蒸發器在多晶硅生產處理鹽類廢水中的應用

王蘇俊

（新疆協鑫新能源材料科技有限公司，新疆昌吉 831800）

對于多晶硅的生產和制造來說，一般都采取西門子的改良生產技術，但是西門子改良技術會在生產的過程中產生一系列的廢氣以及有害氣體，會產生出一系列的液體，不僅有害還會對周圍的環境造成一定程度上的污染。對于廢水的處理凈化來說，其主要的成分就是氯硅烷以及硅粉，但是相對來說，氯硅烷可以在一定條件下受到水的一系列影響進而迅速水解，但是在實際的處理環境下來說，可采取較低濃度的氫氧化鈉液體以及具備著氯硅烷的液體對產生的氣體進行一系列的噴灑。在鹽酸、氯硅烷、水的一系列反應中，會得到多晶硅的廢水，然而廢水的生產以及廢水的處理裝置都會形成一系列的硅膠以及含氯的無用液體，硅膠可以采取固液分離的方式將其進行有效的分離，再放入到固廢堆積中進行集中的處理。對于硅膠的分離來說，其所剩下的含氯廢水，可以通過應用儀器的方式來對其進行針對性的處理，對于一些高濃度的含鹽廢水可以應用廢水蒸發器將其濃縮成結晶，再將結晶進行分離，進而留下的液體再二次利用，為企業節約成本。

1 蒸發器的工作原理以及含鹽廢水蒸發特點

1.1 蒸發器工作原理

由于含鹽廢水不能揮發，因此在對含鹽廢水的處理中需要采取科學有效的辦法來對其進行針對性的處理。而蒸發器作為處理含鹽廢水最高效的儀器，其工作原理的研究可以有效地對其進行改進和完善。含鹽廢水通常為飽和液體，采取蒸發器的方式對其進行處理，會使得其中的水分得到蒸發，并且廢水的濃度升高，當其濃度達到一定溫度下的最高值時，溶液中的物質就會再被處理。

蒸發器在處理含鹽廢水的過程中，因為溫度的影響而使其含鹽廢水中水會源源不斷被蒸發掉，因此會出現較多的水蒸氣，然而由于水蒸氣的數量較多，因此就需要對其進行引導。水蒸氣會和溶液產生一系列的反應，導致溶液本身的不飽和液體逐漸轉化成飽和液體，而氯化鈉無法結晶，使得對含鹽廢水的處理工作結束。將產生的水蒸氣進行有效的引導，進而采取措施將水蒸氣冷凝，實現對于含鹽廢水的高效處理。

1.2 含鹽廢水蒸發特點

1.2.1 熱量的傳遞

對于廢液的蒸發處理來說，其實就是一個傳熱的過程，傳熱作為液體蒸發的主要特點，是最科學最高效的液體處理方式，溶液的表面主要是分界面，而表面以上的溶液會變成液化的方式，決定著其狀態。在溶液被加熱蒸發的過程中，溫度會一直升高，達到臨界點即沸點的情況下，就會出現汽化的現象，在空氣中遇到冷的情況下會變為水蒸氣，而沸點的臨界點會傳熱壁面的兩個地方都會發生一系列的變化，該流程可以統稱為液體加熱受熱，而后出現沸騰的現象，再加熱使得液體達到沸點進而出現汽化的現象，而水蒸氣遇到冷則會冷凝液化，最終實現整個含鹽廢水的處理。蒸發器制冷工藝流程如圖1所示。

圖1 蒸發器制冷工藝流程圖

1.2.2 沸點變化的分析

水是一種不含任何物質的液體。在標準氣壓的情況下，水的沸點大約在100℃，而當水中溶解掉一系列的物質時，則會出現沸點改變的情況。含鹽廢水主要的成分為氯化鈉，而在標準的氣壓時，含鹽廢水的沸點也會隨之上升，含鹽廢水的濃度越高，則會使得該液體中的水的含量也越少，在濃度不斷增加的過程中，其沸點和水的差距也就越來越大。

1.2.3 溶液性質的增強研究

溶液在加熱蒸發的過程中，溶液整體所含水的成分也就越來越小，溶液的濃度也就越來越高，因為水的影響逐漸減少，因此使得溶液的酸堿性也會受到一系列的影響開始變強。例如，對于某溶液來說，其物理性質并不明顯，但是因為蒸發的原因導致了其水的成分越來越少，溶液的濃度越來越高，就會使得溶液的物理性質得到增加，即出現溶液的腐蝕性高的情況。因此，處理含鹽廢水的過程中，因為其存在著諸多有害氣體以及有害液體，因此需要格外注意和防范，保障工作人員的人身健康安全，保護環境不會污染。

2 多晶硅生產過程中含鹽廢水處理裝置

因為在多晶硅企業中，含鹽廢水存在著大量的惡劣影響因素，因此對其處理防范十分關鍵。而不同類型的含鹽廢水因為特點不同，因此需要針對性處理，使得處理含鹽廢水的裝置也很多，并且特點不同。

