反应物料对微型固定床反应器合成二甲基二氯硅烷的影响

利用微型固定床反应器,研究了直接法合成二甲基二氯硅烷的反应过程中硅粉质量、硅粉粒径及一氯甲烷流量对二甲基二氯硅烷的影响。结果表明,硅粉中杂质含量升高,反应出口气体中二甲基二氯硅烷的含量随之降低,硅粉中的Fe含量是影响二甲基二氯硅烷的主要因素;较小的硅粉粒径有助于反应初期缩短诱导期,但随反应的进行,硅粉的转化率和二甲基二氯硅烷的含量会下降;增加一氯甲烷流量,反应诱导期增长,硅粉转化率和二甲基二氯硅烷的含量均减小,但较小的流量在反应后期会出现二甲基二氯硅烷的含量严重下降的现象。     

高温下合成氮化硅的研究

本实验采用的自行设计的高温流化床,利用流态化技术合成氮化硅粉。并研究了温度对硅粉床层流化特性的影响。随着温度的升高,床层流化所需的最小气速增大。氮化反应初期存在一定的反应诱导期,在转化率为20%~40%时,反应比较剧烈。随后反应速度减缓,160m in后反应速度基本不再变化。流态化技术的采用为实现常压条件下连续化生成氮化硅工艺提供了实验基础。     

硅粉直接氮化反应合成氮化硅研究

研究了硅粉直接氮化反应合成氮化硅粉末的工艺因素(包括硅粉粒度、氮化温度、成型压力、稀释剂含量等),借助XRD,SEM等测试手段测定和观察了氮化产物的物相组成和断口形貌.研究结果表明:硅粉在流动氮气氛下,高于1200℃氮化产物中氮含量明显增加;在氮化反应同时还伴随着硅粉的熔结过程,它阻碍硅粉的进一步氮化,其影响程度与氮化温度、氮化速度,素坯成型压力及硅粉粒度等工艺因素有关.在硅粉素坯中引入氮化硅作为稀释剂,提高了硅粉的氮化率,使产物中残留硅量降低;同样在实际生产中可以通过控制适当热处理制度(如分段保温、慢速升温),达到硅粉的完全氮化.在生产中批量合成了含氮量为32.5%,残留硅量为0.05%,主要为α相,含少量β相的针状、柱状的氮化硅.     

硅粉氮化反应合成氮化硅

研究了硅粉直接氮化反应合成氮化硅粉末的工艺因素（包括硅粉粒度、氮化温度、成型压力、稀释剂含量等），借助XRD、SEM等测试手段测定和观察了氮化产物的物相组成和断口形貌。研究结果表明：硅粉在流动氮气氛下，高于1200℃氮化产物中氮含量明显增加；在氮化反应同时还伴随着硅粉的熔结过程，它阻碍硅粉的进一步氮化，其影响程度与氮化温度、氮化速度，素坯成型压力及硅粉粒度等工艺因素有关。在硅粉素坯中引入氮化，其影响程度与氮化温度、氮化速度，素坯成型压力及硅粉粒度等工艺因素有关。在硅粉素坯中引入氮化硅作为稀释剂，提高了硅粉的氮化率，使产物中残留硅量降低；同样在实际生产中可以通过控制适当热处理制度（如分段保温、慢速升温），达到硅粉的完全氮化。在生产中批量合成了含氮量为32．5％，残留硅量为0．05％，主要为α相，含少量β相的针状、柱状的氮化硅。     

流化床法除碳对微硅粉性能影响

利用流化床法对微硅粉进行除碳,通过单因素实验确定最佳工艺条件为反应温度800℃,反应时间3 h。在此条件下微硅粉中SiO_2的含量由75.64%增加到83.16%,游离碳的含量由4.14%降低到0.15%,去除率达到96.38%。利用XRD、SEM、BET等手段对流化前后的微硅粉进行分析。结果表明:流化后的微硅粉仍呈非晶态结构;颗粒表面光滑且呈规则圆球形;由于流化过程中气体将细小颗粒带出,流化后的微硅粉粒径变大,比表面积稍有减小;流化后微硅粉的流动性优于流化前,更有利于工业生产。     

流化床法除去微硅粉游离碳工艺研究

本文采用流化床作为反应装置,改变进入流化床反应器气体的流速使微硅粉达到最佳流化效果,通过对比空气气氛和氧气气氛下微硅粉的除碳效果,调整反应温度、反应时间选择最佳反应条件.结果表明:在氧气气氛下,反应温度700℃,反应时间3.0h,微硅粉中游离碳含量从1.25％下降到0.05％,烧失量从3.36％下降到0.92％,微硅粉中二氧化硅纯度从81.62％提高到85.92％;在空气气氛下,反应温度为700℃,反应时间为3.0h,微硅粉中游离碳含量从1.25％下降到0.027％,烧失量从3.36％下降到0.99％,微硅粉中二氧化硅纯度从81.62％提高到86.97％.本技术能够有效除去微硅粉中游离碳杂质,提高微硅粉的纯度,提高了产品的附加值.     

