蒸發(fā)器在多晶硅生產(chǎn)處理鹽類廢水中的運用分析

東占明（青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司新能源分公司，青海 西寧 810000）

生產(chǎn)多晶硅大都使用改良西門子法，改良西門子法在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生大量的化學(xué)廢氣和殘留液體。氯硅烷和硅粉是化學(xué)廢水所包含的主要成分。氯硅烷極易被水分解，在實際生產(chǎn)處理中，用低濃度的氫氧化鈉溶液以及含有氯硅烷的殘留液體對廢氣進行噴淋。鹽酸、氯硅烷和水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而得到多晶硅生產(chǎn)廢水，廢水經(jīng)生產(chǎn)廢水經(jīng)污處理裝置，形成硅膠及含氯的廢水，硅膠可通過固液分離的方式分離出來再放入固廢堆積處集中處理。硅膠被分離出來后就剩下的含氯廢水，即鹽類廢水，對這些高濃度鹽類廢水可使用廢水蒸發(fā)器對其濃縮結(jié)晶，再將結(jié)晶分離出來，留下液體可再次利用以降低企業(yè)的成本投入。

1 蒸發(fā)器的工作原理及鹽類廢水蒸發(fā)特點

1.1 工作原理

由于鹽類廢水不能自行揮發(fā)，為了對廢水進行處理，只能利用蒸發(fā)器進行處理，鹽類廢水為飽和液體，通過蒸發(fā)器使其水分蒸發(fā),而廢水的濃度將會上升，當(dāng)其濃度達(dá)到在當(dāng)下溫度溶解度的臨界點，溶質(zhì)將不能再被溶解就會被析出[1]。

由于蒸發(fā)過程中溶液中的水會被汽化，從而產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣必須引導(dǎo)至其他地方，因為水蒸氣將和溶液產(chǎn)生牽連作用，不飽和液體會再次變成飽和液體，氯化鈉無法結(jié)晶析出。那么將水蒸氣導(dǎo)入冷凝裝置當(dāng)中，讓其冷凝，若直接進行這一冷凝環(huán)節(jié)，這一過程就是單效蒸發(fā)。那么多效蒸發(fā)的流程便是二次蒸汽被引導(dǎo)至下一級蒸發(fā)器，并且對其起到加熱作用。

蒸發(fā)其實是一種熱量的傳遞過程，液體達(dá)到沸點汽化的過程就是溶液與冷凝蒸汽之間的熱傳導(dǎo)。

1.2 蒸發(fā)特點

1.2.1 熱量傳遞

傳熱性是溶液蒸發(fā)的特點之一，溶液的表面即為分界面，表面以上溶液呈汽化，表面以下溶液呈液化，決定其狀態(tài)的即沸點。溶液達(dá)到沸點即汽化，在空氣遇冷又將變?yōu)樗魵猓诜悬c的臨界點傳熱壁面的兩方都在不停發(fā)生變化，這一個流程可以看做是：溶液受熱——沸騰——達(dá)到沸點——汽化——水蒸氣遇冷——冷凝液化。因此這一個過程也是傳熱過程。

1.2.2 沸點的變化

不含其它溶質(zhì)的溶液稱之為H2O（水）。在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之下，水的沸點在99.975 攝氏度，當(dāng)水中加入其它溶質(zhì)其沸點將隨之改變，鹽類廢水當(dāng)中含有Nacl，那么在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之下鹽類廢水的沸點也隨之上升。若鹽類廢水的濃度越高,其沸點和純水的沸點差值越多。

1.2.3 溶液性質(zhì)增強

溶液在加熱蒸發(fā)過程中，其濃度會隨之增加，因此溶液的酸堿性特征也會變強。例如本身濃度不高的腐蝕性液體，在蒸發(fā)過程中水分變少，參與稀釋的水分持續(xù)減少，液體濃度增加，其腐蝕性能增加，因此操作人員在蒸發(fā)有害廢水過程中要格外注意[2]。

1.2.4 產(chǎn)生固廢

鹽類廢水在水分蒸發(fā)過程中，濃度增加，析出鹽分晶體,同時也會結(jié)垢，產(chǎn)生泡沫。若泡沫不及時從溶液中分離出來，會導(dǎo)致其跟隨溶液飄入溢流管等設(shè)備當(dāng)中，從而造成設(shè)備被污染。

2 用于處理多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鹽類廢水的裝置

2.1 薄膜蒸發(fā)器

隨著科技的發(fā)展，處理廢水的設(shè)備越發(fā)先進。薄膜蒸發(fā)器是一種在真空環(huán)境下對廢水進行處理的現(xiàn)代化的蒸發(fā)器。它是由一組可加熱圓筒組成，每一個圓筒內(nèi)具有可旋轉(zhuǎn)功能的刮膜器。溶液在圓筒內(nèi)不斷加熱并濃縮，在加熱到一定濃度后將及液體輸送至灌中待其降溫結(jié)晶。結(jié)晶過程完成后再將其送入壓濾機中進行固液分離，液體再次送入生產(chǎn)車間循環(huán)使用[3]。

2.2 三效蒸發(fā)器

三效蒸發(fā)器是同串聯(lián)一效和二效蒸發(fā)器串聯(lián)，第一個蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽給下一級供熱,通過控制設(shè)備內(nèi)部的大氣壓和沸點，把蒸汽到引至下一個蒸發(fā)器的入口。進入第一個蒸發(fā)器的過程為一效，以此類推，二次蒸汽進入后面的蒸發(fā)器即為二效、三效。

2.3 四效蒸發(fā)器

四效蒸發(fā)器是基于三效蒸發(fā)器的基礎(chǔ)上再串聯(lián)一個蒸發(fā)器,其工作原理和三效蒸發(fā)器類似，只是蒸汽需要再進入一個蒸發(fā)器。四效蒸發(fā)器工作時,廢水在蒸發(fā)器上端經(jīng)過處理，進入每一級蒸發(fā)管中。廢水在蒸發(fā)管自上而下流出，形成薄膜,同時與蒸汽發(fā)生熱交換反應(yīng),廢液蒸發(fā)。且二次蒸汽在每一級蒸發(fā)器的方向一致,傳熱效率得到極大促進[4]。

3 結(jié)語

含鹽廢水不經(jīng)處理直接排出會影響到水資源環(huán)境污染，企業(yè)要利用蒸發(fā)器，將其鹽分析出并處理，剩下液體再次循環(huán)至多晶硅生產(chǎn)中使用。三效、四效蒸發(fā)器利用二次蒸汽加熱，即提高了蒸發(fā)效率，又節(jié)約了能源，多晶硅生產(chǎn)企業(yè)可以多加利用，節(jié)省運營成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。