CN112657427B - 一种硅烷精确出料的控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅烷精确出料的控制系统及方法，系统包括硅烷塔，硅烷塔具有进料口和出料口；还包括纯度在线监测系统、出料流量反馈系统和出料流量控制系统；纯度在线监测系统安装在硅烷塔内部顶端，用于监测硅烷纯度，以判断是否出料；出料流量反馈系统用于对进料口的硅烷流量和温度进行检测，以判断出料量的多少；出料流量控制系统与出料口连接，且用于根据出料流量反馈系统反馈的信息控制并监测出料流量；出料流量控制系统连接有硅烷收集罐。本发明通过纯度在线监测系统、出料流量反馈系统和出料流量控制系统的有效配合，实现了硅烷出料过程全自动化运行，避免了员工误操作导致采出硅烷纯度不够造成直接的经济损失。
Description
技术领域
本发明涉及电子芯片及半导体工业技术领域，更具体的说是涉及一种硅烷精确出料的控制系统及方法。
背景技术
硅烷，又名甲硅烷、四氢化硅，分子式SiH4。硅烷是生产单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属硅化物、氮化硅、碳化硅和氧化硅等一系列硅化合物的基本原料，广泛应用于电子芯片及半导体工业中，所以对于硅烷的纯度要求尤为苛刻。
传统工艺中，硅烷采出依靠硅烷塔上设置多个传感器进行监测，人为的确定塔内硅烷纯度是否合格，再进行人工采出。由于员工手动干预，可能会导致产出的硅烷中氯硅烷含量超高，达不到6N纯度要求，造成直接损失。另外，硅烷塔上设置多个传感器进行监测，投资较大、维护成本较高，且硅烷塔设备的开口较多，无法保证塔的整体性，间接造成不安全因素，危害生产安全。
因此，研发出一种如何让硅烷塔在无人或少人干预的情况下实现自动控制完成预定的出料，且确保硅烷塔内采出的硅烷纯度达到要求的控制系统及方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种硅烷精确出料的控制系统及方法，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种硅烷精确出料的控制系统，包括硅烷塔，所述硅烷塔具有进料口和出料口；还包括：纯度在线监测系统、出料流量反馈系统和出料流量控制系统；
所述纯度在线监测系统安装在所述硅烷塔内部顶端，用于监测硅烷纯度，以判断是否出料；
所述出料流量反馈系统用于对所述进料口的硅烷流量和温度进行检测，以判断出料量的多少；
所述出料流量控制系统与所述出料口连接，且用于根据所述出料流量反馈系统反馈的信息控制并监测出料流量；所述出料流量控制系统连接有硅烷收集罐。
通过上述技术方案，本发明通过纯度在线监测系统、出料流量反馈系统和出料流量控制系统的有效配合，实现了硅烷出料过程全自动化运行，避免了员工误操作导致采出硅烷纯度不够，造成直接的经济损失。填补了硅烷生产智能化工的空白，在保证硅烷生产效率的同时，最大限度地减少了人为干预和可能出现的操作误差、保护员工安全生产。
优选的，在上述一种硅烷精确出料的控制系统中，所述纯度在线监测系统包括塔顶压力变送器和塔顶远传温度计。塔顶压力变送器和塔顶远传温度计能够对塔顶的压力和温度进行检测。所述塔顶远传温度计检测所述硅烷塔顶部温度，并根据检测数值和硅烷的蒸气压温度对照表计算对应的硅烷饱和蒸气压，以此硅烷饱和蒸气压与所述塔顶压力变送器检测的硅烷塔顶部压力进行实时对比，检测硅烷纯度。
优选的，在上述一种硅烷精确出料的控制系统中，所述出料流量反馈系统包括进料流量计和进料层温度计；所述进料流量计安装在所述进料口上，所述进料层温度计安装在靠近所述进料口的内壁上。能够对进料的流量和温度进行检测。
优选的，在上述一种硅烷精确出料的控制系统中，出料流量控制系统包括连接在所述出料口和硅烷收集罐之间的出料管；所述出料管上依次安装有出料控制阀、出料流量计和出料调节阀。能够对出料流量进行检测、控制和调节。
本发明由于传感器的安装数量减少，最大限度保证了设备的整体性，减少投资、有效降低维护成本，并避免安全事故的发生。
