Пристрій для гідрування тетрахлориду кремнію

Реферат: Пристрій для гідрування тетрахлориду кремнію, що включає корпус із засобами для підведення парогазової суміші вихідних продуктів та відведення парогазової суміші продуктів реакції, а також нагрівачі з вуглець-вуглецевого матеріалу, встановлені всередині корпусу та з'єднані зі струмопідводами, що виходять з корпусу, причому нагрівачі попарно з'єднані графітовою перемичкою та включають щонайменше дві нагрівальні пластини, встановлені під кутом одна до одної та з'єднані між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача. UA 71537 U (12) UA 71537 U UA 71537 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі виробництва полікристалічного кремнію для потреб мікроелектроніки, сонячної енергетики, електротехніки тощо, зокрема до пристроїв для перетворення тетрахлориду кремнію, що утворюється в процесі отримання полікристалічного кремнію, в трихлорсилан, який є вихідним компонентом для отримання полікристалічного кремнію, забезпечуючи таким чином замкнутий цикл виробництва. Технологічний цикл виробництва полікристалічного кремнію складається з набору послідовних операцій. Значні обсяги полікристалічного кремнію у світовій практиці виготовляються з трихлорсилану (SiHCl3). Промислове виробництво трихлорсилану базується на процесі гідрохлорування (НСl) технічного кремнію в спеціальних реакторах киплячого (псевдозрідженого) шару. При цьому процес гідрохлорування здійснюється із утворенням побічних продуктів у вигляді дихлорсилану (SiH2Cl2) та тетрахлориду кремнію (SiCl4). Таке утворення побічних продуктів викликає необхідність виконання додаткових технологічних операцій для виділення трихлорсилану. Таким чином актуальною є проблема розробки пристрою для перетворення тетрахлориду кремнію в трихлорсилан для створення замкнутої технологічної лінії, а також забезпечення збільшення коефіцієнта використання вихідних продуктів та виходу заданого кінцевого продукту - трихлорсилану. При цьому одним з найбільш важливих елементів такого пристрою буде нагрівач, від якого здебільшого й залежать температурні можливості обладнання, економічні параметри пристрою тощо. Відомий пристрій для виробництва трихлорсилану та спосіб для виробництва трихлорсилану (заявка ЕР2364772, МПК В01J12/00, В01J19/00, С01В33/107, опубл. 14.09.2011). Пристрій згідно з патентом включає реактор із портами для підведення та відведення газу, а також множину нагрівачів усередині реактора для нагрівання газу, з'єднаних із електродами. При цьому нагрівачі в реакторі виконані з графіту та вкриті карбідом кремнію. Недоліком зазначеного пристрою є порівняно складна конструкція нагрівачів, ускладнений технологічний процес їх виготовлення, обумовлений необхідністю нанесення шару карбіду кремнію, а також порівняно невелика механічна міцність та крихкість використовуваного основного матеріалу - графіту. Найбільш близьким до рішення, що заявляється, за своїми суттєвими ознаками та технічним результатом, що досягається, і прийнятим як прототип є пристрій для гідрування тетрахлориду кремнію (патент RU2278076, МПК С01В33/107, опубл. 20.06.2006). Згідно з винаходом пристрій для гідрування тетрахлориду кремнію включає корпус із патрубками для подання та відведення парогазової суміші з реакційної камери, нагрівачі, виконані у вигляді пластин, з'єднані з ізольованими від корпусу струмопідводами та рівномірно розташовані по об'єму камери. Причому нагрівачі виконані U-подібної форми та виконані з вуглець-вуглецевого композита. Недоліком зазначеного пристрою є порівняно складний технологічний процес виготовлення нагрівачів, обумовлений їх U-подібною формою, а також недоліки в експлуатації та порівняно низька надійність, зумовлені цілісністю конструкції, що у разі несправності вимагатиме заміни всього нагрівача. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити такий пристрій для гідрування тетрахлориду кремнію, у якому за рахунок оптимальної конструкції нагрівачів буде досягнуто збільшення надійності пристрою, спрощено процес обслуговування, забезпечено технологічність та простоту виготовлення, разом зі зменшенням витрат енергії на одиницю отримуваного кінцевого продукту та збільшенням виходу кінцевого продукту. