CN205886607U

CN205886607U - 多塔串联分离生产富集28Si、29Si 和30Si用化学交换塔

Info

Publication number: CN205886607U
Application number: CN201620867403.0U
Authority: CN
Inventors: 唐克; 常春; 赵刚
Original assignee: Bohai University
Current assignee: Bohai University
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2026-08-12

Abstract

本实用新型属富集²⁸Si、²⁹Si和³⁰Si分离生产设备领域，尤其涉及一种多塔串联分离生产富集²⁸Si、²⁹Si和³⁰Si用化学交换塔，包括塔体（1）；其特征在于，在所述塔体（1）顶部设有物料入口（2）；所述塔体（1）底部设有SiF₄气体入口（6）及反应生成物出口（7）；在所述塔体（1）内固定设有物料分配器（3）；所述物料入口（2）与物料分配器（3）的入口相通；在所述塔体（1）内，于物料分配器（3）下部固定设有微通道反应层（4）；在所述塔体（1）底部设有旋流发生器（5）；所述SiF₄气体入口（6）与旋流发生器（5）入口相通。本实用新型具有反应效率高，目标产物品质好等特点。

Description

多塔串联分离生产富集28Si、29Si 和30Si用化学交换塔

技术领域

本实用新型属富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si分离生产设备领域，尤其涉及一种多塔串联分离生产富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si用化学交换塔。

背景技术

在现代电子和半导体工业中，硅材料获得了广泛的应用，超过90%的半导体元器件都是由硅制成的。天然硅含有三种稳定的同位素²⁸Si、²⁹Si、³⁰Si，其含量分别为92 .23%，4.67%，3 .10%。近年来，同位素纯的硅材料以其优良的特性开始受到科学家们的关注。

随着现代信息产业和电子计算机工业的发展，半导体芯片的体积变得更小、集成化程度更高。但半导体芯片体积越小，线路集成度越高，电流密度将逐渐增大，单位体积内发热量增多，这样将使得元器件在工作时温度升高，芯片温度过高将会导致半导体元器件性能和寿命大幅下降。用同位素纯²⁸Si（99.85%）制成的半导体器件，室温下的热导率可比天然硅增加10%～60%，在某些特定的温度下增加的更多。同位素纯²⁸Si制成的二极管反向击穿电压比同样工艺的天然硅二极管可提高80%以上。富集²⁹Si是一种潜在的用于储存和操作量子计算机信息的材料。含有³⁰Si的硅锭是实现中子嬗变掺杂（NDT）的新材料，NDT是采用中子辐照的办法来对材料进行掺杂的一种技术，其最大的优点就是掺入的杂质浓度分布非常均匀。

目前，富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si分离生产设备中，化学交换塔是非常重要的系统组件。现有化学交换塔普遍存在结构复杂，反应效率低，目标产物品质差等问题。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种结构简单，反应效率高，目标产物品质好的多塔串联分离生产富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si用化学交换塔。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的。

多塔串联分离生产富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si所需化学交换塔，包括塔体；在所述塔体顶部设有物料入口；在所述塔体底部设有SiF₄气体入口及反应生成物出口；在所述塔体内固定设有物料分配器；所述物料入口与物料分配器的入口相通；在所述塔体内，于物料分配器下部固定设有微通道反应层；在所述塔体底部设有旋流发生器；所述SiF₄气体入口与旋流发生器入口相通。

作为一种优选方案，本实用新型所述微通道反应层可采用纤维布叠加结构。

进一步地，本实用新型所述旋流发生器包括柱状壳体及设于柱状壳体内壁上的旋风叶片。

本实用新型具有结构简单，反应效率高，目标产物品质好等特点。本实用新型通过在塔体内固定设置物料分配器、微通道反应层及旋流发生器，使原料物的反应更充分，反应效率得以大幅提升。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：1、塔体；2、物料入口；3、物料分配器；4、微通道反应层；5、旋流发生器；6、SiF₄气体入口；7、反应生成物出口；8、柱状壳体；9、旋风叶片。

具体实施方式

如图所示，多塔串联分离生产富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si所需化学交换塔包括塔体1；在所述塔体1顶部设有物料入口2；在所述塔体1底部设有SiF₄气体入口6及反应生成物出口7；在所述塔体1内固定设有物料分配器3；所述物料入口2与物料分配器3的入口相通；在所述塔体1内，于物料分配器3下部固定设有微通道反应层4；在所述塔体1底部设有旋流发生器5；所述SiF₄气体入口6与旋流发生器5入口相通。

本实用新型所述微通道反应层4可采用纤维布叠加结构。本实用新型所述旋流发生器5包括柱状壳体8及设于柱状壳体8内壁上的旋风叶片9。

SiF₄气体在经过旋流发生器5时，受柱状壳体8内壁上的旋风叶片9作用会形成气旋涡流，这样即可在一定程度上提升系统的反应效率。本实用新型采用微通道反应层的结构设计也可有效扩充系统的传质面积,提升反应的转化率。

在具体操作时，SiF₄气体从络合塔底部进入，与塔顶喷淋而下的乙醇在0～10℃和0 .1～0 .2Mpa（绝压）条件下，反应生成四氟化硅乙醇络合物，由络合塔底部流程进入缓存罐；再由泵打到本实用新型化学交换塔顶部喷淋而下与从下而上流动的SiF₄气体在5～10℃和0 .1～0 .2Mpa（绝压）条件下进行化学交换反应；经化学交换塔中流出的四氟化硅乙醇络合物通过泵进入裂解塔，在70～100℃和0 .05～0 .1MPa（绝压）条件下进行裂解反应，裂解产生的SiF₄气体经冷却除去乙醇后进入化学交换塔组件底部，裂解产生的乙醇经带有再沸器的缓存罐由泵送至络合塔顶部，如此循环往复，直至液相中的²⁸Si的丰度达到99%。化学交换系统中络合塔顶部富集了²⁹Si和³⁰Si的气相作为进料送至第二化学交换系统中进行分离，操作条件同上，直至液相中²⁹Si的丰度达到99%，气相中的³⁰Si的丰度也达到99%。

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

Claims

1.一种多塔串联分离生产富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si所需化学交换塔，包括塔体（1）；其特征在于，在所述塔体（1）顶部设有物料入口（2）；在所述塔体（1）底部设有SiF₄气体入口（6）及反应生成物出口（7）；在所述塔体（1）内固定设有物料分配器（3）；所述物料入口（2）与物料分配器（3）的入口相通；在所述塔体（1）内，于物料分配器（3）下部固定设有微通道反应层（4）；在所述塔体（1）底部设有旋流发生器（5）；所述SiF₄气体入口（6）与旋流发生器（5）入口相通。

2.根据权利要求1所述的多塔串联分离生产富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si所需化学交换塔，其特征在于：所述微通道反应层（4）采用纤维布叠加结构。

3.根据权利要求2所述的多塔串联分离生产富集²⁸Si、²⁹Si 和³⁰Si所需化学交换塔，其特征在于：所述旋流发生器（5）包括柱状壳体（8）及设于柱状壳体（8）内壁上的旋风叶片（9）。