CN104826350B - 残液蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种残液蒸发器。该残液蒸发器包括：壳体，壳体包括使残液蒸发的加热筒体，加热筒体上设置有物料进口和物料出口；刮板组件，刮板组件可转动地设置在加热筒体内，刮板组件包括用于把物料摊铺到加热筒体的内壁上的刮刀。该残液蒸发器可以提高含氯硅烷的残液的回收。

Description

残液蒸发器

技术领域

本发明涉及多晶硅生产设备领域，具体而言，涉及一种残液蒸发器。

背景技术

多晶硅是一种超高纯材料，其纯度为9N-11N。冶金级硅粉经过一系列的物理、化学过程提炼，便可得到多晶硅。由于冶金级硅粉纯度不高，含有铁、铝、钙、钛等金属元素，在多晶硅生产过程中难免将粉尘及金属杂质带入高纯系统中，这些粉尘及金属杂质对高纯多晶硅的制备产生一定的影响。因此，为了减少这些影响，在多晶硅制备工艺中的氯硅烷冷氢化系统、三氯氢硅合成系统或精馏提纯系统适当位置排放一定量的氯硅烷残液，残液含有大量的氯硅烷，还含有细微的硅粉和金属化合物。因含有粉尘及金属化合物，氯硅烷残液容易堵塞设备和管道，而且回收困难。若此部分液体直接外排处理，一方面造成氯硅烷原料的损失，更重要的是氯硅烷属于有毒物质，与空气或水接触后，形成酸雾，造成环境污染。

2011年，严大洲等人提出了一种用于处理含有氯硅烷的溶液的方法，该方法是将氯硅烷残液经过蒸发装置蒸发后得到氯硅烷蒸汽和残液，氯硅烷蒸汽经过湿法除尘、冷凝后得到纯净的氯硅烷。此方法解决了残液回收的问题。

蒸发器是实现残液回收的重要设备，需要长期连续稳定运行。该设备结构的好坏，将直接影响到残液回收的能耗、氯硅烷的回收率、产品质量和设备制造成本。现有技术中进行残液回收的装置稳定性不好，回收效率低，回收效果不好。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种残液蒸发器，以解决现有技术中的含氯硅烷的残液处理回收效果不好的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种残液蒸发器，包括：壳体，壳体包括使残液蒸发的加热筒体，加热筒体上设置有物料进口和物料出口；刮板组件，刮板组件可转动地设置在加热筒体内，刮板组件包括用于把物料摊铺到加热筒体的内壁上的刮刀。

进一步地，壳体还包括与加热筒体连通的分离筒体，分离筒体连接在加热筒体的顶端，分离筒体上设置有蒸气出口和洗液进口。

进一步地，分离筒体与加热筒体同轴设置，且分离筒体的内径大于加热筒体的内径。

进一步地，分离筒体内设置有分布板，蒸气出口和洗液进口位于最高的分布板的上方。

进一步地，加热筒体包括：基础筒；蒸汽夹套，蒸汽夹套套设在基础筒外，蒸汽夹套上或者蒸汽夹套与基础筒之间形成有夹层腔，蒸汽夹套的上部设置有与夹层腔相通的蒸汽入口，蒸汽夹套的下部设置有与夹层腔相通的冷凝水出口。

进一步地，物料进口设置在基础筒上，物料进口为多个且沿基础筒的周向分布，残液蒸发器还包括连接各物料进口的环状管。

进一步地，刮板组件还包括锥形台和设置在锥形台的锥形面上并沿锥形面的母线延伸的锥形刮刀，锥形刮刀对应物料进口设置。

进一步地，刮板组件还包括：驱动轴，驱动轴穿过分离筒体后伸入加热筒体内，刮刀固定设置在驱动轴上；驱动件，驱动件与驱动轴连接，并驱动驱动轴转动。

进一步地，驱动轴与分离筒体的上端的衔接处通过机械密封结构密封。

进一步地，残液蒸发器还包括液体分布器，液体分布器位于最低的分布板的下方。

应用本发明的技术方案，残液蒸发器包括壳体和刮板组件，壳体包括使残液蒸发的加热筒体，加热筒体上设置有物料进口和物料出口；刮板组件可转动地设置在加热筒体内，刮板组件包括用于把物料摊铺到加热筒体的内壁上的刮刀。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的残液蒸发器的结构示意图；以及

