反应精馏工艺在硅烷生产中的应用研究

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1、天津大学硕士学位论文反应精馏工艺在硅烷生产中的应用研究ApplicationResearchofReactiveDistillationProcessforSilaneProduction工程领域：化学工程研究生：吴昌勇指导教师：李士雨教授企业教师：范协诚高级工程师天津大学化工学院二零一七年十一月万方数据万方数据摘要在本文的研究工作中，在构建精确的三氯硅烷歧化反应动力学和热力学模型的基础上，应用AspenPlus建立了耦合中间冷凝器的新型反应精馏塔工艺。模拟计算结果表明，当在反应段和精馏段之间配置一个中间冷凝器时，可使塔顶制冷负荷降低

2、约97%，而在反应区插入第二个中间冷凝器还可使第一个中间冷凝器的负荷降低50%，使整体工艺的经济性可以大幅提高。此外，通过研究工艺流程配置参数和操作条件对能量成本的影响，可获得反应精馏塔的最佳设计和操作。进一步地，为了获得大于99.9999%的超高纯度的硅烷，本文提出了一个同时耦合中间冷凝器和两个纯化塔的反应精馏塔扩展方案，研究结果表明，由于巨大的冷凝成本，在反应精馏塔的塔顶追求超过99%的硅烷纯度是不合适的。同时配置两个中间冷凝器也是不必要的，因为它会干扰歧化反应，并最终提高整体的运行成本。最佳的流程配置是在反应和精馏段之间插入单个

3、中间冷凝器。最后通过分析流体流动速率和反应效率，阐明反应精馏塔的工艺配置对成本的依赖性。关键词：硅烷，反应精馏，歧化，中间冷凝器，优化I万方数据ABSTRACTInthispaper,onthebasisofconstructingtheaccuratekineticandthermodynamicmodelsofthetrichlorosilanedisproportionationreaction,anewreactivedistillationcolumnprocesswithcouplingintermediateconden

4、ser(s)wasestablishedbyAspenPlus.Thesimulationresultsshowthatthecoolingcapacityoftheoverheadcanbedecreasedbyabout97%whenanintermediatecondenserisarrangedbetweenthereactionsectionandtherectificationzone,andtheinsertionofasecondintermediatecondenserinthereactionsectioncana

5、llowthecondensingloadofthefirstintermediatetobereducedby50%.Therefore,theoverallprocesseconomyperformancecanbegreatlyimproved.Inaddition,theoptimaldesignandoperationofthereactivedistillationcolumncanbeobtainedbyinvestigatingtheinfluencesofprocessparametersandoperatingco

6、nditionsontheenergycost.Furthermore,inordertoobtainmorethan99.9999%ofthepreparationofultra-highsilanepurity,thispaperalsopresentedanextendedschemeofareactivedistillationcolumnwhichsimultaneouslycoupledwiththeintermediatecondenserandtwopurificationcolumns.Theresultsshowt

7、hatitisnotfeasibletopursuemorethan99%silanepurityattheoverheadofthereactivedistillationcolumnowingtothelargecondensationcost.Anditisunnecessarytoconfigurethetwointermediatecondensersatthesametimebecausethatitwillinterferewiththedisproportionationreactionandultimatelyinc

8、reasetheoveralloperatingcosts.Theoptimumprocessconfigurationistoinsertasingleintermediatecondenserbetweenthere