宋安寧

摘 要：ChemCAD是美國Chemstations公司開發(fā)的化工流程模擬軟件，廣泛應用于石油化工、工業(yè)安全、清潔生產等領域，為工藝開發(fā)、工程設計、優(yōu)化操作和技術改造提供理論指導。文章針對三氯氫硅精餾系統(tǒng)進行模擬，從而對實際生產中的系統(tǒng)運行進行優(yōu)化，并對工藝開發(fā)、技術改造提供理論指導。

關鍵詞：ChemCAD；多晶硅；三氯氫硅；精餾塔；模擬

西門子法多晶硅生產工藝中，三氯氫硅精餾單元是其核心關鍵工序之一，精餾產品的性質對整個多晶硅產品的質量、產量、生產能力和消耗定額等方面都有著重大影響，因此精餾單元的穩(wěn)定運行和工藝優(yōu)化對多晶硅生產有著重要意義。通過化工流程模擬軟件我們可以更科學更有效的實現(xiàn)對多晶硅精餾系統(tǒng)的工藝開發(fā)、流程設計、優(yōu)化操作和技術改造，它不但能提供理論指導，還可實現(xiàn)動態(tài)模擬，提供技術診斷方案，從而指導實際生產[1]。目前應用比較廣泛的化工流程模擬軟件有As pen Plus、Pro/Ⅱ和ChemCAD等，其中ChemCAD 是美國 Chemstations 公司開發(fā)的全流程化工流程模擬軟件，它以圖形用戶界面方式輸入， 具有嚴格的和最新的計算方法，針對精餾系統(tǒng)提供的模塊較多，除基本上具備 Aspen Plus和 Pro/Ⅱ軟件的各種功能，且價格相對低廉，因此對于三氯氫硅精餾系統(tǒng)選擇ChemCAD是比較適合的[2]。

1 全流程模擬的建立

1.1 流程模擬圖

本工藝流程為5塔流程，進料組成為：DCS（二氯二氫硅）1.8%、HEC（低沸物以BCl3為主）0.16%、TCS（三氯氫硅）68.3%、MDCS（甲基氯硅烷）1.2%、STC（四氯化硅）27.866%、LEC（高沸物以聚氯硅烷和PCl3為代表）0.68%，進料量3645.8kg/h，要求最終TCS和STC純度不低于99.9%，塔的操作壓力均為0.2MPaG，塔頂為全凝器。

1.2 選擇計算單位

打開菜單選項 Format →Engineering Units，按照給定的已知條件，選擇SI國際單位制，壓力選擇MPaG，溫度選擇℃，點擊OK保存。

1.3 添加組分

打開菜單選項 Thermophysical→Componentlist，得到組分輸入對話框，添加進料組成6種組分至組分列表。

1.4 選擇熱力學模型

ChemCAD軟件提供了大量最新的熱力學計算方法，包含39種K值計算方法和13種焓計算方法，在這里根據(jù)三氯氫硅精餾分離物質特性和經驗，打開菜單選項Thermophysical→K- values，選擇SRK模型方程，相應地焓值也選擇了SRK模型[3]。

1.5 輸入物流數(shù)據(jù)并定義各設備單元操作參數(shù)

通過Specification→Feed Streams菜單選項，打開進料物流對話框，輸入物流參數(shù)，此時注意，只需定義組成和溫度、壓力、汽相分率其中的兩個。

定義各單元操作參數(shù)時，根據(jù)實際塔板數(shù)和SITEC的技術參數(shù)進行，其中對于泵的設定參數(shù)以實際值為主。

1.6 運行模擬計算

打開 Run →Run all 選項，或者單擊流程圖中的精餾塔圖標，點右鍵選擇 Run This Unit Op，運行模擬。Chemcad中提供了四種運行的方式：穩(wěn)態(tài)運行、靈敏度分析、優(yōu)化分析和動態(tài)運行，其中可以先實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)模擬，然后可以通過確定模擬目標變量，改變模擬參數(shù)，實現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化。[4]

2 計算結果及分析

通過Results→streams Composition→All streams菜單選項，可以查看各流股的組成，表1所列的是TCS和STC提純塔產品物流的模擬結果。

