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光纤原料高纯四氯化硅精制工艺研究

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第一章 文献综述

1.1多晶硅行业及副产物四氯化硅简介

1.2多晶硅生产副产物四氯化硅综合利用技术

1.3高纯四氯化硅精制工艺研究进展

1.4化工过程模拟及Aspen Plus软件介绍

1.5差压热耦合精馏节能技术及隔板精馏节能技术介绍

1.6吸附法精制高纯四氯化硅研究进展

1.7本文研究目的及意义

第二章 精馏法制备高纯四氯化硅工艺设计与模拟

2.1高纯四氯化硅精制流程的建立

2.2高纯四氯化硅精制工艺简捷模拟

2.3高纯四氯化硅精制工艺严格模拟

2.4高纯四氯化硅精制工艺模拟优化结果

2.5本章小结

第三章 差压热耦合节能技术在四氯化硅精制工艺中的应用

3.1差压热耦合节能工艺的建立

3.2差压热耦合节能精馏工艺的模拟

3.3差压热耦合节能精馏工艺经济性分析

3.4本章小结

第四章 隔壁精馏技术在四氯化硅精制工艺中的应用

4.1隔壁精馏工艺建立与模拟

4.2隔壁精馏工艺参数优化

4.3隔壁精馏塔操作参数优化结果

4.4隔壁精馏塔经济性分析

4.5本章小结

第五章 高纯四氯化硅吸附法除硼研究

5.1实验准备部分

5.2实验仪器与设备

5.3实验方法

5.4实验结果分析

5.5吸附动力学研究

5.6本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

针对目前国内多晶硅行业内普遍存在的副产物四氯化硅处理难题,本文提出了使用副产物四氯化硅精制提纯,制备高纯四氯化硅作为光纤原料的工艺过程,并使用Aspen Plus软件通过流程模拟、设计优化和流程改进,达到了理想的效果。本文的主要研究工作和结果如下:
  (1)从多晶硅副产物冷氢化高沸物出发,以光纤原料品质需求为目标,设计模拟了精馏法精制高纯四氯化硅的工艺流程,谈论相关设计和操作参数对工艺的影响,包括塔板数、回流比数、进料位置等,确定了最佳的工艺条件,通过模拟该工艺产品四氯化硅纯度达到99.99999%以上,满足光纤原料品质要求。
  (2)在原有设计工艺流程上,使用差压热耦合节能技术对原工艺进行改进,对比了差压热耦合技术精制四氯化硅工艺和原有工艺,结果表明使用差压热耦合能够在获得更高产品品质基础上降低能耗40%以上,同时还节省了设备投资,具有很高的应用前景。
  (3)提出了将隔壁精馏技术应用在精制高纯四氯化硅过程中,运用Aspen Plus软件使用对工艺进行了模拟和优化。优化为:全塔高度150块理论板,预分离段高度119块理论板,公共精馏段高度20块理论板,公共提馏段高度11块理论板,进料位置为第69块塔板,采出位置为第80块塔板,液相分配比为1.8,气相分配比为0.7。结果表明隔壁精馏塔工艺产品纯度优于原工艺,并且节约能耗20%以上,还能大大降低设备投资,具有高效节能的优点
  (4)对吸附法精制四氯化硅工艺进行了探索性研究,研究了四氯化硅中硼杂质的吸附除杂过程,讨论了吸附条件对吸附过程的影响,包括吸附剂种类、用量、含水量、吸附温度和吸附时间等。发现使用A21树脂对四氯化硅中硼杂质有很好的吸附效果,吸附过程是吸热过程,平衡时间较快,并且发现树脂中的水分能迅速与四氯化硅反应,影响吸附,因此工业应用时应尽量除去树脂中水分。此外,本文对吸附动力学进行研究,研究表明吸附过程满足Lagergren二级吸附动力学模型。

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