多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)物料平衡

11全公司生產(chǎn)系統(tǒng)物料平衡11.1生產(chǎn)系統(tǒng)物料平衡綜述物料平衡的理論依據(jù)為質(zhì)量守恒定律，即在一個孤立的系統(tǒng)當(dāng)中，無論物質(zhì)發(fā)生什么變化，其質(zhì)量始終不變。同樣在我司的生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中，投入的原料與最后得到的產(chǎn)品及生產(chǎn)過程中物料的損失應(yīng)是一個平衡關(guān)系。我司主要產(chǎn)品為多晶硅，在整個生產(chǎn)過程中使用到的物料包括：硅粉、四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅、氯化氫、氫氣等。為明確各物料之間的關(guān)系，及生產(chǎn)過程當(dāng)中物料的損耗，現(xiàn)將全公司生產(chǎn)系統(tǒng)物料平衡作一個簡要的計算和分析。11.2生產(chǎn)系統(tǒng)中發(fā)生的反應(yīng)公司主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括三氯氫硅合成系統(tǒng)，四氯化硅與二氯二氫硅反歧化反應(yīng)系統(tǒng)，三氯氫硅還原反應(yīng)系統(tǒng)以及生產(chǎn)過程當(dāng)中尾氣、渣漿回收水解系統(tǒng)。主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：（1）三氯氫硅合成反應(yīng)：3SiCl4+Si+2H2=4SiHCl3Si+3HCl=SiHCl3+H2Si+4HCl=SiCl4+2H2（2）四氯化硅與二氯二氫硅反歧化反應(yīng)：SiH2Cl2+SiCl4=2SiHCl3（3）三氯氫硅還原反應(yīng)：SiHCl3+H2=Si+3HCl4SiHCl3=3SiCl4+Si+2H2SiCl4+2H2=Si+4HClSi+2HCl=SiH2Cl2（硅的腐蝕反應(yīng)）綜合上述所有化學(xué)反應(yīng)，可以看出我司生產(chǎn)系統(tǒng)是一個閉合的循環(huán)系統(tǒng)，假如整個系統(tǒng)當(dāng)中沒有物料損失的話，需要得到產(chǎn)品多晶硅，僅需采購原料硅粉就可以了，而中間各種參與反應(yīng)的物料都是循環(huán)利用的。11.3生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中的物料損耗事實證明在整個生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中物料損失是相當(dāng)大的，所有物料在運輸、傳送、使用、反應(yīng)過程當(dāng)中都會流失、損耗。主要表現(xiàn)如下：11.3.1硅粉的損耗硅粉采購至公司后，取樣分析、卸至硅粉料倉、儲存直到推至流化床反應(yīng)系統(tǒng)都有一定的損失，此外硅粉還會被系統(tǒng)置換、放空時帶出；附著在設(shè)備、管道上被清理；存在于廢氯硅烷當(dāng)中被水解；未能沉積在硅棒上被清掃；整理包裝、洗滌過程同樣存在損失?？傊璺鄣膿p耗到處存在。11.3.2氯硅烷的損耗與硅粉一樣，氯硅烷自采購后取樣、存儲、輸送、置換、使用過程中都存在大量的損耗，損耗較大的地方包括：系統(tǒng)置換、放空、泄漏、切除以尾氣形式與堿水中和，作為廢氯硅烷、渣漿、高沸物水解。11.3.3氯化氫的損耗氯化氫的損耗大部分在于：合成系統(tǒng)無法接受時直接排至尾氣處理系統(tǒng)與堿水中和，小部分與硅粉、氯硅烷一樣在取樣、輸送、置換、放空過程中流失。11.3.4氫氣的損耗目前公司氫氣的損耗量較大，雖然已通過一些技改回收利用部分放空氫氣，但氫氣的損耗量仍然較大，氫氣的損耗主要包括：合成系統(tǒng)氣密、置換、推硅粉，還原系統(tǒng)置換，以及因產(chǎn)氫裝置與用氫裝置負(fù)荷不平衡造成的超壓放空。