2.1 薄膜蒸發器及其工藝流程

隨著我國社會經濟的發展，推動了我國科技技術的進步，使得處理含鹽廢水的裝置得到了加強和完善。薄膜蒸發器是可以在真空情況下對含鹽廢水進行處理的現代化蒸發器。它主要由可加熱的圓筒組成，并且每一個圓筒都具備著可旋轉功能的刮膜器。溶液在圓筒內會不斷加熱且濃縮，在加熱到一定程度后會將溶液輸送到裝置內結晶。在結晶過程結束后再送入到壓濾機中進行有效的固液分離，使得液體再次進入到車間內循環利用，為企業減少了經濟損失。該裝置操作較為簡單，并且需要的技術經驗較少，熱傳遞效率較多，液體在設備內的停留時間較短。因此在很多多晶硅企業中都得到了廣泛的使用，是當前處理含鹽廢水最為主要的設備。

2.2 三效蒸發器及其工藝流程

三效蒸發器作為一效以及二效蒸發器有效結合現代化處理蒸發器，可以有效地將第一個蒸發器中工作所產生的一系列能量傳遞到下一個等級。該設備操作較難，需要控制設備的內部大氣壓以及沸點，將蒸汽引導至下一個接入口。對于三效蒸發器來說，第一個蒸發器可以稱之為一效，以此類推，即為三效蒸發器。

2.3 四效蒸發器及其工藝流程

對于四效蒸發器來說，其物料主要由設備頂部的裝置進行有效的材料分配，將材料分配到各蒸發管內進而實現對于材料的處理。需要處理的材料會因為受到重力的影響而沿著蒸發管內的液膜從設備的上方逐漸流入到設備的下方。而在材料下降的過程中，與蒸發管外的加強裝置進行接觸，進而受到來自設備內的加強，出現蒸汽發生熱交換的一種過程，出現薄膜蒸發的現象。在發生的二次蒸汽的過程中，因為其流向一致，因此對材料液體沿著設備內部的分布起到了一定程度上的促進作用，提高了設備內部的加熱程度，使得設備內的加強效率逐漸增高。

3 對于各種類型蒸發器的能耗以及經濟效益分析

我國有很多的多晶硅企業，而處理含鹽廢水是一直以來都困擾著諸多企業的主要問題。隨著時代的發展以及科技技術的進步，對于各類蒸發器的加強和完善得到了重視。當前，我國處理多晶硅含鹽廢水的主要設備有著以上所分析的三種，然而不同類型的企業所使用的設備也是不同的，綜合來看，在我國諸多的多晶硅企業中，用于處理含鹽廢水設備主要還是薄膜蒸發器。雖然這些含鹽廢水處理裝置都是采取加熱的方式來對含鹽廢水進行處理，但是特點不同，因此針對各種蒸發器的處理裝置進行能耗分析，選擇經濟效益較高的設備有利于多晶硅企業的發展。

對于三種設備來說，保障環境一致，并且處理的廢液濃度一致的情況下時，處理同樣質量的含鹽廢水所損失的能耗是不同的。從能耗消耗方面來看，采取四效蒸發器處理多晶硅所生產出來的含鹽廢水是比較節能的，其次則是三效蒸發器，因此可以看出，薄膜蒸發器所消耗的能耗最高，而對于需要控制經濟成本的多晶硅企業來說，采取四效蒸發器可以降低處理含鹽廢水的成本，最大程度提高企業的經濟效益。

對于三種設備來說，處理含鹽廢水的能耗不同，并且處理含鹽廢水的過程中所消耗的水量也不同。在采取處理含鹽廢水的過程中，同樣質量的含鹽廢水在采取薄膜蒸發器的過程中所需要的水量為15m3，而采取三效蒸發器來對含鹽廢水進行處理則會消耗14m3的水，采取四效蒸發器處理含鹽廢水所消耗的水資源為11m3，因此從這方面來看，四效蒸發器處理多晶硅生產過程中所出現的含鹽廢水的用水量最少。

4 結束語

對于多晶硅企業來說，因為在制造多晶硅的過程中會產生大量的含鹽廢水，并且含鹽廢水有著一定的污染性，會對周圍的環境造成不可逆的影響，并且對于工作人員來說也影響到了其安全以及身體健康，因此需要格外注意對于含鹽廢水的處理。多效蒸發提高了加熱蒸汽的利用率，使得經濟效益越來越高，是推動企業發展的影響因素。而對于蒸發所消耗的水量而言，采取多效的蒸發器所消耗的水量較少，因此在實際情況下的工業生產中，為了節省水資源，采取多效蒸發的方式可以節省更多的水資源，帶來更多的經濟效益，進而使得企業更好的發展。