用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器，包括罐体和螺旋板；螺旋板由两块金属板焊接在一块分隔挡板上并卷成螺旋型而成的，两块金属板构成两条螺旋通道；螺旋板置于罐体中段；其中，一条螺旋通道的顶部和底部为封口，该螺旋通道的螺旋中心底端接载冷剂进管，载冷剂进管通罐体外，螺旋通道的外缘上端接载冷剂出管，载冷剂出管通罐体外；另一条螺旋通道的顶部和底部为敞口，上下贯通；罐体底部设有混合气进管，罐体上部设硅烷气出管。本实用新型专利技术克服了现有螺旋板换热器不能用于硅化镁法生产硅烷中硅烷和氨气的分离的缺陷，既充分利用了螺旋板换热器高效换热的特点，又做到了利用重力作用使液态氨与气态硅烷分离的目的。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于硅化镁法生产硅烷中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器。
技术介绍
硅烷生产的方法有多种，如ucc非均化法、合金法、卤化物还原法等。其中硅化镁法是硅烷生产方法的一种，采用液氨作反应介质反应方程式如下 MW + 4M/4C/ 叫>SiH4 + 2MgC/2 + 4服3与硅烷共存的大量氨气必须首先分离，然后硅烷粗品再通过液氮温度精馏或 分子筛吸附进行纯化。硅烷与氨气的分离采用的低温分离技术，低温分离中换热 器使用的是列管式换热器，其特点是清洗容易、气体和液体在其中的流向为直上 直下，气液分离简单容易，缺点是物料换热时间短，换热效率低，不能通入过大 体积的物料，容易造成换热不彻底使氨气被带入下一道纯化工序。硅烷与氨气分 离时的气体流量不能大，严重制约了硅烷的产量。现有螺旋板式与列管式换热器介绍列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、列 管、封头、法兰等组成(见图l)。所需材质可分别釆用普通碳钢、紫铜、或不锈 钢制作。在进行换热时， 一种流体由封头的连结管处进入，在管内流动，从封头 另一端的出口管流出，这称之管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的 另一接管处流出，这称为壳程。在硅化镁法生产硅烷工艺中，为了使氨气和硅烷分离，使用低温冷凝分离的方法，冷凝器使用的就是列管式。因为在低温状况下，由于硅烷和氨气的液化温度不同(硅烷沸点-111. 5°C,氨气-34. 5°C ),釆用低温冷凝使氨气液化与硅烷分离， 所以列管式冷凝器除了进行低温换热的功能外，还要能使氨气与硅烷分离，也就 是说换热不是目的，其氨气与硅烷分离才是目的。利用单管程列管式冷凝器的管 程走硅烷混合气，壳层走冷凝介质，硅烷与氨气在管程与冷凝介质换热，氨气液 化后沿管壁流下，硅烷从列管式冷凝器管程上口流出，从而达到氨气与硅烷分离 的目的。也就是说，利用列管式冷凝器的管程是直通的结构特点，在管程的列管 为垂直状态的情况下，液体在地球引力的作用下，沿管壁向下流动的特性，使经 过冷凝换热后氨气变为液态，而硅烷还是气态的状况下，使氨气与硅烷达到分离 的目的。这是硅化镁法生产硅烷使用的氨气与硅烷分离的工艺方法。现有螺旋板换热器是一种高效换热设备，介质在换热器内为全逆流流动，两 种介质可得到相同的流动特性。通常用于蒸汽冷凝、液态蒸发传热。如图2、 3 所示，现有螺旋板换热器的结构特点由两块金属板焊接在一块分隔挡板上并眷 成螺旋型而成的，两块金属板在器内形成两条螺旋型通道，在顶、底部上分别焊 有盖板或封头(见图2)。其特点①传热系数大，可选用较高的流速(对液态2m/s 气体为20m/s)，流体在螺旋板内允许流速较高，并且流体沿螺旋方向流动，滞、漆 层薄，故传热系数大，传热效率高，其传热系数约为列管式换热器的2倍，传热 效率为列管式换热器的3倍。此外还因流速大，脏物不易滞留。②可回收低温热 能。③热损失小。外表面积小，接近常温流体从边缘通道流出(入)，可不需保温。 ④自洁污垢。介质走单通道，允许流速比其它换热器高，由于流体的流速较高， 流体中的悬浮物不易沉积下来。⑤结构紧凑。单位体积的传热面积约为列管式换 热器的3倍，例如一台传热面积约为100m2的螺旋板换热器，其直径和高仅约为1. 3m和1.4m,其容积仅为列管式换热器的几分之一。 价格低廉。同样工艺要求 的螺旋板换热器设备费仅为螺旋板换热器的1/2至1/3。虽然现有螺旋板换热器与列管式换热器相比，有许多优点，但硅化镁法硅烷 生产的特点是要求硅烷与氨气的分离，换热不是目的。而螺旋板换热器的结构特 点是两个螺旋通道，两种介质作逆流流动。对采用重力作用使液态氨与气态硅烷 分离的方式，显然现有螺旋板换热器是不能做到的。