04-白洁-三氯氢硅精馏过程的计算机模拟与优化.pdfVIP

三氯氢硅精馏过程的计算机 模拟与优化 李群生 北京化工大学 传质与分离工程研究中心 作者简介  李群生，男，博士，教授、博士生导师，北京化工大学传质与分 离工程研究中心主任，担任全国化肥－甲醇技术委员会委员、全 国塔器技术专家委员会委员、中国聚氯乙烯工业专家组成员等。 长期从事传质与分离工程领域的教学与科研、工业应用工作， 在精馏与塔器技术、分离与提纯、连续多级逆流结晶等方向均取 得了突出的成绩。近几年来，完成国家大型国有企业科研项目80 余项，发表核心期刊论文150余篇，其中SCI、EI收录80余篇；  获得国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖2项，二等 奖3项（均为第一获奖人）；获得国家教学成果二等奖1项、北京 市教学成果一等奖1项。申请国家专利7项，其中获得授权4项 （均为第一发明人）。  将科研成果应用于工业过程中并对其进行强化，解决了工业中常 见的严重影响生产的问题，研究成果在全国几十家国有大中型企 业中进行了1000多项成功的推广应用，累计取得直接经济效益达 30余亿元；推广应用后节省超过数百万吨蒸汽和千万吨水；减少 化学物料排放10万余吨，取得了显著的环境效益与社会效益。 报告主要内容 概述 三氯氢硅精馏过程的工艺流程描述 三氯氢硅精馏过程的计算机模拟与优化 结论 1、概述 1.1 多晶硅生产 太阳能以其清洁、安全、分布广泛和储量丰富的特点受到了 社会的广泛关注。多晶硅作为太阳能光伏产业的基础材料，其 需求量不断增加导致多晶硅产业进入了快速发展时期。 改良西门子法是目前最成熟、投资风险最小、最适合工业化 的多晶硅生产工艺，并能兼容电子级和太阳能级多晶硅的生产， 所生产的多晶硅占世界生产总量的70~80% 。我国也采用改良 西门子法进行多晶硅生产，并在此基础上进行优化。 改良西门子法又称闭环式三氯氢硅氢还原法，其工艺流程包 括：三氯氢硅合成、提纯、还原、尾气回收和四氯化硅的氢 化分离五个主要环节。其中三氯氢硅的提纯是多晶硅生产的 关键环节，三氯氢硅的纯度直接影响多晶硅产品的质量。 工业上多采用精馏的方法对三氯氢硅进行提纯，三氯氢硅精 馏的双塔流程和三塔流程目前在工业上应用很多，能够得到 纯度较高的三氯氢硅。精馏过程是多晶硅生产中能耗较大的 过程之一，在保证产品纯度的前提下，降低精馏能耗和原料 损耗是优化生产工艺的关键。 1.2 Aspen Plus概述 Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和 经济评价的大型化工流程模拟软件。 Aspen Plus 中有五十多种单元操作模型，如混合、分割 换热、闪蒸、精馏、反应等，通过这些模型和模块的组合， 能模拟用户所需的流程。 Aspen Plus还提供了灵敏度分析和工况分析模块。利用 灵度分析模块，用户可以设置某一变量作为灵敏度分析变 量，通过改变此变量值模拟操作结果的变化情况。采用工 况分析模块，用户可以对同一流程几种作工况进行分析。 Aspen Plus具有工业上最适用而完备的物性系统。 Aspen Plus 自身拥有两个通用的数据库AspenCD和 DIPPR，另外还有多个专用的数据库 ，极大地拓宽了 Aspen Plus应用范围。 Aspen Plus具有先进的数值计算方法，能使循环物料和 设计规定迅速而准确地收敛，进行流程优化计算 。 应用Aspen Plus还可以在作工艺计算的同时进行经济评 价，用户能够估算基建费用和操作费用，进行过程的技 术经济评价，经济评价可以用于工作的任何阶段 。 2、精馏过程的工艺流程描述 三氯氢硅精馏的三塔流程是由预塔、三氯氢硅塔（简称三塔）和四氯化 硅塔（简称四塔）组成的精馏系统。合成反应液首先进入预塔，塔顶脱除氯 化硼、二氯二氢硅和氯化氢等轻组分杂质，釜液经原料泵进入三塔；三氯氢 硅和四氯化硅经三塔分离，塔顶得到三氯氢硅产品，釜液经原料泵进入四 塔；四塔塔顶进一步脱除三氯氢硅，塔釜脱除磷、铜和锌等高废物，产品由 进料板以下侧线采出，得到纯度很高的四氯化硅 ，如图1所示 。