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для гідрування тетрахлориду кремнію включає корпус із засобами для підведення парогазової суміші вихідних продуктів та відведення парогазової суміші продуктів реакції, а також нагрівачі з вуглець-вуглецевого матеріалу, встановлені всередині корпусу та з'єднані із струмопідводами, що виходять з корпусу. Згідно з корисною моделлю нагрівачі попарно з'єднані графітовою перемичкою та включають щонайменше дві нагрівальні пластини, встановлені під кутом одна до одної та з'єднані між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача. У переважному варіанті виконання кожен з нагрівачів з'єднаний із струмопідводом через графітову втулку, причому нагрівач закріплюється на графітовій втулці за допомогою перехідника з вуглець-вуглецевого матеріалу. Переважно, нагрівачі є рівномірно встановленими у корпусі по колу. У переважному варіанті виконання кожен з нагрівачів включає щонайменше дві розташовані одна над одною секції, які включають щонайменше дві нагрівальні пластини, встановлені під кутом одна до одної та з'єднані між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача. Також переважно, співвідношення висоти та ширини нагрівальної пластини нагрівача складає близько 1:10 відповідно. 1 UA 71537 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Така реалізація пристрою для гідрування тетрахлориду кремнію, при якій нагрівачі виконані з вуглець-вуглецевого матеріалу дозволяє забезпечити високу питому міцність нагрівачів, яка може зберігатися протягом тривалого часу при високих температурах, хорошу електропровідність, високу хімічну стійкість та малу питому вагу, зумовлені характеристиками матеріалу, що у свою чергу забезпечує збільшення надійності пристрою, гарантує якісні температурні можливості пристрою, високі економічні параметри пристрою в цілому, забезпечує зниження загальної ваги пристрою, спрощення конструкції, полегшення збирання нагрівальних вузлів. Виконання нагрівачів з'єднаними одним кінцем із струмопідводами та попарно з'єднаними графітовою перемичкою іншим кінцем забезпечує створення єдиного контуру для пропускання електричного струму, зокрема індукційного струму, для нагрівання. Причому таке комбінування вуглець-вуглецевого матеріалу та графітової перемички дозволяє забезпечити оптимальне комбінування матеріалів, максимально ефективно використовуючи їх характеристики, зокрема високу електропровідність графіту та міцність і стійкість до парів кремнію вуглець-вуглецевого матеріалу. Виконання нагрівачів такими, що включають щонайменше дві нагрівальні пластини, встановлені під кутом одна до одної та з'єднані між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача, забезпечує технологічну та просту у виготовленні конструкцію. А завдяки тому, що у переважному варіанті нагрівачі включають щонайменше дві розташовані одна над одною секції із щонайменше двома нагрівальними пластинами, встановленими під кутом одна до одної та з'єднаними між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача, забезпечується просте збирання та обслуговування пристрою в цілому та нагрівачів зокрема, збільшення площі нагрівальних поверхонь нагрівачів із збереженням оптимального співвідношення площі нагрівальних поверхонь та потужності, що витрачається на її нагрівання, збільшенням виходу кінцевого продукту. Виконання нагрівачів з'єднаними зі струмопідводом через графітову втулку, де нагрівач закріплюється на графітовій втулці за допомогою перехідника з вуглець-вуглецевого матеріалу, дозволяє за рахунок такого з'єднання знизити виділення тепла в зоні струмопідводів та сконцентрувати його в тепловій зоні нагрівача, що у свою чергу сприяє економії витрат електроенергії на нагрівання. Виконання нагрівачів рівномірно розташованими у корпусі по колу дозволяє створити однорідне температурне поле по всьому об'єму корпусу, що приводить в результаті до утворення переважно трихлорсилану та знижує вірогідність утворення інших хлорсиланів. У свою чергу зменшення побічних продуктів реакції спрощує подальше розділення компонентів, що утворилися. Виконання нагрівальної пластини нагрівача зі співвідношенням висоти та ширини близько 1:10 відповідно дозволяє забезпечити надійну, просту у виготовленні та обслуговуванні конструкцію. Корисна модель, що заявляється, пояснюється за допомогою фігур, де: На