將模擬結果與實際運行參數(shù)比較，包括塔頂溫度和物料組成非常接近，如模擬TCS塔塔釜的TCS物料，組成超過99.92%，物料溫度為82.21℃，這也與實際參數(shù)值81.9非常接近。

通過 Plot→Tower Profiles菜單選項，可以查看各個精餾塔的一些參數(shù)，如各塔板的溫度、壓力、汽液相組成等。如TCS/STC分離塔各塔板溫度曲線如圖2所示。

當進料組成在一定范圍內變化時，要保證各塔的分離效果，必須調整塔頂和塔底的采出量，此時可以通過模擬給以指導。如TCS/STC分離塔進料組成變化為：DCS3%、TCS63.5%、STC32.38%、進料量維持不變，要保證塔頂和塔釜組成，相應的采出量調整為：塔頂由2489.06kg/h降為2065.54kg/h，塔釜由978.2kg/h增加為1267.14kg/h，而此時的溫度曲線如下圖3所示，這對操作來說提供了較好的理論指導。

3 結束語

應用 ChemCAD 能夠比較方便地模擬三氯氫硅精餾過程，通過模擬，可以得到三氯氫硅精餾塔的各種參數(shù)，對于進行靈敏度分析，確定合適的操作條件，生產工藝技術改造都有一定的指導意義。

參考文獻

[1]陳聲宗.化工設計[M].北京：化學工業(yè)出社，2001.

[2]Chemstations公司（美）.ChemCAD5.2用戶使用手冊[S].2002.

[3]吳俊生，邵惠鶴.精餾設計、操作和控制[M].北京：中國石化出版社，1997.

[4]曹玲.基于Excel、Matlab和ChemCAD工程軟件對蒸餾過程的研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2006.

摘 要：ChemCAD是美國Chemstations公司開發(fā)的化工流程模擬軟件，廣泛應用于石油化工、工業(yè)安全、清潔生產等領域，為工藝開發(fā)、工程設計、優(yōu)化操作和技術改造提供理論指導。文章針對三氯氫硅精餾系統(tǒng)進行模擬，從而對實際生產中的系統(tǒng)運行進行優(yōu)化，并對工藝開發(fā)、技術改造提供理論指導。

關鍵詞：ChemCAD；多晶硅；三氯氫硅；精餾塔；模擬

西門子法多晶硅生產工藝中，三氯氫硅精餾單元是其核心關鍵工序之一，精餾產品的性質對整個多晶硅產品的質量、產量、生產能力和消耗定額等方面都有著重大影響，因此精餾單元的穩(wěn)定運行和工藝優(yōu)化對多晶硅生產有著重要意義。通過化工流程模擬軟件我們可以更科學更有效的實現(xiàn)對多晶硅精餾系統(tǒng)的工藝開發(fā)、流程設計、優(yōu)化操作和技術改造，它不但能提供理論指導，還可實現(xiàn)動態(tài)模擬，提供技術診斷方案，從而指導實際生產[1]。目前應用比較廣泛的化工流程模擬軟件有As pen Plus、Pro/Ⅱ和ChemCAD等，其中ChemCAD 是美國 Chemstations 公司開發(fā)的全流程化工流程模擬軟件，它以圖形用戶界面方式輸入， 具有嚴格的和最新的計算方法，針對精餾系統(tǒng)提供的模塊較多，除基本上具備 Aspen Plus和 Pro/Ⅱ軟件的各種功能，且價格相對低廉，因此對于三氯氫硅精餾系統(tǒng)選擇ChemCAD是比較適合的[2]。

1 全流程模擬的建立

1.1 流程模擬圖

本工藝流程為5塔流程，進料組成為：DCS（二氯二氫硅）1.8%、HEC（低沸物以BCl3為主）0.16%、TCS（三氯氫硅）68.3%、MDCS（甲基氯硅烷）1.2%、STC（四氯化硅）27.866%、LEC（高沸物以聚氯硅烷和PCl3為代表）0.68%，進料量3645.8kg/h，要求最終TCS和STC純度不低于99.9%，塔的操作壓力均為0.2MPaG，塔頂為全凝器。