微型固定床反应器合成甲基氯硅烷工艺条件的研究

利用微型固定床反应器研究了直接法合成甲基氯硅烷过程中温度、压力对二甲基二氯硅烷的收率和硅粉转化率的影响。结果发现:升高反应温度、增加反应压力可以缩短诱导期,增大反应速率,硅粉转化率和二甲基二氯硅烷收率也得到提高,但过高的温度和压力会使二甲基二氯硅烷的选择性下降。此反应体系的较佳温度为320℃,压力为0.4 MPa。     

硅锭线切割回收料制备SiC-Si_3N_4陶瓷的研究

以硅锭线切割回收料、普通碳化硅粉及硅粉为主要原料,用反应烧结工艺制备了碳化硅结合氮化硅陶瓷。试验着重要研究了颗粒级配及硅粉含量对SiC-Si3N4陶瓷制品的气孔率、力学强度等的影响。结果表明:当回收料占40%,配以40μm,30%,120μm,30%碳化硅粉为颗粒剂配,同时选择硅粉含量为20%时,反应烧结后,气孔率为18.1%,常温抗弯强度可达43.3MPa,可以满足低压铸铝等方面的要求。     

脱硅中液固循环流化床清洁传热

考察了铝土矿熟料溶出粗液脱硅加热过程中的结垢行为,采用有机-无机复合材质的惰性固体颗粒研究了循环流化床对脱硅加热过程中硅渣结垢的清除及防止性能.结果表明：硅渣结垢曲线为具有诱导期的渐近式曲线,硅渣结垢机理为结晶结垢和微颗粒沉积结垢混合机理;循环流化床不仅能有效防止硅渣结垢的形成,而且能完全清除已有的硅渣垢层,硅渣结垢的清除速率随操作流速及固体颗粒浓度的增大而增大;惰性固体颗粒的引入不影响硅渣结垢的机理.根据液固流化床的防垢机理建立了结垢模型,其预报值与实验值吻合较好.     

单质硅溶解法制备硅溶胶的研究

采用单质硅溶解法,以氢氧化钠作为催化剂,由硅粉和水反应了制备硅溶胶。研究了实验过程中不同工艺条件如反应温度,反应时间,以及硅粉和氢氧化钠用量对硅溶胶制备的影响,并对制备的硅溶胶的性能进行了研究。实验结果表明,硅溶胶制备的较佳工艺条件是：在200 mL去离子水中加入25 g硅粉和0.16 g氢氧化钠,并在温度为900℃下反应8 h。     

D120mm流化床冷模实验研究

介绍了D120mm流化床冷模实验,主要研究了分布器压降与气速关系、床层高度与气速的关系、使用颗粒浓度测量仪的取值与实际取值及理论计算的比较以及孔隙率径向分布等实验研究。采集了大量各级别的硅粉流化数据,确定床型、分布器以及指型管对流化质量的影响,为硅粉粒度的选择提供了冷模实验依据。同时拟合了硅粉堆积密度、临界流化速度曲线,确立了利用标准差判断流化质量的方法;针对床型、分布器型式、内构件的研究为流化床放大提供大量数据和理论保证。     

Modeling and control of solar‐grade silicon production in a fluidized bed reactor

A multiscale model predicts silicon production yield and powder loss in a fluidized bed reactor for solar silicon production. The reaction module calculates the silicon vapor deposition and powder scavenging rates. A computational fluid dynamics model predicts temperature and bed density. A population balance model calculates the particle‐mass distribution functions on silicon yield. The model results are validated against industrial data. Furthermore, we conduct a sensitivity analysis to investigate the effect of gas flow rate and inlet silane concentration. Finally, a control strategy is proposed to maintain the process at the desired operating point. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 60: 1740–1751, 2014     

有机硅单体合成的气固流化床的三维数值模拟

为了探索有机硅单体合成气固流化床内硅粉颗粒的流化特性,作者利用计算流体力学CFD软件,采用双欧拉气固两相流模型及SIMPLE算法,模拟了三维的气固流化床内硅粉颗粒的流化特性;分析了气泡生成、长大和破裂的过程,及不同床层高度的固体颗粒运动速度矢量图,不同床层高度处横截面颗粒体积分数变化。结果表明:三维模拟能直观的表现颗粒在流化床中的流化状态,为工业生产及应用提供了有效的依据。     