图2示出了图1中A处的放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；11、加热筒体；111、物料进口；112、物料出口；113、基础筒；114、蒸汽夹套；115、蒸汽入口；116、冷凝水出口；12、分离筒体；121、蒸气出口；122、洗液进口；20、刮板组件；21、刮刀；22、锥形刮刀；23、驱动轴；24、驱动件；30、分布板；40、机械密封结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和2所示，根据本发明的实施例，残液蒸发器包括壳体10和刮板组件20，壳体10包括使残液蒸发的加热筒体11，加热筒体11上设置有物料进口111和物料出口112；刮板组件20可转动地设置在加热筒体11内，刮板组件20包括用于把物料摊铺到加热筒体11的内壁上的刮刀21。加热筒体11能够对残液进行加热，使残液内的氯硅烷形成蒸气并与其它杂质分离，实现对氯硅烷的回收，刮板组件20可以将物料均匀涂抹在加热筒体11的内壁上，保证残液内的氯硅烷蒸发的充分，回收效果好。

优选地，为了提高分离出的氯硅烷蒸气的清洁度，壳体10还包括与加热筒体11连通的分离筒体12，分离筒体12连接在加热筒体11的顶端，分离筒体12上设置有蒸气出口121和洗液进口122。蒸气出口121用于收集蒸发出的氯硅烷蒸气，洗液进口122用于通入洗液，以对氯硅烷蒸气进行清洗。

为了使得氯硅烷蒸气清洗的更加充分，分离筒体12与加热筒体11同轴设置，且分离筒体12的内径大于加热筒体11的内径。分离筒体12的内径大于加热筒体11的内径，可以降低氯硅烷蒸气的流速，延长洗液与氯硅烷蒸气的接触时间，使清洗更加充分，清洗效果更好。

优选地，分离筒体12内设置有分布板30，蒸气出口121和洗液进口122位于最高的分布板30的上方。分布板30可以对氯硅烷蒸气进行分散，使洗液与氯硅烷蒸气的接触更加充分。

加热筒体11包括基础筒113和蒸汽夹套114。

蒸汽夹套114套设在基础筒113外，蒸汽夹套上或者蒸汽夹套与基础筒之间形成有夹层腔，蒸汽夹套114的上部设置有与夹层腔相通的蒸汽入口115，蒸汽夹套114的下部设置有与夹层腔相通的冷凝水出口116。

为了提高进料的均匀度，使得残液蒸发的更加充分，物料进口111设置在基础筒113上，物料进口111为多个且沿基础筒113的周向分布，残液蒸发器还包括连接各物料进口111的环状管。

为了保证进料后物料能均匀分布在内壁上，且防止进料堵塞，刮板组件20还包括锥形台和设置在锥形台的锥形面上并沿锥形面的母线延伸的锥形刮刀22，锥形刮刀22对应物料进口111设置。由于锥形刮刀22与基础筒113的内壁之间间隙是逐渐减小的，因而可以防止物料堆积在进口处，造成堵塞。

在本实施例中，刮板组件还包括驱动轴23和驱动件24。

驱动轴23穿过分离筒体12后伸入加热筒体11内，刮刀21固定设置在驱动轴23上；驱动件24与驱动轴23连接，并驱动驱动轴23转动。驱动件24为驱动电机，驱动轴23与驱动电机连接，并在驱动电机的驱动下转动，以带动固定在其上的刮刀21转动，以摊铺筒壁上的物料。

为了防止氯硅烷正确泄漏，驱动轴23与分离筒体12的上端的衔接处通过机械密封结构40密封。

残液蒸发器还包括液体分布器，液体分布器位于最低的分布板30的下方。

采用该残液蒸发器可以在多晶硅生产领域中用于处理含有氯硅烷的残液。具体的说，可以将含氯硅烷的残液进行深度蒸发，以回收氯硅烷。

结合参见图1和2，在本实施例中，残液(也即物料)从壳体10的加热筒体11的物料进口111进入基础筒113内，物料进口111位于刮刀21的顶部，通过对应于物料进口111设置的锥形刮刀22使其沿筒壁均匀分布同时向下流动，沿筒壁向下流动的残液经过蒸汽夹套114的加热至残液的沸点或接近沸点，其中的氯硅烷汽化并向上扩散，固体则在刮刀21的作用下沿筒壁向下从底部的物料出口112排出。上升的氯硅烷蒸气经过加热筒体11后进入处于加热筒体11的顶部的分离筒体12，分离筒体12内安装有2-5块高效的分布板30。该分布板30可以为泡罩塔板，其结构类似精馏塔的泡罩塔板结构，处于分布板30上部的洗液进口122内通入四氯化硅洗液。氯硅烷蒸气通过分布板30均匀分布且与水平流动的洗液充分接触后除去气体中夹带的汽泡、液珠、杂质后从分离筒体12上部的蒸气出口121排出。该残液蒸发器操作简单、运行可靠，加热效率高。

