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电子级四氯化硅是生产硅外延片和光纤母体的主要原材料,随着半导体、集成电路和光纤通讯产业的迅猛发展,电子级四氯化硅的需求量非常大。本文通过精馏提纯工艺处理多晶硅废液,生产电子级四氯化硅,具有很好的经济发展前景和环保意义。本文根据四氯化硅精馏工艺特点,确定四塔四差压精馏工艺方案,分别对T1101塔、T1102塔、T1103塔和T1104塔进行模拟计算。首先根据产品要求进行Aspen Plus稳态模拟,优化操作参数。调整差压精馏参数,实现能量匹配,并进行经济效益分析。最后通过Aspen Dynamics动态模拟,设计合适的控制方案。此精馏工艺处理的主要物系是四氯化硅(STC)-三氯氢硅(TCS),首先对文献所述的STC-TCS汽液相平衡实验数据进行热力学一致性检验。根据物性方法选择树的指导,确定适合该物系的热力学模型有PENG-ROB方程、RK-SOAVE方程和NRTL-RK模型。运用Aspen Plus内置的Data Regression模式,以实验数据为基础,分别拟合回归三种物性方法的二元交互作用参数,分析对比相平衡数据偏差。采用偏差较小的PENG-ROB物性方法对四塔进行模拟计算。根据冷却介质、加热介质以及换热温差的要求,确定四塔四差压精馏工艺中各塔压力。通过灵敏度分析和正交试验等方法分别优化T1101、T1102、T1103、T1104四塔工艺参数,结果如下:回流比R为9.9、11.2、10.1、10.8,进料位置NF为 5、52、6、63,采出比为 0.11(D/F)、0.16(B/F)、0.11(D/F)、0.16(B/F)。最终得到的产品中低沸点杂质质量分数为0.0llppt,高沸点杂质质量分数为2.31ppt,符合行业要求。针对此精馏流程能耗较高的问题,分析四塔四差压精馏过程的换热情况,调整影响能耗的操作参数,实现能量匹配和能量回收利用。调整T1103塔回流比为16.8、T1104塔回流比为15、T1104塔采出比为0.07。从能耗、公用工程消耗、设备费用和产品四个方面,对比节能工艺与原工艺,节能工艺优势如下:节能48.75%,节省循环水249.26万吨/年(占原工艺的57.84%),节省蒸汽2.99万吨/年(占原工艺的56.63%),节约换热设备两台,同时提高产品纯度并且增加产量2000吨/年。考虑到精馏操作不稳定的问题,对各塔进行动态模拟并选择适合的控制方案。首先通过分析得到各塔精馏段和提馏段的灵敏板位置:T1101塔选择第2、29块板,T1102塔选择第2、59块板、T1103塔选择第2、21块板,T1104塔选择第53、74块板。分别对各塔提出两种控制方案,面对进料量和进料组分的扰动,从能耗、物料消耗、产品质量三方面对比两方案的动态响应情况,选择较好的控制结构:T1101塔选择物料平衡控制、T1102塔选择双温度控制、T1103塔选择恒采出进料比控制、T1104塔选择比例控制。通过参数优化、流程优化和控制设计,得到电子级四氯化硅提纯的节能精馏工艺方案和控制结构,达到节约成本、稳定生产和提高经济效益的目的。