Система низькотемпературної конденсації парогазової суміші

Реферат: Система низькотемпературної конденсації парогазової суміші, що утворюється на ділянці синтезу трихлорсилану, зв'язана по газовій фазі із системою основної конденсації парогазової суміші і містить два охолоджуваних рекуперативних теплообмінники, на входи яких по трубопроводах, що забезпечують підключення по газовій фазі до системи основної конденсації, на охолодження подається парогазова суміш, конденсатор, охолоджуваний рідким азотом, з яким за допомогою трубопроводів по газовій фазі сполучаються зазначені рекуперативні теплообмінники, щонайменше одну ємність для збору конденсату, з якою за допомогою трубопроводів сполучаються рекуперативні теплообмінники і конденсатор, щонайменше одну ємність для збереження рідкого азоту, що сполучається за допомогою трубопроводу з конденсатором. Трубопроводи обладнані регульованою запірною арматурою. Рекуперативні теплообмінники підключені по газовій фазі до системи основної конденсації парогазової суміші паралельно один одному. Для охолодження парогазової суміші в одному рекуперативному теплообміннику використовують потік азоту, що випарувався при охолодженні конденсатора, а в другому рекуперативному теплообміннику - зворотний потік охолоджених газів. UA 72918 U (12) UA 72918 U UA 72918 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області виробництва полікристалічного кремнію, зокрема до обладнання для низькотемпературної конденсації парогазової суміші, що утвориться на ділянці синтезу трихлорсилану. На сьогоднішній день основними сферами застосування полікристалічного кремнію є мікроелектроніка, силова техніка, сонячна енергетика і мікромеханіка. Великі обсяги полікристалічного кремнію у світі виробляються з трихлорсилану, рідше використовуються тетрахлорсилан і монохлорсилан. Одержання трихлорсилану базується на процесі гідрохлорування технічного кремнію в спеціальних реакторах киплячого (псевдозрідженного) шару відповідно до наступної реакції: Si+3HCl=SiHCl3+H2+Q. Поряд з основною реакцією утворення трихлорсилану протікають побічні реакції: Si+4HCl=SiCl4+2H2+Q Si+2HCl=SiH2Cl2+Q Si+HCl+H2=SiH3Cl+Q тощо. Таким чином, парогазова суміш, що виходить з реактора синтезу трихлорсилану, містить пари монохлорсилану, дихлорсилану, трихлорсилану, тетрахлориду кремнію, полісиланхлоридів, водень, хлористий водень та інші. Блок конденсації призначений для конденсації зазначеної парогазової суміші, що виходить з реактора синтезу трихлорсилану і пройшла установку сухого і мокрого очищення, для наступного надходження її компонентів у технологічну лінію виробництва полікристалічного кремнію. При цьому зазначений блок переважно включає блок основної конденсації, де відбувається первинна конденсація парогазової суміші, і блок фінішної конденсації, де конденсується несконденсована у блоці основної конденсації парогазова суміш. Одним зі способів фінішної конденсації парогазової суміші є низькотемпературна конденсація, заснована на пропущенні парогазової суміші через ряд теплообмінних апаратів, останній з який охолоджується рідким азотом, а інші рекуперують холод випаруваного азоту і зворотного потоку охолоджених газів. На будь-якому етапі процесу виробництва полікристалічного кремнію утворюються продукти реакції, які є досить токсичними. Крім того, економічно обґрунтованою є можливість повторного використання продуктів реакції і віднесених з ними реагентів. Тому ведуться роботи в напрямку підвищення екологічної безпеки використовуваної для одержання полікристалічного кремнію технології, а також підвищення економічної доцільності її впровадження шляхом збільшення кількості повторно використовуваних реагентів, у тому числі в процесі здійснення низькотемпературної конденсації парогазової суміші, а також забезпечення раціонального використання зазначених реагентів. Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є система низькотемпературної конденсації парогазової суміші, що утворюється на ділянці синтезу і конденсації трихлорсилану, зв'язана по газовій фазі із системою основної конденсації парогазової суміші (Технология полупроводникового кремния/ Фалькевич Э.С., Пульнер Э.О., Червоный И.