硅粉氮化输送床内气固反应过程数值模拟

以单个硅颗粒氮化反应缩核模型为基础,本文建立了硅颗粒在输送床内反应、辐射与对流传热耦合的数学模型,并借助CFD软件FLUENT对输送床内能质传输过程进行了数值模拟,分析了输送床壁面温度、氮气流量、预热温度、硅粉粒径等因素对输送床内温度场和硅粉氮化率的影响。在数值计算域内将单个颗粒反应过程转化为颗粒群整体反应过程,实时监测颗粒粒径及未反应硅颗粒粒径,为数值模拟颗粒流反应提供一种新思路。当壁面温度高于1723K时,输送床内会出现一高温区加速硅粉氮化反应;反应温度越高、颗粒粒径越小,氮化过程越剧烈,硅粉到达完全氮化所需时间越短。模型表明为使粒径为2.5μm的硅粉达到完全氮化且输送床内最高温度不超过氮化硅的分解温度2173K,应控制输送床壁面温度在1773K,氮化时间在170s以上,预热温度在1273K,粉气质量比为0.2,稀释剂比例为0.5~1。     

四氯化硅固定床冷氢化工艺的研究

对四氯化硅固定床加氢工艺进行了研究,考察了反应温度、压力、n(氢气)/n(四氯化硅)、m(催化剂)/m(硅)等因素对四氯化硅转化率的影响。该工艺克服了流化床中粉末状物质会严重堵塞反应装置以及催化剂大量流失的缺点,可以指导生产并为企业带来可观效益。经探讨,最适宜工艺条件为：温度500 ℃;压力35 MPa;n(氢气)/n(四氯化硅)为50;m(催化剂)/m(硅)为0100。     

Oxidation of polypropylene powder

Four polypropylene powders were prepared under different drying conditions. They were tested with respect to their oxidation induction period (120°C) which ranges between 75 and 347 min. The effect of these differences on processing stability was investigated. Also studied was the oxidation behavior of powder in a fluidized bed (air) in the temperature range 80–140°C.     

Powder coating efficiency of small particles and their agglomeration in circulating fluidized bed

The coating efficiency of fluidizing small particles and their agglomeration were investigated to evaluate the possibility of powder coating by the use of a circulating fluidized bed. Glass beads, whose mean diameter was 43 Μm, and silica powder of 1 Μm were used as a core and a coating material. Polyvinyl alcohol was used as a binder and its solution was supplied together with silica powder from a spray nozzle equipped in the circulating fluidized bed. Glass beads of 43 Μm, which had been impossible to coat in a conventional fluidized bed coater, were successfully coated with silica powder in a circulating fluidized bed, and agglomeration among core particles was prevented. From this result, it was confirmed that a circulating fluidized bed performs excellently as a coater, especially for fine core particles, so a circulating fluidized bed coater has bright prospects for particle coating.     

助催化剂对微型固定床反应器合成二甲基二氯硅烷的影响

文章利用微型固定床反应器,研究了直接法合成二甲基二氯硅烷的反应过程中助催化剂(Zn粉、三苯基磷和醋酸锌)对二甲基二氯硅烷收率和选择性的影响。研究发现:硅铜触体在加入助催化剂后,诱导期缩短,硅转化率有不同程度的提升,二甲基二氯硅烷的收率也有很大提高,但是选择性却变化不一;同时表明使用微型固定床反应器筛选有机硅单体制备的催化剂,具有量小、便捷、高效的特点。     

一体式流化床膜反应器合成二甲基二氯硅烷

提出将陶瓷膜与流化床反应器耦合构成一体式流化床膜反应器,用于直接法合成二甲基二氯硅烷。实验考察了催化剂浓度、脉冲反吹对反应效率和膜分离性能的影响,并对反应前后的触体及陶瓷膜进行了表征。结果表明,催化剂浓度小于4%（质量）时,二甲基二氯硅烷的选择性均可维持在85%以上,硅粉转化率随催化剂浓度的增大而增大;催化剂浓度在4%～8%时,二甲基二氯硅烷的选择性随催化剂浓度增加而略有下降,当催化剂浓度大于8%时,二甲基二氯硅烷选择性明显下降。触体失活后粒径减小,硅粉表面积碳随催化剂浓度的增加而升高。陶瓷膜表面形成内外两层滤饼,内层滤饼主要成分为铜,外层滤饼主要成分为碳;不同催化剂浓度下,陶瓷膜对粉尘的截留率均可达100%,反应过程中跨膜压差随时间变化较小,脉冲反吹可增加硅粉转化率。     

流化床技术制备粒状多晶硅的研究进展

概述流化床技术制备粒状多晶硅的研究进展,简介粒状多晶硅的生长机制和物理性能,阐述流化床技术在多晶硅生产领域的发展方向。