三氯氢硅合成炉换热装置
阅读说明：本技术 三氯氢硅合成炉换热装置 (Heat exchange device of trichlorosilane synthetic furnace ) 是由 万柏峰 孙亮 张文博 武红盼 李文娟 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了化工换热设备技术领域的一种三氯氢硅合成炉换热装置。该三氯氢硅合成炉换热装置采用分体式设计,包括冷却水供水单元,与冷却水供水机构连接的蒸汽回收单元,与三氯氢硅合成炉筒体连接的密封连接单元,对三氯氢硅合成炉换热装置进行压力检测的压力检测单元以及对三氯氢硅合成炉换热装置内混合气体输送的流出输送单元。该三氯氢硅合成炉换热装置设计合理,实用性能高,提高了合成炉控制过程中温度的控制精度,提高了三氯氢硅合成反应的收率,减少了合成炉换热管的磨损,大大提高了换热管的使用时长,并使合成炉换热装置的维修大大简便,保障了安全生产、提高了产品质量。(The invention discloses a heat exchange device of a trichlorosilane synthetic furnace, belonging to the technical field of chemical heat exchange equipment. The trichlorosilane synthesis furnace heat exchange device adopts a split type design and comprises a cooling water supply unit, a steam recovery unit connected with a cooling water supply mechanism, a sealing connection unit connected with a trichlorosilane synthesis furnace barrel, a pressure detection unit for detecting the pressure of the trichlorosilane synthesis furnace heat exchange device and an outflow conveying unit for conveying mixed gas in the trichlorosilane synthesis furnace heat exchange device. The trichlorosilane synthetic furnace heat exchange device is reasonable in design and high in practicability, the control precision of the temperature in the control process of the synthetic furnace is improved, the yield of trichlorosilane synthetic reaction is improved, the abrasion of a heat exchange tube of the synthetic furnace is reduced, the length of the heat exchange tube in use is greatly improved, the synthetic furnace heat exchange device is greatly simple and convenient to maintain, the safety production is guaranteed, and the product quality is improved.)
技术领域
本发明涉及化工换热设备技术领域，具体地，涉及一种三氯氢硅合成炉换热装置。
背景技术
合成炉是三氯氢硅合成生产中最重要的化工生产设备。硅粉和氯化氢气体在炉内进行高温反应，因硅粉和氯化氢气体在反应中产生大量的热，需要在反应过程中，通过炉内的换热系统，实时地将温度控制在反应条件之下。目前，三氯氢硅主要的换热介质有水换热、油换热两种方式。水换热以其安全、换热效率高、造价低的特点，广泛应用于合成炉的生产系统中，其缺点也比较明显，就是温度控制不稳定。
