蒸發器在多晶硅生產處理鹽類廢水中的運用分析

東占明（青海黃河上游水電開發有限責任公司新能源分公司，青海 西寧 810000）

生產多晶硅大都使用改良西門子法，改良西門子法在生產環節中產生大量的化學廢氣和殘留液體。氯硅烷和硅粉是化學廢水所包含的主要成分。氯硅烷極易被水分解，在實際生產處理中，用低濃度的氫氧化鈉溶液以及含有氯硅烷的殘留液體對廢氣進行噴淋。鹽酸、氯硅烷和水會發生化學反應從而得到多晶硅生產廢水，廢水經生產廢水經污處理裝置，形成硅膠及含氯的廢水，硅膠可通過固液分離的方式分離出來再放入固廢堆積處集中處理。硅膠被分離出來后就剩下的含氯廢水，即鹽類廢水，對這些高濃度鹽類廢水可使用廢水蒸發器對其濃縮結晶，再將結晶分離出來，留下液體可再次利用以降低企業的成本投入。

1 蒸發器的工作原理及鹽類廢水蒸發特點

1.1 工作原理

由于鹽類廢水不能自行揮發，為了對廢水進行處理，只能利用蒸發器進行處理，鹽類廢水為飽和液體，通過蒸發器使其水分蒸發,而廢水的濃度將會上升，當其濃度達到在當下溫度溶解度的臨界點，溶質將不能再被溶解就會被析出[1]。

由于蒸發過程中溶液中的水會被汽化，從而產生水蒸氣，水蒸氣必須引導至其他地方，因為水蒸氣將和溶液產生牽連作用，不飽和液體會再次變成飽和液體，氯化鈉無法結晶析出。那么將水蒸氣導入冷凝裝置當中，讓其冷凝，若直接進行這一冷凝環節，這一過程就是單效蒸發。那么多效蒸發的流程便是二次蒸汽被引導至下一級蒸發器，并且對其起到加熱作用。

蒸發其實是一種熱量的傳遞過程，液體達到沸點汽化的過程就是溶液與冷凝蒸汽之間的熱傳導。

1.2 蒸發特點

1.2.1 熱量傳遞

傳熱性是溶液蒸發的特點之一，溶液的表面即為分界面，表面以上溶液呈汽化，表面以下溶液呈液化，決定其狀態的即沸點。溶液達到沸點即汽化，在空氣遇冷又將變為水蒸氣，而在沸點的臨界點傳熱壁面的兩方都在不停發生變化，這一個流程可以看做是：溶液受熱——沸騰——達到沸點——汽化——水蒸氣遇冷——冷凝液化。因此這一個過程也是傳熱過程。

1.2.2 沸點的變化

不含其它溶質的溶液稱之為H2O（水）。在一個標準大氣壓之下，水的沸點在99.975 攝氏度，當水中加入其它溶質其沸點將隨之改變，鹽類廢水當中含有Nacl，那么在標準大氣壓之下鹽類廢水的沸點也隨之上升。若鹽類廢水的濃度越高,其沸點和純水的沸點差值越多。

1.2.3 溶液性質增強

溶液在加熱蒸發過程中，其濃度會隨之增加，因此溶液的酸堿性特征也會變強。例如本身濃度不高的腐蝕性液體，在蒸發過程中水分變少，參與稀釋的水分持續減少，液體濃度增加，其腐蝕性能增加，因此操作人員在蒸發有害廢水過程中要格外注意[2]。

1.2.4 產生固廢

鹽類廢水在水分蒸發過程中，濃度增加，析出鹽分晶體,同時也會結垢，產生泡沫。若泡沫不及時從溶液中分離出來，會導致其跟隨溶液飄入溢流管等設備當中，從而造成設備被污染。

2 用于處理多晶硅生產過程中產生的鹽類廢水的裝置

2.1 薄膜蒸發器

隨著科技的發展，處理廢水的設備越發先進。薄膜蒸發器是一種在真空環境下對廢水進行處理的現代化的蒸發器。它是由一組可加熱圓筒組成，每一個圓筒內具有可旋轉功能的刮膜器。溶液在圓筒內不斷加熱并濃縮，在加熱到一定濃度后將及液體輸送至灌中待其降溫結晶。結晶過程完成后再將其送入壓濾機中進行固液分離，液體再次送入生產車間循環使用[3]。

2.2 三效蒸發器

三效蒸發器是同串聯一效和二效蒸發器串聯，第一個蒸發器產生的二次蒸汽給下一級供熱,通過控制設備內部的大氣壓和沸點，把蒸汽到引至下一個蒸發器的入口。進入第一個蒸發器的過程為一效，以此類推，二次蒸汽進入后面的蒸發器即為二效、三效。

2.3 四效蒸發器

四效蒸發器是基于三效蒸發器的基礎上再串聯一個蒸發器,其工作原理和三效蒸發器類似，只是蒸汽需要再進入一個蒸發器。四效蒸發器工作時,廢水在蒸發器上端經過處理，進入每一級蒸發管中。廢水在蒸發管自上而下流出，形成薄膜,同時與蒸汽發生熱交換反應,廢液蒸發。且二次蒸汽在每一級蒸發器的方向一致,傳熱效率得到極大促進[4]。

3 結語

含鹽廢水不經處理直接排出會影響到水資源環境污染，企業要利用蒸發器，將其鹽分析出并處理，剩下液體再次循環至多晶硅生產中使用。三效、四效蒸發器利用二次蒸汽加熱，即提高了蒸發效率，又節約了能源，多晶硅生產企業可以多加利用，節省運營成本，提高企業經濟效益。