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题，在于对现有螺旋板换热器进行结构改进， 提供一种用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器，以实现在硅化镁法生 产硅烷中用螺旋板换热器进行硅烷和氨气分离。基本思路是采取冷凝介质走其中的一个螺旋通道，另一个通道上下端面不 封闭而将其进料口和出料口关闭，让氨气和硅烷从螺旋板换热器下部进入，走上 下开口的螺旋板的轴向，自下而上流动，从换热器上部流出。这样，氨气和硅烷' 混合气的流动方向就不是螺旋向流动，而是从螺旋板的未焊接的板缝间自下而上 流动进行换热。经过换热，氨气转化为液态，从螺旋板的上部沿板壁向下流动， 气态硅烷从上部出口流出。本技术用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器，包括罐体和螺 旋板；螺旋板由两块金属板焊接在一块分隔挡板上并卷成螺旋型而成的，两块金 属板构成两条螺旋通道；螺旋板置于罐体中段；其特征是其中， 一条螺旋通道 的顶部和底部为封口，该螺旋通道的螺旋中心底端接载冷剂进管，载冷剂进管通 罐体外，螺旋通道的外缘上端接载冷剂出管，载冷剂出管通罐体外；另一条螺旋 通道的顶部和底部为敞口，上下贯通；罐体底部设有混合气进管(也是液氨出口 )，罐体上部设硅烷气出管。本技术，克服了现有螺旋板换热器不能用于硅化镁法生产硅烷中硅烷和 氨气的分离的缺陷，既充分利用了螺旋板换热器高效换热的特点，又做到了利用 重力作用使液态氨与气态硅烷分离的目的。附图说明图l是现有列管式换热器结构示意图2是现有螺旋板式换热器结构示意图3是现有螺旋板式换热器螺旋板结构示意图(俯视)；图4是本技术用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器结构示意图5是本技术用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器的螺旋板 结构示意图(俯视)。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本技术作进一步详细说明。 如图4、 5所示，用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器，包括罐 体1和螺旋板2;螺旋板由两块金属板焊接在一块分隔挡板3上并巻成螺旋型面 成的，两块金属板构成两条螺旋通道；螺旋板置于罐体中段；其中， 一条螺旋通 道10的顶部和底部分别焊有盖板或封头4,该螺旋通道的螺旋中心底端接载冷剂 进管5,载冷剂进管通罐体外，螺旋通道的外缘上端接载冷剂出管6,载冷剂出管 通罐体外；另一条螺旋通道ll的顶部和底部为敞口 7，上下贯通；罐体底部设有 混合气进管8 (也是液氨出口 )，罐体上部设硅烷气出管9。实际制备该设备时， 只要将现有技术的螺旋板一个螺旋通道顶部和底部的盖板或封头4去除，使其成为敞口即可。在硅化镁法生产硅烷中，采取载冷剂(冷凝介质)走螺旋通道io,由于螺旋 通道ll上下端面不封闭(如其是现有螺旋板改造的，则将其进管和出管关闭)， 让氨气和硅烷混合气从螺旋板换热器下部进入，走螺旋通道ll的轴向，自下而上 流动，从换热器上部流出。这样，氨气和硅烷混合气的流动方向就不是螺旋向流 动，而是从螺旋板的来焊接的板缝间自下而上流动进行换热。经过换热，氨气转 化为液态，从螺旋板的上部沿板壁向下流动，气态硅烷从上部出口流出。本螺旋板换热器可以两个串接，形成二级换热，换热效率更高更彻底，在其 它设备、工艺不便的情况下，可以使得硅烷和氨气的分离更彻底，可提高硅烷的 产量。权利要求1、一种用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器，包括罐体(1)和螺旋板(2)；螺旋板由两块金属板焊接在一块分隔挡板(3)上并卷成螺旋型而成的，两块金属板构成两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硅烷生产中硅烷和氨气分离的螺旋板换热器，包括罐体（１）和螺旋板（２）；螺旋板由两块金属板焊接在一块分隔挡板（３）上并卷成螺旋型而成的，两块金属板构成两条螺旋通道；螺旋板置于罐体中段；其特征是：其中，一条螺旋通道的顶部和底部为封口，该螺旋通道的螺旋中心底端接载冷剂进管（５），载冷剂进管通罐体外，螺旋通道的外缘上端接载冷剂出管（６），载冷剂出管通罐体外；另一条螺旋通道的顶部和底部为敞口，上下贯通；罐体底部设有混合气进管（８），罐体上部设硅烷气出管（９）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林培川，陈军，
申请(专利权)人：南京特种气体厂有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]