1.2 選擇計算單位

打開菜單選項 Format →Engineering Units，按照給定的已知條件，選擇SI國際單位制，壓力選擇MPaG，溫度選擇℃，點擊OK保存。

1.3 添加組分

打開菜單選項 Thermophysical→Componentlist，得到組分輸入對話框，添加進料組成6種組分至組分列表。

1.4 選擇熱力學模型

ChemCAD軟件提供了大量最新的熱力學計算方法，包含39種K值計算方法和13種焓計算方法，在這里根據(jù)三氯氫硅精餾分離物質特性和經驗，打開菜單選項Thermophysical→K- values，選擇SRK模型方程，相應地焓值也選擇了SRK模型[3]。

1.5 輸入物流數(shù)據(jù)并定義各設備單元操作參數(shù)

通過Specification→Feed Streams菜單選項，打開進料物流對話框，輸入物流參數(shù)，此時注意，只需定義組成和溫度、壓力、汽相分率其中的兩個。

定義各單元操作參數(shù)時，根據(jù)實際塔板數(shù)和SITEC的技術參數(shù)進行，其中對于泵的設定參數(shù)以實際值為主。

1.6 運行模擬計算

打開 Run →Run all 選項，或者單擊流程圖中的精餾塔圖標，點右鍵選擇 Run This Unit Op，運行模擬。Chemcad中提供了四種運行的方式：穩(wěn)態(tài)運行、靈敏度分析、優(yōu)化分析和動態(tài)運行，其中可以先實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)模擬，然后可以通過確定模擬目標變量，改變模擬參數(shù)，實現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化。[4]

2 計算結果及分析

通過Results→streams Composition→All streams菜單選項，可以查看各流股的組成，表1所列的是TCS和STC提純塔產品物流的模擬結果。

將模擬結果與實際運行參數(shù)比較，包括塔頂溫度和物料組成非常接近，如模擬TCS塔塔釜的TCS物料，組成超過99.92%，物料溫度為82.21℃，這也與實際參數(shù)值81.9非常接近。

通過 Plot→Tower Profiles菜單選項，可以查看各個精餾塔的一些參數(shù)，如各塔板的溫度、壓力、汽液相組成等。如TCS/STC分離塔各塔板溫度曲線如圖2所示。

當進料組成在一定范圍內變化時，要保證各塔的分離效果，必須調整塔頂和塔底的采出量，此時可以通過模擬給以指導。如TCS/STC分離塔進料組成變化為：DCS3%、TCS63.5%、STC32.38%、進料量維持不變，要保證塔頂和塔釜組成，相應的采出量調整為：塔頂由2489.06kg/h降為2065.54kg/h，塔釜由978.2kg/h增加為1267.14kg/h，而此時的溫度曲線如下圖3所示，這對操作來說提供了較好的理論指導。

3 結束語

應用 ChemCAD 能夠比較方便地模擬三氯氫硅精餾過程，通過模擬，可以得到三氯氫硅精餾塔的各種參數(shù)，對于進行靈敏度分析，確定合適的操作條件，生產工藝技術改造都有一定的指導意義。

參考文獻

[1]陳聲宗.化工設計[M].北京：化學工業(yè)出社，2001.

[2]Chemstations公司（美）.ChemCAD5.2用戶使用手冊[S].2002.

[3]吳俊生，邵惠鶴.精餾設計、操作和控制[M].北京：中國石化出版社，1997.

[4]曹玲.基于Excel、Matlab和ChemCAD工程軟件對蒸餾過程的研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2006.