Ф. и др. - М.: Металургия, 1992-408 с.), що містить два охолоджуваних рекуперативних теплообмінники, на входи яких по трубопроводах, що забезпечують підключення по газовій фазі до системи основної конденсації, на охолодження подається парогазова суміш, конденсатор, охолоджуваний рідким азотом, з яким за допомогою трубопроводів по газовій фазі сполучаються зазначені рекуперативні теплообмінники, щонайменше одну ємність для збору конденсату, з яким за допомогою трубопроводів сполучаються рекуперативні теплообмінники і конденсатор, щонайменше одну ємність для збереження рідкого азоту, що сполучається за допомогою трубопроводу з конденсатором, при цьому трубопроводи обладнані регульованою запірною арматурою. Рекуперативні теплообмінники мають три порожнини. По зовнішній порожнині приходить зворотний потік охолоджених газів, по середній порожнині – парогазова суміш, з якої виділяють хлорсилани, по внутрішній порожнині – газоподібний азот. Зазначені рекуперативні теплообмінники підключені по газовій фазі до системи основної конденсації парогазової суміші і встановлені послідовно. До недоліків прототипу можна віднести відносну складність конструкції системи низькотемпературної конденсації, що обумовлює підвищення вартості зазначеної системи, а також недостатню ефективність конденсації хлорсиланів з парогазовой суміші, що подається в систему. В основу корисної моделі поставлена задача розробити систему низькотемпературної конденсації парогазової суміші, що завдяки оптимальному підбору елементів системи, а також забезпеченню найбільш ефективного сполучення між зазначеними елементами дозволить 1 UA 72918 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забезпечити ефективну конденсацію хлорсиланів з парогазової суміші, ефективну рекуперацію холоду газоподібних холодоагентів у рекуперативних теплообмінниках, спрощення конструкції взагалі і зниження собівартості системи низькотемпературної конденсації. Поставлена задача вирішується тим, що розроблено систему низькотемпературної конденсації парогазової суміші, що утворюється на ділянці синтезу трихлорсилану, зв'язана по газовій фазі із системою основної конденсації парогазової суміші, що містить два охолоджуваних рекуперативних теплообмінники, на входи яких по трубопроводах, що забезпечують підключення по газовій фазі до системи основної конденсації, на охолодження подається парогазова суміш, конденсатор, охолоджуваний рідким азотом, з яким за допомогою трубопроводів по газовій фазі сполучаються зазначені рекуперативні теплообмінники, щонайменше одну ємність для збору конденсату, з яким за допомогою трубопроводів сполучаються рекуперативні теплообмінники і конденсатор, щонайменше одну ємність для збереження рідкого азоту, що сполучається за допомогою трубопроводу з конденсатором, при цьому трубопроводи обладнані регульованою запірною арматурою, а рекуперативні теплообмінники підключені по газовій фазі до системи основної конденсації парогазової суміші паралельно один одному, при цьому для охолодження парогазової суміші в одному рекуперативному теплообміннику використовується потік азоту, що випарувався при охолодженні конденсатора, а в другому рекуперативному теплообміннику – зворотний потік охолоджених газів. Описана конструктивна реалізація корисної моделі за рахунок оптимального сполучення між елементами системи, зокрема за рахунок рівнобіжного підключення рекуперативних теплообмінників, дозволяє забезпечити ефективну конденсацію хлорсиланів з парогазової суміші, що одночасно надходить як на перший рекуперативний теплообмінник, так і на другий рекуперативний теплообмінник із системи основної конденсації, раціональний розподіл зворотного потоку охолоджених газів, спрощення конструкції системи низькотемпературної конденсації в цілому, що, відповідно, дозволяє знизити вартість системи, а також скоротити експлуатаційні витрати. Доцільною є така реалізація корисної моделі, при якій рекуперативні теплообмінники є двоходовими кожухотрубними теплообмінниками. Також доцільною є така реалізація системи, що заявляється, при якій конденсатор є триходовим кожухотрубним теплообмінником. Використання кожухотрубних теплообмінників обумовлено наявністю швидкісних агресивних середовищ, а також можливістю подальшого легкого очищення теплообмінників такого типу. Більш докладно система, що заявляється, пояснюється за допомогою креслення, на якій схематично представлена схема низькотемпературної конденсації парогазової суміші. На зазначеному кресленні представлені два охолоджуваних рекуперативних теплообмінники 1 і 2, на входи яких по трубопроводах 3, що забезпечують підключення по газовій фазі до системи основної конденсації (не показана), на охолодження подається парогазова суміш, конденсатор 4, охолоджуваний рідким азотом,з яким за допомогою трубопроводів 5, 6 і 7 по газовій фазі сполучаються зазначені рекуперативні теплообмінники 1 і 2. Також на схемі представлені ємності 8 для збору конденсату, з якими за допомогою трубопроводів 9 сполучаються рекуперативні теплообмінники 1, 2 і конденсатор 4, і ємності 10 для збереження рідкого азоту, що сполучаються за