及雜質的堵塞問題本實用新型裝置直接通過管道進行淋洗， 無噴嘴裝置，解決了金屬硅粉容易對噴嘴造成堵塞的問題；[0018]3、本實用新型裝置在塔頂增加的旋流板作為除霧板，可達到除霧的效果，氣流上升通過旋流板后發生旋轉，靠離心力使霧滴甩向管壁而得以分離，使得傳熱傳質效果較好， 冷凝效率進一步提高；[0019]4、本實用新型裝置中旋流板可達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；[0020]5、本實用新型裝置中，由于高溫混合氣通過一層層的旋流裝置的同時，筒體內旋轉次數增加、通過的路徑增長，延長了上升的時間，可以使未反應的硅粉與氯化氫繼續反應。高溫混合氣體在冷卻的同時，也能使氯氫化反應在淋洗塔內反應得更加充分。
[0021]圖1為多晶硅生產過程中的帶旋流板的傳熱傳質裝置示意圖；[0022]圖中，冷凝器1、旋流除霧板2、進液口 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、進氣口 10、液體出口 11、環形集液槽12。
具體實施方式
[0023]本實用新型裝置用液態三氯氫硅通過塔筒上方進入，利用內部的旋流板來冷卻高溫混合氣體及其他雜質。挾帶有金屬硅粉的高溫混合氣體，經液體三氯氫硅洗滌，氣體中的部分細小硅塵被洗下。本實用新型裝置，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。本實用新型多晶硅生產過程中的帶旋流板的傳熱傳質裝置，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，旋流除霧板2位于冷凝器1下方，并固定在塔筒9內，塔筒9側壁在旋流除霧板2下方開有進液口 3，若干旋流裝置在進液口 3下方依次固定在塔筒9內，塔筒9側壁在最底層旋流裝置的下方開有進氣口 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的底部聯結，在塔筒壁與旋流板之間是環形集液槽12。本實用新型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中下方進氣口 10 進入。液態三氯氫硅通過塔筒9上方進液口 3進入，落于下面的旋流板4的中心盲板5上， 被擊成細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。液滴隨氣流運動的同時被離心力甩至塔筒9的塔壁，形成沿塔壁旋轉的液環，并受重力作用而下流，沿著環形的集液槽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，重復上述過程，高溫混合氣從塔中下部進氣口 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。可以依照實際的生產要求設若干旋流裝置，來達到工藝要求。
權利要求1. 一種多晶硅生產過程中的帶旋流板的傳熱傳質裝置，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，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，旋流除霧板(2)位于冷凝器(1)下方，并固定在塔筒(9)內，塔筒(9)側壁在旋流除霧板 (2 )下方開有進液口( 3 )，若干旋流裝置在進液口( 3 )下方依次固定在塔筒(9 )內，塔筒(9 ) 側壁在最底層旋流裝置的下方開有進氣口(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)的底部聯結， 環形集液槽(12)位于塔筒(9)的壁面與旋流板(4)之間。
專利摘要本實用新型公開了一種多晶硅生產過程中的帶旋流板的傳熱傳質裝置，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、圓形溢流管和環形集液槽；旋流板提供了良好的氣液接觸機會，高溫混合氣與冷凝液接觸充分完全，冷凝效果大大改善；本實用新型裝置直接通過管道進行淋洗，無噴嘴裝置，解決了金屬硅粉容易對噴嘴造成堵塞的問題；本實用新型裝置在塔頂增加的旋流板作為除霧板，可達到除霧的效果，氣流上升通過旋流板后發生旋轉，靠離心力使霧滴甩向管壁而得以分離，使得傳熱傳質效果較好，冷凝效率進一步提高。
文檔編號C01B33/107GK202246102SQ20112037162
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者陸飛飛 申請人:陸飛飛