фіг. 1 зображено вигляд спереду нагрівача, що включає дві секції; на фіг. 2 зображено вигляд зверху нагрівача. Пристрій для гідрування тетрахлориду кремнію включає корпус із засобами для підведення парогазової суміші вихідних продуктів та відведення парогазової суміші продуктів реакції (не показані). Пристрій включає нагрівачі 1 з вуглець-вуглецевого матеріалу, встановлені всередині корпусу та з'єднані одним кінцем із струмопідводами (не показані), що виходять з корпусу. Нагрівачі 1 іншим кінцем попарно з'єднані графітовою перемичкою (не показана) та включають щонайменше дві нагрівальні пластини 2, встановлені під кутом одна до одної та з'єднані між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача 3, до якого пластини 2 приєднані за допомогою гвинтів 4. Форма поєднувача 3 та нагрівальних пластин 2 розраховується залежно від температури нагрівання. Кожен з нагрівачів 1 з'єднаний із струмопідводом через графітову втулку (не показана), на якій він закріплюється за допомогою перехідника 5 з вуглецьвуглецевого матеріалу. Графітова втулка може бути виконана циліндричної форми, що звужується з одного боку. Нагрівачі 1 рівномірно встановлені у корпусі по колу. Кожен з нагрівачів 1 включає щонайменше дві розташовані одна над одною секції 6, які включають щонайменше дві нагрівальні пластини 2, встановлені під кутом одна до одної та з'єднані між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача 3. Співвідношення висоти та ширини нагрівальної пластини 2 нагрівача 1 складає близько 1:10 відповідно. Корисна модель здійснюється у такий спосіб. 3 Попередньо готують пристрій шляхом пропускання через корпус азоту із витратою 50 м /год. та випробовують на герметичність надлишковим тиском азоту близько 6 атм протягом 30 3 хвилин. Після чого пропускають водень із витратою 50 м /год. протягом 30 хвилин. Подають на 2 UA 71537 U 5 10 струмопідводи напругу та встановлюють температуру нагрівачів близько 1200-1250 °C. Попередньо підготовлений пароподібний тетрахлорид кремнію змішують із воднем у співвідношенні близько 1:3÷4. Одержану парогазову суміш подають у корпус пристрою для гідрування на розігріті нагрівачі 1. Суміш подають через засоби для підведення парогазової суміші. В об'ємі корпусу на поверхні нагрівачів, зокрема на поверхні нагрівальних пластин 2, відбувається реакція гідрування тетрахлориду кремнію до трихлорсилану. Парогазова суміш, збагачена трихлорсиланом, відводиться з корпусу пристрою для гідрування через засоби відведення парогазової суміші на подальше розділення компонентів. Корисна модель, що заявляється, дозволяє досягти збільшення надійності пристрою, спростити процес обслуговування, забезпечити технологічність та простоту виготовлення, разом зі зменшенням витрат енергії на одиницю отримуваного кінцевого продукту та збільшенням виходу кінцевого продукту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Пристрій для гідрування тетрахлориду кремнію, що включає корпус із засобами для підведення парогазової суміші вихідних продуктів та відведення парогазової суміші продуктів реакції, а також нагрівачі з вуглець-вуглецевого матеріалу, встановлені всередині корпусу та з'єднані зі струмопідводами, що виходять з корпусу, який відрізняється тим, що нагрівачі попарно з'єднані графітовою перемичкою та включають щонайменше дві нагрівальні пластини, встановлені під кутом одна до одної та з'єднані між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кожен з нагрівачів з'єднаний із струмопідводом через графітову втулку. 3. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що нагрівач закріплюється на графітовій втулці за допомогою перехідника з вуглець-вуглецевого матеріалу. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівачі рівномірно встановлені у корпусі по колу. 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кожен з нагрівачів включає щонайменше дві розташовані одна над одною секції, які включають щонайменше дві нагрівальні пластини, встановлені під кутом одна до одної та з'єднані між собою за допомогою щонайменше одного поєднувача. 6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення висоти та ширини нагрівальної пластини нагрівача складає близько 1:10 відповідно. 3 UA 71537 U 4 UA 71537 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 5