加热筒体11为立式筒体，蒸汽夹套114的上部设置有蒸汽入口115，下部设置有冷凝水出口116，且蒸汽入口115与冷凝水出口116位于蒸汽夹套114的直径方向上的两侧，以提高通入蒸汽夹套114内的蒸汽的使用率。刮刀21采用弹簧片刮刀，加热筒体11的内壁精加工，确保旋转的刮刀21与加热筒体11的内壁的间隙保持不变。刮刀21采用可拆卸结构固定在驱动轴23上面。如图2所示，驱动轴23与刮刀21之间通过连接板连接。刮刀21具有耐磨及耐腐蚀性能，能够使残液均匀分布于筒体内壁，同时使筒体内壁保持清洁，保证传热效果。

在本实施例中，物料进口111共有三个，且通过环状管与总管连接，从而使得物料加入加热筒体11时，沿着内壁迅速均匀分布向下流动，保证物料及时充分蒸发。

分离筒体12内设置有分布板30，最底部的分布板30的下面设有液体分布器，使从分布板30流下的液体能够均匀分布在加热筒体11的内壁。

分离筒体12与驱动轴23之间的密封采用机械密封结构40。在机械密封结构40的密封腔内通入低压氮气，密封腔与尾气管道连接，即使出现内部介质氯硅烷的泄露也会通过尾气管道进入尾气淋洗塔，不会对生产环境产生污染。

壳体10的安装方式为竖直安装。刮刀21的外沿与加热筒体11的内壁保持极小的间距。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

刮刀具有自清洁功能，刮刀本身具有弹性，与筒体内壁间隔极小，残液能及时通过刮刀带走，不会在筒体内壁沉积，从而使得筒体的污垢热阻小，传热系数大，蒸发效率高。

加热筒体的上部设有分离筒体，分离筒体内设置有高效的分布板，在分布板上气液的充分接触洗涤，保证杂质不被蒸气带走，大大减轻了后续的氯硅烷气体除尘负担，提高了产品的质量。

机械密封结构的密封腔内充氮气保护，即使内部氯硅烷发生泄漏，也能通过尾气管道导走，保证工作环境不会受到危害。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种残液蒸发器，其特征在于，包括：

壳体(10)，所述壳体(10)包括使残液蒸发的加热筒体(11)，所述加热筒体(11)上设置有物料进口(111)和物料出口(112)；

刮板组件(20)，所述刮板组件(20)可转动地设置在所述加热筒体(11)内，所述刮板组件(20)包括用于把所述物料摊铺到所述加热筒体(11)的内壁上的刮刀(21)；

其中，所述刮板组件(20)还包括锥形台和设置在锥形台的锥形面上并沿所述锥形面的母线延伸的锥形刮刀(22)，所述锥形刮刀(22)对应所述物料进口(111)设置。

2.根据权利要求1所述的残液蒸发器，其特征在于，所述壳体(10)还包括与所述加热筒体(11)连通的分离筒体(12)，所述分离筒体(12)连接在所述加热筒体(11)的顶端，所述分离筒体(12)上设置有蒸气出口(121)和洗液进口(122)。

3.根据权利要求2所述的残液蒸发器，其特征在于，所述分离筒体(12)与所述加热筒体(11)同轴设置，且所述分离筒体(12)的内径大于所述加热筒体(11)的内径。

4.根据权利要求3所述的残液蒸发器，其特征在于，所述分离筒体(12)内设置有分布板(30)，所述蒸气出口(121)和所述洗液进口(122)位于最高的分布板(30)的上方。

5.根据权利要求1所述的残液蒸发器，其特征在于，所述加热筒体(11)包括：

基础筒(113)；

蒸汽夹套(114)，所述蒸汽夹套(114)套设在所述基础筒(113)外，所述蒸汽夹套上或者所述蒸汽夹套与所述基础筒之间形成有夹层腔，所述蒸汽夹套(114)的上部设置有与所述夹层腔相通的蒸汽入口(115)，所述蒸汽夹套(114)的下部设置有与所述夹层腔相通的冷凝水出口(116)。

6.根据权利要求5所述的残液蒸发器，其特征在于，所述物料进口(111)设置在所述基础筒(113)上，所述物料进口(111)为多个且沿所述基础筒(113)的周向分布，所述残液蒸发器还包括连接各所述物料进口(111)的环状管。

7.根据权利要求2所述的残液蒸发器，其特征在于，所述刮板组件还包括：

驱动轴(23)，所述驱动轴(23)穿过所述分离筒体(12)后伸入所述加热筒体(11)内，所述刮刀(21)固定设置在所述驱动轴(23)上；

驱动件(24)，所述驱动件(24)与所述驱动轴(23)连接，并驱动所述驱动轴(23)转动。

8.根据权利要求7所述的残液蒸发器，其特征在于，所述驱动轴(23)与所述分离筒体(12)的上端的衔接处通过机械密封结构(40)密封。

9.根据权利要求4所述的残液蒸发器，其特征在于，所述残液蒸发器还包括液体分布器，所述液体分布器位于最低的所述分布板(30)的下方。