蒸发器在多晶硅生产处理盐类废水中的应用

王苏俊

（新疆协鑫新能源材料科技有限公司，新疆昌吉 831800）

对于多晶硅的生产和制造来说，一般都采取西门子的改良生产技术，但是西门子改良技术会在生产的过程中产生一系列的废气以及有害气体，会产生出一系列的液体，不仅有害还会对周围的环境造成一定程度上的污染。对于废水的处理净化来说，其主要的成分就是氯硅烷以及硅粉，但是相对来说，氯硅烷可以在一定条件下受到水的一系列影响进而迅速水解，但是在实际的处理环境下来说，可采取较低浓度的氢氧化钠液体以及具备着氯硅烷的液体对产生的气体进行一系列的喷洒。在盐酸、氯硅烷、水的一系列反应中，会得到多晶硅的废水，然而废水的生产以及废水的处理装置都会形成一系列的硅胶以及含氯的无用液体，硅胶可以采取固液分离的方式将其进行有效的分离，再放入到固废堆积中进行集中的处理。对于硅胶的分离来说，其所剩下的含氯废水，可以通过应用仪器的方式来对其进行针对性的处理，对于一些高浓度的含盐废水可以应用废水蒸发器将其浓缩成结晶，再将结晶进行分离，进而留下的液体再二次利用，为企业节约成本。

1 蒸发器的工作原理以及含盐废水蒸发特点

1.1 蒸发器工作原理

由于含盐废水不能挥发，因此在对含盐废水的处理中需要采取科学有效的办法来对其进行针对性的处理。而蒸发器作为处理含盐废水最高效的仪器，其工作原理的研究可以有效地对其进行改进和完善。含盐废水通常为饱和液体，采取蒸发器的方式对其进行处理，会使得其中的水分得到蒸发，并且废水的浓度升高，当其浓度达到一定温度下的最高值时，溶液中的物质就会再被处理。

蒸发器在处理含盐废水的过程中，因为温度的影响而使其含盐废水中水会源源不断被蒸发掉，因此会出现较多的水蒸气，然而由于水蒸气的数量较多，因此就需要对其进行引导。水蒸气会和溶液产生一系列的反应，导致溶液本身的不饱和液体逐渐转化成饱和液体，而氯化钠无法结晶，使得对含盐废水的处理工作结束。将产生的水蒸气进行有效的引导，进而采取措施将水蒸气冷凝，实现对于含盐废水的高效处理。

1.2 含盐废水蒸发特点

1.2.1 热量的传递

对于废液的蒸发处理来说，其实就是一个传热的过程，传热作为液体蒸发的主要特点，是最科学最高效的液体处理方式，溶液的表面主要是分界面，而表面以上的溶液会变成液化的方式，决定着其状态。在溶液被加热蒸发的过程中，温度会一直升高，达到临界点即沸点的情况下，就会出现汽化的现象，在空气中遇到冷的情况下会变为水蒸气，而沸点的临界点会传热壁面的两个地方都会发生一系列的变化，该流程可以统称为液体加热受热，而后出现沸腾的现象，再加热使得液体达到沸点进而出现汽化的现象，而水蒸气遇到冷则会冷凝液化，最终实现整个含盐废水的处理。蒸发器制冷工艺流程如图1所示。

图1 蒸发器制冷工艺流程图

1.2.2 沸点变化的分析

水是一种不含任何物质的液体。在标准气压的情况下，水的沸点大约在100℃，而当水中溶解掉一系列的物质时，则会出现沸点改变的情况。含盐废水主要的成分为氯化钠，而在标准的气压时，含盐废水的沸点也会随之上升，含盐废水的浓度越高，则会使得该液体中的水的含量也越少，在浓度不断增加的过程中，其沸点和水的差距也就越来越大。

1.2.3 溶液性质的增强研究

溶液在加热蒸发的过程中，溶液整体所含水的成分也就越来越小，溶液的浓度也就越来越高，因为水的影响逐渐减少，因此使得溶液的酸碱性也会受到一系列的影响开始变强。例如，对于某溶液来说，其物理性质并不明显，但是因为蒸发的原因导致了其水的成分越来越少，溶液的浓度越来越高，就会使得溶液的物理性质得到增加，即出现溶液的腐蚀性高的情况。因此，处理含盐废水的过程中，因为其存在着诸多有害气体以及有害液体，因此需要格外注意和防范，保障工作人员的人身健康安全，保护环境不会污染。

2 多晶硅生产过程中含盐废水处理装置

因为在多晶硅企业中，含盐废水存在着大量的恶劣影响因素，因此对其处理防范十分关键。而不同类型的含盐废水因为特点不同，因此需要针对性处理，使得处理含盐废水的装置也很多，并且特点不同。