优选的，在上述一种硅烷精确出料的控制系统中，所述进料口位于所述硅烷塔的中部，所述出料口位于所述硅烷塔的顶部。能够满足进出料的需求。
本发明中硅烷不可出料情况包括以下三种：
1、所述塔顶远传温度计检测所述硅烷塔顶部温度高于-50℃～-80℃之间的任一数值时，所述出料流量控制系统关闭。
2、当所述硅烷塔顶部压力超高且计算出的硅烷饱和蒸气压与所述塔顶压力变送器检测的硅烷塔顶部压力的差大于0.001Mpa～0.2Mpa之间的任一数值时，所述出料流量控制系统关闭；当所述硅烷塔顶部压力正常且计算出的硅烷饱和蒸气压与所述塔顶压力变送器检测的硅烷塔顶部压力的差大于0.001Mpa～0.2Mpa之间的任一数值时，所述出料流量控制系统关闭。
3、所述塔顶远传温度计检测所述硅烷塔顶部温度高于-50℃～-80℃之间的任一数值时，所述出料流量控制系统关闭。
当然的，本发明为了实现对各阀门和仪表的自动控制，还设有控制系统，可以为常规的PLC控制系统，实现对各阀门的开闭控制，以及对仪表的数据采集和分析，此处为现有技术中的常规结构，在此不再赘述。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种硅烷精确出料的控制系统及方法，具有以下有益效果：
1、本发明通过纯度在线监测系统、出料流量反馈系统和出料流量控制系统的有效配合，实现了硅烷出料过程全自动化运行，避免了员工误操作导致采出硅烷纯度不够造成直接的经济损失。
2、本发明填补了硅烷生产智能化工的空白，在保证硅烷生产效率的同时，最大限度地减少了人为干预和可能出现的操作误差、保护员工安全生产。
3、本发明提供的系统能够实现远程控制，克服了员工操作的缺点，保证了员工安全和生产安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的硅烷精确出料的控制系统的结构示意图。
其中：
1-硅烷塔；2-进料口；3-出料口；4-硅烷收集罐；5-塔顶压力变送器；6-塔顶远传温度计；7-进料流量计；8-进料层温度计；9-出料管；10-出料控制阀；11-出料流量计；12-出料调节阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1，本发明实施例公开了一种硅烷精确出料的控制系统，包括硅烷塔1，硅烷塔1具有进料口2和出料口3；还包括：纯度在线监测系统、出料流量反馈系统和出料流量控制系统；
纯度在线监测系统安装在硅烷塔1内部顶端，用于监测硅烷纯度，以判断是否出料；
出料流量反馈系统用于对进料口2的硅烷流量和温度进行检测，以判断出料量的多少；
出料流量控制系统与出料口3连接，且用于根据出料流量反馈系统反馈的信息控制并监测出料流量；出料流量控制系统连接有硅烷收集罐4。
为了进一步优化上述技术方案，纯度在线监测系统包括塔顶压力变送器5和塔顶远传温度计6。
为了进一步优化上述技术方案，塔顶远传温度计6检测硅烷塔1顶部温度，并根据检测数值和硅烷的蒸气压温度对照表计算对应的硅烷饱和蒸气压，以此硅烷饱和蒸气压与塔顶压力变送器5检测的硅烷塔1顶部压力进行实时对比，检测硅烷纯度。
为了进一步优化上述技术方案，当硅烷塔1顶部压力超高且计算出的硅烷饱和蒸气压与塔顶压力变送器5检测的硅烷塔顶部压力的差大于0.001Mpa～0.2Mpa之间的任一数值时，出料流量控制系统关闭；当硅烷塔1顶部压力正常且计算出的硅烷饱和蒸气压与塔顶压力变送器检测的硅烷塔顶部压力的差大于0.001Mpa～0.2Mpa之间的任一数值时，出料流量控制系统关闭。
为了进一步优化上述技术方案，塔顶远传温度计6检测硅烷塔1顶部温度高于-50℃～-80℃之间的任一数值时，出料流量控制系统关闭。
为了进一步优化上述技术方案，当硅烷收集罐4外排硅烷或硅烷塔1内硅烷过多溢流向下时，计算出的硅烷饱和蒸气压与塔顶压力变送器5检测的硅烷塔1顶部压力的差大于0.001Mpa～0.2Mpa之间的任一数值时，出料流量控制系统关闭。
为了进一步优化上述技术方案，出料流量反馈系统包括进料流量计7和进料层温度计8；进料流量计7安装在进料口2上，进料层温度计8安装在靠近进料口2的内壁上。
