蒸發(fā)器在多晶硅鹽類廢水處理中的運用
一、多晶硅生產中鹽類廢水的主要成分及其處理方法
經過長時間的研究及發(fā)展，形成了三種主要的多晶硅的制備方法，分別是改良西門子法、硅烷法和冶金法。改良西門子法主要通過工業(yè)硅和鹽酸的反應以及一系列的物質轉換過程產生多晶硅，該法可實現廢氣循環(huán)利用。硅烷法所生產出來的多晶硅相對于前一種方法純度更高，于此同時，借助設備結構優(yōu)勢，多晶硅可以以較低的分解溫度被生產出來，從而貫徹綠色化學的理念，實現低能耗生產。但與此同時，如何提高其生產安全性是技術人員面臨的一道難題。冶金法主要用于太陽能光伏發(fā)電產業(yè)中制作多晶硅，從而進一步生產出薄膜等新型材料，因其具有成本低、能耗低、產出率高等特點，受到廣泛應用。
多晶硅生產過程的鹽類廢水的處理也是各化工企業(yè)貫徹綠色化學理念的重要一環(huán)。多晶硅材料的生產中主要產生廢氣及原料殘液兩種污染物。其中廢氣中主要包含氫氣、氧氣、氯化氫等易燃易爆或有毒的成分。而殘液的主要成分是微量硅粉和氯化烷。在處理的過程中通常會用稀氫氧化鈉溶液對廢氣及殘液的淋洗使其中含有的氯硅烷和少量氯化氫成分全部水解中和，形成無害的氯化鈉及硅膠。產生的硅膠最終會通過壓濾機進行固液分離，這個過程中產生的廢水即為鹽類廢水，具有較大的酸性，須經過酸堿中和、蒸發(fā)結晶等步驟將其中的鹽類提取出來，從而實現廢物的回收利用。蒸發(fā)器在蒸發(fā)結晶的過程中起到了關鍵作用。
二、多晶硅生產中蒸發(fā)器在鹽類廢水處理中的運用
（1）薄膜蒸發(fā)器工作原理及其工藝流程
薄膜蒸發(fā)器是需要在真空的條件下進行蒸發(fā)操作的一類蒸發(fā)器。真空環(huán)境使得加入的物料的沸點可以迅速降低，因此多晶硅鹽類廢水的處理過程可以在低溫條件下實現。蒸發(fā)器的內部由蒸發(fā)器、氣液分離器、預熱器等部件組成，其主要的工作原理是通過刮膜裝置的不斷旋轉使多晶硅鹽類廢水的物質形成厚度均勻的液膜并以較高的流速向下流動，流入設備底部被排出；而低沸點的組分則被蒸汽加熱后進入大氣。這個過程中刮膜器的泵送作用有效降低了蒸發(fā)器中的熱阻，系統(tǒng)的總傳熱系數隨之提高，使蒸發(fā)強度大大增強。在三類蒸發(fā)器中，薄膜蒸發(fā)器使用的是升膜式列管換熱器，可以滿足制藥、食品及化工等行業(yè)的生產或廢氣廢水等的處理需求，適合熱敏物質的蒸發(fā)。
薄膜蒸發(fā)器處理多晶硅生產過程中產生的鹽類廢水的具體工藝流程如下：
鹽類廢水通過進料泵進入到薄膜蒸發(fā)器的預熱器中加熱，隨后被送入蒸發(fā)器中，在其中循環(huán)蒸發(fā)至氯化鈉含量僅剩45%時，通過循環(huán)泵管道進入結晶儲槽進行冷卻結晶環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)完成后物料將會進入到板框壓濾機中進行固液分離操作，隨后母液將流入設備底部的收集槽中進行回收，部分母液則會流入氯化鈉反應槽中進行重復利用，而產生的氯化鈉晶體則會由專門的運輸通道將其運送至統(tǒng)一地點進行存放、清運。
（2）三效蒸發(fā)器工作原理及其工藝流程
三效蒸發(fā)器在物質的提取濃縮提取方面起著關鍵的作用，是一種比較常見的多效蒸發(fā)器，常用于在化工生產、食品加工、輕工等領域。三效蒸發(fā)器由三個蒸發(fā)器組成采用串聯的方式將鹽類廢水逐級分發(fā)，最終實現固液分離。其工作原理及工藝流程如下：廢水在一效加熱器中進行預加熱，通過連接管道進入蒸發(fā)室，借助內部的巨大壓力，將廢水加熱至其沸點，而后蒸發(fā)。廢水蒸汽進入到蒸發(fā)系統(tǒng)的二效蒸發(fā)器中，作為加熱源再次將流入的廢水蒸發(fā)。在第三個蒸發(fā)器中也是如此。系統(tǒng)負壓作用于連接三個蒸發(fā)器的平衡管中，多晶硅生產中產生的鹽類廢水由此能夠在三個蒸發(fā)器中循環(huán)流動，不斷將其蒸發(fā)直至溶液中的鹽類含量達到飽和狀態(tài)，此時廢水中的鹽分就會形成結晶從溶液表面析出，進入到集鹽室進行回收，實現鹽類廢水的固液分離。三效蒸發(fā)器中多余的蒸汽在負壓的推動作用下會進入到冷凝系統(tǒng)中迅速冷凝為液態(tài)，回收至用水池中，實現循環(huán)利用。
（3）四效蒸發(fā)器工作原理及其工藝流程
四效蒸發(fā)器是多效降膜蒸發(fā)器中的一個分類，適用于低溫連續(xù)式蒸發(fā)濃縮過程。對具有熱敏性、粘滯性以及發(fā)泡性的物體蒸發(fā)效果優(yōu)良。四效蒸發(fā)器也是采用串聯的方式將四個蒸發(fā)器進行連接，使多晶硅鹽類廢水能夠進行循環(huán)蒸發(fā)，從而達到分離目的。四效蒸發(fā)器的工作原理與前兩個蒸發(fā)器既有相似之處，也有其獨有的特點。在對廢水進行蒸發(fā)的過程中，廢水首先經過蒸發(fā)器頂部的分配裝置從而被均勻送入各蒸發(fā)管中。由于重力的作用，廢水沿著管壁向下流動，逐漸在列管內壁形成液膜，隨后，內管中的液膜與流經外管的蒸汽不斷進行熱交換，從而使液膜逐漸形成蒸汽，從而使廢水中的溶質濃度增大，飽和后析出，完成固液分離過程。四效蒸發(fā)器的性能比三效蒸發(fā)器上了一個臺階，能更好的滿足相關行業(yè)中的生產需要，具有傳熱效率高、低能耗等優(yōu)勢，且能對廢水進行快速加熱，提高了多晶硅鹽類廢水的處理效率。四效蒸發(fā)器中配備的CIP清洗系統(tǒng)可實現機器的自動清洗，并且隨著科技的不斷進步，操作過程自動化也成了現實，減少了生產過程及廢物處理過程的人工參與度，大大提高了化工生產的安全性。
三、結語
隨著化工行業(yè)技術的不斷進步，多效蒸發(fā)器能更好的服務于化工生產。多晶硅作為半導體及太陽能光伏發(fā)電材料生產的重要原料，對于我國人工智能、航空航天等多個重點領域的發(fā)展十分重要。蒸發(fā)器高效能、低能耗等特點，使我們能夠在大量生產的同時實現對廢水廢氣有效科學的處理，踐行了綠色化學的理念，從而能夠實現可持續(xù)發(fā)展。（來源：邁安德集團有限公司）