2.1 薄膜蒸发器及其工艺流程

随着我国社会经济的发展，推动了我国科技技术的进步，使得处理含盐废水的装置得到了加强和完善。薄膜蒸发器是可以在真空情况下对含盐废水进行处理的现代化蒸发器。它主要由可加热的圆筒组成，并且每一个圆筒都具备着可旋转功能的刮膜器。溶液在圆筒内会不断加热且浓缩，在加热到一定程度后会将溶液输送到装置内结晶。在结晶过程结束后再送入到压滤机中进行有效的固液分离，使得液体再次进入到车间内循环利用，为企业减少了经济损失。该装置操作较为简单，并且需要的技术经验较少，热传递效率较多，液体在设备内的停留时间较短。因此在很多多晶硅企业中都得到了广泛的使用，是当前处理含盐废水最为主要的设备。

2.2 三效蒸发器及其工艺流程

三效蒸发器作为一效以及二效蒸发器有效结合现代化处理蒸发器，可以有效地将第一个蒸发器中工作所产生的一系列能量传递到下一个等级。该设备操作较难，需要控制设备的内部大气压以及沸点，将蒸汽引导至下一个接入口。对于三效蒸发器来说，第一个蒸发器可以称之为一效，以此类推，即为三效蒸发器。

2.3 四效蒸发器及其工艺流程

对于四效蒸发器来说，其物料主要由设备顶部的装置进行有效的材料分配，将材料分配到各蒸发管内进而实现对于材料的处理。需要处理的材料会因为受到重力的影响而沿着蒸发管内的液膜从设备的上方逐渐流入到设备的下方。而在材料下降的过程中，与蒸发管外的加强装置进行接触，进而受到来自设备内的加强，出现蒸汽发生热交换的一种过程，出现薄膜蒸发的现象。在发生的二次蒸汽的过程中，因为其流向一致，因此对材料液体沿着设备内部的分布起到了一定程度上的促进作用，提高了设备内部的加热程度，使得设备内的加强效率逐渐增高。

3 对于各种类型蒸发器的能耗以及经济效益分析

我国有很多的多晶硅企业，而处理含盐废水是一直以来都困扰着诸多企业的主要问题。随着时代的发展以及科技技术的进步，对于各类蒸发器的加强和完善得到了重视。当前，我国处理多晶硅含盐废水的主要设备有着以上所分析的三种，然而不同类型的企业所使用的设备也是不同的，综合来看，在我国诸多的多晶硅企业中，用于处理含盐废水设备主要还是薄膜蒸发器。虽然这些含盐废水处理装置都是采取加热的方式来对含盐废水进行处理，但是特点不同，因此针对各种蒸发器的处理装置进行能耗分析，选择经济效益较高的设备有利于多晶硅企业的发展。

对于三种设备来说，保障环境一致，并且处理的废液浓度一致的情况下时，处理同样质量的含盐废水所损失的能耗是不同的。从能耗消耗方面来看，采取四效蒸发器处理多晶硅所生产出来的含盐废水是比较节能的，其次则是三效蒸发器，因此可以看出，薄膜蒸发器所消耗的能耗最高，而对于需要控制经济成本的多晶硅企业来说，采取四效蒸发器可以降低处理含盐废水的成本，最大程度提高企业的经济效益。

对于三种设备来说，处理含盐废水的能耗不同，并且处理含盐废水的过程中所消耗的水量也不同。在采取处理含盐废水的过程中，同样质量的含盐废水在采取薄膜蒸发器的过程中所需要的水量为15m3，而采取三效蒸发器来对含盐废水进行处理则会消耗14m3的水，采取四效蒸发器处理含盐废水所消耗的水资源为11m3，因此从这方面来看，四效蒸发器处理多晶硅生产过程中所出现的含盐废水的用水量最少。

4 结束语

对于多晶硅企业来说，因为在制造多晶硅的过程中会产生大量的含盐废水，并且含盐废水有着一定的污染性，会对周围的环境造成不可逆的影响，并且对于工作人员来说也影响到了其安全以及身体健康，因此需要格外注意对于含盐废水的处理。多效蒸发提高了加热蒸汽的利用率，使得经济效益越来越高，是推动企业发展的影响因素。而对于蒸发所消耗的水量而言，采取多效的蒸发器所消耗的水量较少，因此在实际情况下的工业生产中，为了节省水资源，采取多效蒸发的方式可以节省更多的水资源，带来更多的经济效益，进而使得企业更好的发展。