在三氯氢硅的制备过程中，由于生产工艺原因，为保证三氯氢硅与四氯化硅的合成百分比，其控制精度应精确稳定至±20℃以内，由于目前合成炉设备、换热方式及控制方式的原因，现有的温度控制仅能使温度精确至±50℃左右，造成了三氯氢硅与四氯化硅两种产品的收率百分比不稳定。究其根本原因是由于合成反应放热量大，换热用的介质为水，在有限的合成炉内换热管内不易精准控制。经过实验，增加炉膛内的换热管数量能更加精准的控制反应时给水的量，更利于炉内反应余热带走，稳定炉膛内温度，可一味的增加换热管数量，按现有的合成炉换热管制作方式，已不具备再增加换热管的物理条件。因此，设计一种能更加有效地对三氯氢硅合成炉内温度进行控制的三氯氢硅合成炉换热装置，将会对三氯氢硅生产质量及控制过程产生巨大的有利影响。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中三氯氢硅合成炉换热装置采用合成炉内水换热导致换热管内不易精准控制的技术问题，从而提供一种三氯氢硅合成炉换热装置，能在保持现有三氯氢硅合成炉炉膛内工况不变情况下，有效增加炉膛内换热管的换热数量，提高炉内热能转换，稳定炉内温度变化趋势，同时要兼顾易于更换、便于制造和维修的特点。
本发明解决所述问题，采用的技术方案是：
一种三氯氢硅合成炉换热装置，采用分体式设计，包括冷却水供水单元，与冷却水供水机构连接的蒸汽回收单元，与三氯氢硅合成炉筒体连接的密封连接单元，对三氯氢硅合成炉换热装置进行压力检测的压力检测单元以及对三氯氢硅合成炉换热装置内混合气体输送的流出输送单元。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：
本发明提供了一种三氯氢硅合成炉换热装置，它改进了传统三氯氢硅合成炉换热管安装、布管方式，将现有技术中的一体式三氯氢硅合成炉换热系统，改为分体式换热装置，它通过不同的管箱单元，即蒸汽回收单元和冷却水供水单元，将换热介质的两种不同相态进行分离，通过直焊换热管的安装加工方式，增加了炉内安装换热管的数量，解决了原有换热管加工安装方式中，对炉内空间不合理的占用，在保证了炉内气量通路面积不变的情况下，大幅增加了炉内换热管的数量，通过增加了炉内换热面积，提高了合成炉换热控制的精度，同时减少了对换热管加工弯曲部分冲刷，降低了损坏的机率，并利于维修、更换。此外，本发明还设置有密封连接单元、压力检测单元和对合成炉换热装置内反应混合气体输送的流出输送单元，设计合理，结构新颖，实用性能高，可大大提高换热面积，提高了合成炉控制过程中温度的控制精度，提高了三氯氢硅合成反应的收率，使合成炉温度控制范围由原来的±50℃左右提高至±20℃左右。
此外，本发明解决了在三氯氢硅合成反应过程中，合成炉内因换热管数量不足，导致的温度控制不稳定，三氯氢硅和四氯化硅转化率不易控制的情况。同时通过设计，减少了合成炉换热管的磨损，大大提高了换热管的使用时长，并使合成炉换热装置的维修大大简便。由于制做工艺简单，工艺成熟，本发明为保障安全生产、提高产品质量、减少因换热介质泄漏造成的设备设施损坏提供了保证，同时稳定了因合成炉温度控制不稳造成的产品质量、收率的不良影响，因此给生产带来了巨大的收益。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：
冷却水供水单元包括设置在三氯氢硅合成炉换热装置顶部的供水法兰口，设置在供水法兰口下部的冷却水供水箱，设置在冷却水供水箱下部的换热装置上管板以及与换热装置上管板进行管板连接的合成炉换热管内管。
蒸汽回收单元包括与合成炉换热管内管连接的合成炉换热管外管，与合成炉换热管外管进行管板连接的换热装置下管板，设置在换热装置下管板上方的蒸汽回收箱以及设置在蒸汽回收箱侧部的蒸汽法兰口。
合成炉换热管内管和合成炉换热管外管均采用整体直焊的安装方式。
密封连接单元包括与三氯氢硅合成炉筒体连接的连接法兰以及缠绕在连接法兰上的金属石墨缠绕垫。
压力检测单元包括设置在蒸汽回收箱侧部的检测法兰口以及设置在冷却水供水箱顶部的供水压力检测口。
流出输送单元包括设置在冷却水供水箱顶部的换热装置上封头以及设置在换热装置上封头中央的合成炉物料出口。
附图说明
图1为现有技术中三氯氢硅合成炉换热装置的立面图；
图2为本发明三氯氢硅合成炉换热装置的正视结构示意图；
图3为本发明实施例的结构示意图；
图4为图3沿A-A方向的剖视立面图。
图中标记为：1.合成炉换热管外管、2.合成炉换热管内管、3.连接法兰、4.换热装置下管板、5.蒸汽回收箱、6.换热装置上管板、7.冷却水供水箱、
8.换热装置上封头、9.供水法兰口、10.蒸汽法兰口、11.检测法兰口、12.供水压力检测口、13.合成炉物料出口；14.换热管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
图1示出了现有技术中三氯氢硅合成炉换热装置的立面图；由图1可以看出，现有技术中三氯氢硅合成炉换热装置的换热管14的数量为27根，遍布三氯氢硅合成炉换热装置的空间位置，为了保证了炉内气量通路面积不变的情况下，一味的增加换热管数量，按现有的合成炉换热管制作方式，已不具备再增加换热管的物理条件。