допомогою трубопроводу 11 з конденсатором 4. Система низькотемпературної конденсації парогазової суміші, що заявляється, працює в такий спосіб. Парогазову суміш, що утворюється на ділянці синтезу трихлорсилану та пройшла через системи сухого і мокрого очищення, а також через систему основної конденсації парогазової суміші (не показана), по трубопроводах 3 подають на входи рекуперативних теплообмінників 1 і 2, що підключені по газовій фазі до системи основної конденсації паралельно один одному. У якості рекуперативних теплообмінників 1 і 2 використовують двоходові кожухотрубні теплообмінники. У зазначених теплообмінниках 1 і 2 парогазову суміш охолоджують, при цьому для охолодження парогазової суміші в рекуперативному теплообміннику 1 використовують потік азоту, що випарувався при охолодженні конденсатора 4, який подають у теплообмінник 1 за допомогою трубопроводу 5, а для охолодження парогазової суміші у другому рекуперативному теплообміннику 2 використовують зворотний потік охолоджених газів, що пройшли всі стадії конденсації, що подають у теплообмінник 2 за допомогою трубопроводу 6. Охолодження парогазової суміші здійснюють до температури -80 С, при який відбувається часткова конденсація хлорсиланів. Сконденсовані хлорсилани направляють по трубопроводу 9 у ємності 8 для збору конденсату. 2 UA 72918 U 5 10 15 20 По трубопроводу 7 несконденсовану в рекуперативних теплообмінниках 1 і 2 парогазову суміш подають у конденсатор 4. Зазначену парогазову суміш охолоджують рідким азотом, потім гази відокремлюють від краплинної рідини конденсату хлорсиланів і після повного їх відділення направляють у рекуперативний теплообмінник 2 зворотним потоком на рекуперацію холоду, а отриманий рідкий конденсат хлорсиланів відбирають з конденсатора 4 і разом з конденсатом хлорсиланів, отриманим у рекуперативних теплообмінниках 1 і 2, направляють по трубопроводу 9 у ємності 8 для збору конденсату. Азот, що випарувався, з конденсатора 4 за допомогою трубопроводу 5 подають у рекуперативний теплообмінник 1 на рекуперацію холоду. Рідкий азот у конденсатор 4 подають з ємностей 10 для збереження рідкого азоту по трубопроводу 11 автоматично через клапан, що відкривається і закривається в залежності від температури газів, що виходять з конденсатора 4. Кількість хлорсиланів у газах, що відходять, складає 0,1-0,2 % (об'ємн.). Після системи низькотемпературної конденсації гази можуть бути використані на інших етапах виробництва, наприклад, при синтезі хлористого водню, або можуть бути спрямовані на санітарне очищення. Таким чином, система низькотемпературної конденсації парогазової суміші, що заявляється, завдяки оптимальному підбору елементів системи, а також забезпеченню найбільш ефективного сполучення між зазначеними елементами дозволяє забезпечити ефективну конденсацію хлорсиланів з парогазової суміші, ефективну рекуперацію холоду газоподібних холодоагентів у рекуперативних теплообмінниках, спрощення конструкції взагалі і зниження собівартості системи низькотемпературної конденсації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Система низькотемпературної конденсації парогазової суміші, що утворюється на ділянці синтезу трихлорсилану, зв'язана по газовій фазі із системою основної конденсації парогазової суміші і містить два охолоджуваних рекуперативних теплообмінники, на входи яких по трубопроводах, що забезпечують підключення по газовій фазі до системи основної конденсації, на охолодження подається парогазова суміш, конденсатор, охолоджуваний рідким азотом, з яким за допомогою трубопроводів по газовій фазі сполучаються зазначені рекуперативні теплообмінники, щонайменше одну ємність для збору конденсату, з якою за допомогою трубопроводів сполучаються рекуперативні теплообмінники і конденсатор, щонайменше одну ємність для збереження рідкого азоту, що сполучається за допомогою трубопроводу з конденсатором, при цьому трубопроводи обладнані регульованою запірною арматурою, яка відрізняється тим, що рекуперативні теплообмінники підключені по газовій фазі до системи основної конденсації парогазової суміші паралельно один одному, при цьому для охолодження парогазової суміші в одному рекуперативному теплообміннику використовується потік азоту, що випарувався при охолодженні конденсатора, а в другому рекуперативному теплообміннику – зворотний потік охолоджених газів. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що рекуперативні теплообмінники є двоходовими кожухотрубними теплообмінниками. 3. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що конденсатор є триходовим кожухотрубним теплообмінником. 3 UA 72918 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4