精馏塔是精馏法提纯四氯化硅、三氯氢硅的主要设备,它由塔釜、塔柱和塔头三部分组
成。精馏塔有多种。
(1)按材料分。按材料分,常见的有三种:石英玻璃精馏塔、不锈钢精馏塔和不锈钢聚四
氟塑料衬里精馏塔。
① 石英玻璃精馏塔。石英玻璃精馏塔是指采用石英玻璃材料制成的精馏塔。石英玻璃的
耐腐蚀性能好,采用石英玻璃精馏塔精馏提纯四氯化硅或三氯氢硅,设备的沾污少,可获得较
纯的产品。因此,在我国电子材料生产中,石英玻璃筛板塔被广泛地采用。
6是石英玻璃筛板塔。从图中可以看出,筛板塔是由塔釜1、塔柱2和塔头3三部分组成的。 石英玻璃筛板塔示意图
1—塔釜;2—塔柱;3—塔头
图817 不锈钢精馏塔示意图
1—塔釜;2—塔柱;3—塔头
!*$石英玻璃筛板塔的塔柱2和塔头3全部都是用石英玻璃制成,塔釜1有两种,一种是石英
玻璃的,另一种是不锈钢的。一般的石英玻璃筛板塔的塔釜都是石英玻璃的,这样可减少污
染,但由于现实的石英玻璃生产技术所限,采用石英玻璃制作大的塔釜还是有难度的,因此,
一般对于单产大的石英玻璃精馏塔,还是采用不锈钢塔釜。如果精馏产品的质量要求过高,不
锈钢塔釜不能满足要求,也可采用一塔多釜的办法来解决。
② 不锈钢精馏塔。随着电子工业的飞速发展,要求硅材料产量日益增加,给精馏塔的设
备材料提出了更高的要求。由于石英玻璃的性质脆弱,仅局限于用来制造小型的精馏塔,所以
很难满足大规模工业生产的需要,因此,石英玻璃精馏塔已逐渐由高纯的不锈钢来取代。
不锈钢精馏塔是采用不锈钢材料制造的,也主要是由塔釜1、塔柱2和塔头
3三个部分组成的,其各部分的功能与石英玻璃精馏塔基本相同,但由于大多数的不锈钢筛板
塔比石英玻璃筛板塔体形高大,再加上所用的制造材料不同,所以具体在构造上也有些不同。
③ 不锈钢聚四氟塑料衬里精馏塔。为了弥补不锈钢精馏塔易于沾污被提纯物的不足,出
现了一种不锈钢聚四氟塑料衬里精馏塔。该种精馏塔的结构与不锈钢精馏塔完全一样,只是在
塔釜1、塔柱2和塔头3的不锈钢内壁上喷涂了一层聚四氟塑料薄层。这层聚四氟塑料薄层位
于不锈钢与被提纯物之间,从而隔断了不锈钢与被提纯物的接触,由于聚四氟塑料对四氯化硅
或三氯氢硅的沾污比不锈钢少,可以减少对被提纯物的沾污,就可以提高精馏产品的质量。
(2)按构造。按构造,精馏塔可分为填料塔和板式塔两种。
① 填料塔。填料塔是指塔柱2中放有填料的精馏塔。如图右面的图是被放大
的塔柱3。在塔柱3下部的孔板4上面放有填料5。不锈钢填料塔
1—塔釜;2—塔柱;3—塔头;4—孔板;5—填料层
!*%在填料塔中,由塔底进入的气体向上流动,塔头回流的液体向下流,气液两相在填料层接
触,进行传质。因此填料是非常重要的。
作为填料,比表面积越大越好,对气体的阻力越小越好,而且要有足够的强度和足
够的化学稳定性,对四氯化硅或三氯氢硅不沾污。在多晶硅生产中,常用的是不锈钢或
聚四氟塑料制成的填料。其实,最好的填料应该是用细薄壁石英玻璃管制成的填料。石
英玻璃不仅可以制成比表面积大、阻力小的填料,而且制成填料有足够的强度和足够的
化学稳定性,因为石英玻璃本身就是硅制品,所以它不会对四氯化硅或三氯氢硅有任何
的沾污。
② 板式塔。板式塔又可分为筛板塔、泡罩塔、浮阀塔和舌形塔等多种,但在多晶硅生产
中常见的板式塔只有筛板塔。筛板塔 (图819)外观与填料塔基本相同,只是塔柱2的内部有
多块筛板4,每块筛板4上焊有一根降液管5。不锈钢筛板塔
1—塔釜;2—塔柱;3—塔头;4—筛板;5—降液管
筛板塔工作时,塔头回流的液体向下流,受筛板4阻挡,在筛板4上形成一个液体层;由
塔底进入的气体向上流动,通过筛孔穿过筛板4,进入液体层中鼓泡,气液两相在筛板4上充
分接触,进行传质。
降液管5是控制筛板4上液层厚度的。当液层过厚时,一部分液体就会由降液管5降落到
下层塔板,这样该层塔板上的液体层厚度就会永远保持一致。