为了进一步优化上述技术方案，出料流量控制系统包括连接在出料口3和硅烷收集罐4之间的出料管9；出料管9上依次安装有出料控制阀10、出料流量计11和出料调节阀12。
为了进一步优化上述技术方案，进料口流量和温度与出料调节阀12控制的出料量成反比。
为了进一步优化上述技术方案，进料口2位于硅烷塔1的中部，出料口3位于硅烷塔1的顶部。
根据硅烷的蒸气压温度对照表来计算塔顶部温度对应的硅烷饱和蒸气压，与塔顶部实际压力进行比较，判断硅烷纯度。
根据进料层温度计8检测的温度和进料流量计7检测的进料流量来控制出料流量计11检测的出料量：进料流量计7检测的流量越大，且进料层温度计8检测的温度越高，来控制出料调节阀12开度，使硅烷出料量逐渐减少，反之逐渐增大。此控制方案用来稳定生产运行，确保系统正常。
当氯硅烷、硅烷进入硅烷塔1后，通过塔顶压力变送器5和塔顶远传温度计6在线监测计算硅烷纯度是否达到要求，从而控制出料控制阀10是否进行出料动作；当进行硅烷出料时，通过进料流量计7和进料层温度计8在线监测计算来确定硅烷出料量的多少，从而控制出料流量计11的出料量及出料调节阀12开阀度数，最后将高纯度硅烷汇集到硅烷收集罐4中，进行产品产出。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种硅烷精确出料的控制系统，包括硅烷塔（1），所述硅烷塔（1）具有进料口（2）和出料口（3）；其特征在于，还包括：纯度在线监测系统、出料流量反馈系统和出料流量控制系统；
所述纯度在线监测系统安装在所述硅烷塔（1）内部顶端，用于监测硅烷纯度，以判断是否出料；所述纯度在线监测系统包括塔顶压力变送器（5）和塔顶远传温度计（6）；
所述出料流量反馈系统用于对所述进料口（2）的硅烷流量和温度进行检测，以判断出料量的多少；所述出料流量反馈系统包括进料流量计（7）和进料层温度计（8）；所述进料流量计（7）安装在所述进料口（2）上，所述进料层温度计（8）安装在靠近所述进料口（2）的内壁上；
所述出料流量控制系统与所述出料口（3）连接，且用于根据所述出料流量反馈系统反馈的信息控制并监测出料流量；所述出料流量控制系统连接有硅烷收集罐（4）；
通过纯度在线监测系统检测硅烷塔（1）顶部的实际温度和压力，并根据检测的温度数值和硅烷的蒸气压温度对照表计算对应的硅烷饱和蒸气压，以此硅烷饱和蒸气压与实际压力进行实时对比，判断是否出料；
当所述塔顶远传温度计（6）检测所述硅烷塔（1）顶部温度高于-50℃~-80℃之间的任一数值时，所述出料流量控制系统关闭；
当所述硅烷收集罐（4）外排硅烷或所述硅烷塔（1）内硅烷过多溢流向下时，计算出的硅烷饱和蒸气压与所述塔顶压力变送器（5）检测的所述硅烷塔（1）顶部压力的差大于0.001Mpa ~0.2Mpa之间的任一数值时，所述出料流量控制系统关闭。
2.根据权利要求1所述的一种硅烷精确出料的控制系统，其特征在于，所述出料流量控制系统包括连接在所述出料口（3）和硅烷收集罐（4）之间的出料管（9）；所述出料管（9）上依次安装有出料控制阀（10）、出料流量计（11）和出料调节阀（12）。
3.根据权利要求2所述的一种硅烷精确出料的控制系统，其特征在于，所述进料口流量和温度与所述出料调节阀（12）控制的出料量成反比。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种硅烷精确出料的控制系统，其特征在于，所述进料口（2）位于所述硅烷塔（1）的中部，所述出料口（3）位于所述硅烷塔（1）的顶部。
5.根据权利要求1所述的一种硅烷精确出料的控制系统，其特征在于，当硅烷塔（1）顶部压力超高且计算出的硅烷饱和蒸气压与实际检测的硅烷塔顶部压力的差大于0.001Mpa~0.2Mpa之间的任一数值时，出料流量控制系统关闭；当硅烷塔（1）顶部压力正常且计算出的硅烷饱和蒸气压与实际检测的硅烷塔顶部压力的差大于0.001Mpa~0.2Mpa之间的任一数值时，出料流量控制系统关闭。
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