图2示出了本发明三氯氢硅合成炉换热装置的正视结构示意图；图3示出发明实施例的结构示意图; 图4示出了图3沿A-A方向的剖视立面图。
一种三氯氢硅合成炉换热装置如图2、图3所示，将原有的一体式三氯氢硅合成炉换热系统，改为分体式换热装置，包括冷却水供水单元，与冷却水供水机构连接的蒸汽回收单元，与三氯氢硅合成炉筒体连接的密封连接单元，对三氯氢硅合成炉换热装置进行压力检测的压力检测单元以及对三氯氢硅合成炉换热装置内混合气体输送的流出输送单元。
其中：冷却水供水单元包括设置在三氯氢硅合成炉换热装置顶部的供水法兰口9，设置在供水法兰口9下部的冷却水供水箱7，设置在冷却水供水箱下部的换热装置上管板6以及与换热装置上管板6进行管板连接的合成炉换热管内管2。在一个具体的实施例中如图3所示，合成炉换热管内管2尺寸为Ø18*3.5，供水法兰口9的型号为SO65(B)—16RF，供水法兰口9的连接标准参照HG/T20592-2009；换热装置上管板6厚度为20mm。冷却水供水单元的工作过程为：用于冷却的液体纯水，经供水法兰口9进入冷却水供水箱7，再通过换热装置上管板6进入合成炉换热管内管2中。
蒸汽回收单元包括与合成炉换热管内管2连接的合成炉换热管外管1，与合成炉换热管外管1进行管板连接的换热装置下管板4，设置在换热装置下管板4上方的蒸汽回收箱5以及设置在蒸汽回收箱侧部的蒸汽法兰口10。在一个具体的实施例中如图3所示，合成炉换热管外管1的尺寸为Ø45*8；换热装置下管板4的厚度为20mm；蒸汽法兰口10型号为SO100(B)—16RF，蒸汽法兰口10的连接标准为HG/T20592-2009。蒸汽回收单元的工作原理为：合成炉换热管外管1与三氯氢硅合成炉炉筒反应物质接触，通过金属表面传递热量，呈高温状态，合成炉换热管内管2中的冷却水流入高温状态的合成炉换热管外管1内，吸收大量的反应热后，相变为气态，通过合成炉换热管外管1经过换热装置下管板4，进入蒸汽回收箱5，而后通过蒸汽法兰口10进行回收再利用，达到降温的目的。
通过冷却水供水单元和蒸汽回收单元，将换热介质的两种不同相态进行分离，合成炉换热管内管2和合成炉换热管外管1均采用整体直焊的安装方式。通过直焊换热管的安装加工方式，增加了三氯氢硅合成炉内安装换热管的数量，在保证换热管直径、材质等物理参数不变的情况下，换热管14的数量为54根，是原有换热装置的2倍，具体如图4所示，解决了原有换热管加工安装方式中，对炉内空间不合理的占用，在保证了炉内气量通路面积不变的情况下，大幅增加了炉内换热管的数量。
密封连接单元包括与三氯氢硅合成炉筒体连接的连接法兰3以及缠绕在连接法兰3上的金属石墨缠绕垫，连接法兰3用于三氯氢硅合成炉换热装置与三氯氢硅合成炉反应筒体相连接，并通过金属石墨缠绕垫进行密封。通过密封连接单元保证了三氯氢硅合成炉换热装置温度控制的精确性。在一个具体的实施例中，连接法兰3的型号为FM1200-1.0，执行标准为NB/T47021-2012。
压力检测单元如图1所示，包括设置在蒸汽回收箱5侧部的检测法兰口11以及设置在冷却水供水箱7顶部的供水压力检测口12。检测法兰口11和蒸汽法兰口10分别位于蒸汽回收箱5的两侧，检测法兰口11用于回收蒸汽的压力检测；供水压力检测口12用于冷却水供水压力的检测；在一个具体的实施例中，检测法兰口11的型号为SO25(B）-16RF，连接标准为HG/T20592-2009；供水压力检测口12的型号为SO25(B）-16RF，连接标准为HG/T20592-2009。
流出输送单元包括设置在冷却水供水箱顶部的换热装置上封头8以及设置在换热装置上封头中央的合成炉物料出口13。换热装置上封头8和合成炉物料出口13用于炉内反应物——三氯氢硅、四氯化硅混合气体的流出输送。在一个具体实施例中，合成炉物料出口13的型号为SO125(B）-16RF，连接标准为HG/T20592-2009。通过流出输送单元对炉内反应物——三氯氢硅、四氯化硅混合气体通过换热装置上封头8和合成炉物料出口13进行流出输送。
本发明三氯氢硅合成炉换热装置解决了在三氯氢硅合成反应过程中，合成炉内因换热管数量不足，导致的温度控制不稳定，三氯氢硅和四氯化硅转化率不易控制的情况。同时通过设计，减少了合成炉换热管的磨损，大大提高了换热管的使用时长，并使合成炉换热装置的维修大大简便。同时，该三氯氢硅合成炉换热装置制作工艺简单，工艺成熟，保障了设备的安全生产，提高了产品质量、减少因换热介质泄漏造成的设备设施损坏，稳定了因合成炉温度控制不稳造成的产品质量、收率的不良影响，给生产带来了巨大的收益。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。
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