物料的損耗，意味著生產(chǎn)成本的提升，我們應(yīng)通過改善系統(tǒng)生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)系統(tǒng)操作，減少物料的損耗、流失。11.4生產(chǎn)系統(tǒng)物料平衡分析通過生產(chǎn)系統(tǒng)的物料平衡分析可以清楚的看出，在整個生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中各物料的投入與產(chǎn)出及消耗之間的關(guān)系。因全公司生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中涉及的物料種類較多，若一一分析作物料平衡計算較為繁瑣，但通過分析可以看出參與整個生產(chǎn)系統(tǒng)的共三種元素，即氫、氯、硅，下面分別討論這三種元素在整個生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中的物料平衡。所有物料平衡均以一個時間周期為基礎(chǔ)進(jìn)行討論，等式前為前一周期末的各數(shù)據(jù)，等式后為后一周期末的各數(shù)據(jù)，通過等式可以計算出后一周期當(dāng)中各物料投入、消耗、產(chǎn)出。并可計算出生產(chǎn)單位產(chǎn)品所需單耗。11.4.1氫的物料平衡外購氫+罐存及系統(tǒng)三氯氫硅當(dāng)中的氫+罐存及系統(tǒng)輕組分當(dāng)中的氫=氫損耗（以氫氣形式放空+以氯化氫、氯硅烷形式損耗的氫）+罐存及系統(tǒng)三氯氫硅當(dāng)中的氫+罐存及系統(tǒng)輕組分當(dāng)中的氫即：mH（外購）+mTCS1×MH/MTCS+mDCS1×2MH/MDCS=mH（損耗）+mTCS2×MH/MTCS+mDCS2×2MH/MDCS11.4.2氯的物料平衡外購三氯氫硅當(dāng)中的氯+外購四氯化硅當(dāng)中的氯+罐存及系統(tǒng)三氯氫硅當(dāng)中的氯+罐存及系統(tǒng)四氯化硅當(dāng)中的氯+罐存及系統(tǒng)輕組分當(dāng)中的氯+罐存及系統(tǒng)渣漿、高沸物當(dāng)中的氯=氯損耗（以氯化氫、氯硅烷、渣漿、高沸物形式損耗的氯）+罐存及系統(tǒng)三氯氫硅當(dāng)中的氯+罐存及系統(tǒng)四氯化硅當(dāng)中的氯+罐存及系統(tǒng)輕組分當(dāng)中的氯+罐存及系統(tǒng)渣漿、高沸物當(dāng)中的氯即：mTCS（外購）×3MCl/MTCS+mSTC（外購）×4MCl/MSTC+mTCS1×3MCl/MTCS+mDCS1×2MCl/MDCS＋mSTC１×4MCl/MSTC＋m（渣漿、高沸物）1×Cl含量百分比=mCl損耗+mTCS2×3MCl/MTCS+mDCS2×2MCl/MDCS＋mSTC2×4MCl/MSTC＋m（渣漿、高沸物）2×Cl含量百分比11.4.3硅的物料平衡外購硅粉（此處將硅粉制備所產(chǎn)硅粉作外購硅粉計算）+系統(tǒng)當(dāng)中以單質(zhì)形式存在的硅（包括還原爐內(nèi)的硅棒）+外購三氯氫硅當(dāng)中的硅+外購四氯化硅當(dāng)中的硅+罐存及系統(tǒng)三氯氫硅當(dāng)中的硅+罐存及系統(tǒng)四氯化硅當(dāng)中的硅+罐存及系統(tǒng)輕組分當(dāng)中的硅+罐存及系統(tǒng)渣漿、高沸物當(dāng)中的硅=硅損耗+系統(tǒng)當(dāng)中以單質(zhì)形式存在的硅（包括還原爐內(nèi)的硅棒）+罐存及系統(tǒng)三氯氫硅當(dāng)中的硅+罐存及系統(tǒng)四氯化硅當(dāng)中的硅+罐存及系統(tǒng)輕組分當(dāng)中的硅+罐存及系統(tǒng)渣漿、高沸物當(dāng)中的硅+多晶硅產(chǎn)量即：mSi（外購）+mSi1+mTCS（外購）×MSi/MTCS+mSTC（外購）×MSi/MSTC+mTCS1×MSi/MTCS+mDCS1×MSi/MDCS＋mSTC１×MSi/MSTC＋m（渣漿、高沸物）1×Si含量百分比=mSi（損耗）+m