摘 要：ChemCAD是美國Chemstations公司開發(fā)的化工流程模擬軟件，廣泛應用于石油化工、工業(yè)安全、清潔生產等領域，為工藝開發(fā)、工程設計、優(yōu)化操作和技術改造提供理論指導。文章針對三氯氫硅精餾系統(tǒng)進行模擬，從而對實際生產中的系統(tǒng)運行進行優(yōu)化，并對工藝開發(fā)、技術改造提供理論指導。

關鍵詞：ChemCAD；多晶硅；三氯氫硅；精餾塔；模擬

西門子法多晶硅生產工藝中，三氯氫硅精餾單元是其核心關鍵工序之一，精餾產品的性質對整個多晶硅產品的質量、產量、生產能力和消耗定額等方面都有著重大影響，因此精餾單元的穩(wěn)定運行和工藝優(yōu)化對多晶硅生產有著重要意義。通過化工流程模擬軟件我們可以更科學更有效的實現(xiàn)對多晶硅精餾系統(tǒng)的工藝開發(fā)、流程設計、優(yōu)化操作和技術改造，它不但能提供理論指導，還可實現(xiàn)動態(tài)模擬，提供技術診斷方案，從而指導實際生產[1]。目前應用比較廣泛的化工流程模擬軟件有As pen Plus、Pro/Ⅱ和ChemCAD等，其中ChemCAD 是美國 Chemstations 公司開發(fā)的全流程化工流程模擬軟件，它以圖形用戶界面方式輸入， 具有嚴格的和最新的計算方法，針對精餾系統(tǒng)提供的模塊較多，除基本上具備 Aspen Plus和 Pro/Ⅱ軟件的各種功能，且價格相對低廉，因此對于三氯氫硅精餾系統(tǒng)選擇ChemCAD是比較適合的[2]。

1 全流程模擬的建立

1.1 流程模擬圖

本工藝流程為5塔流程，進料組成為：DCS（二氯二氫硅）1.8%、HEC（低沸物以BCl3為主）0.16%、TCS（三氯氫硅）68.3%、MDCS（甲基氯硅烷）1.2%、STC（四氯化硅）27.866%、LEC（高沸物以聚氯硅烷和PCl3為代表）0.68%，進料量3645.8kg/h，要求最終TCS和STC純度不低于99.9%，塔的操作壓力均為0.2MPaG，塔頂為全凝器。

1.2 選擇計算單位

打開菜單選項 Format →Engineering Units，按照給定的已知條件，選擇SI國際單位制，壓力選擇MPaG，溫度選擇℃，點擊OK保存。

1.3 添加組分

打開菜單選項 Thermophysical→Componentlist，得到組分輸入對話框，添加進料組成6種組分至組分列表。

1.4 選擇熱力學模型

ChemCAD軟件提供了大量最新的熱力學計算方法，包含39種K值計算方法和13種焓計算方法，在這里根據(jù)三氯氫硅精餾分離物質特性和經驗，打開菜單選項Thermophysical→K- values，選擇SRK模型方程，相應地焓值也選擇了SRK模型[3]。

1.5 輸入物流數(shù)據(jù)并定義各設備單元操作參數(shù)

通過Specification→Feed Streams菜單選項，打開進料物流對話框，輸入物流參數(shù)，此時注意，只需定義組成和溫度、壓力、汽相分率其中的兩個。

定義各單元操作參數(shù)時，根據(jù)實際塔板數(shù)和SITEC的技術參數(shù)進行，其中對于泵的設定參數(shù)以實際值為主。

1.6 運行模擬計算

打開 Run →Run all 選項，或者單擊流程圖中的精餾塔圖標，點右鍵選擇 Run This Unit Op，運行模擬。Chemcad中提供了四種運行的方式：穩(wěn)態(tài)運行、靈敏度分析、優(yōu)化分析和動態(tài)運行，其中可以先實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)模擬，然后可以通過確定模擬目標變量，改變模擬參數(shù)，實現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化。[4]

2 計算結果及分析

通過Results→streams Composition→All streams菜單選項，可以查看各流股的組成，表1所列的是TCS和STC提純塔產品物流的模擬結果。

將模擬結果與實際運行參數(shù)比較，包括塔頂溫度和物料組成非常接近，如模擬TCS塔塔釜的TCS物料，組成超過99.92%，物料溫度為82.21℃，這也與實際參數(shù)值81.9非常接近。

通過 Plot→Tower Profiles菜單選項，可以查看各個精餾塔的一些參數(shù)，如各塔板的溫度、壓力、汽液相組成等。如TCS/STC分離塔各塔板溫度曲線如圖2所示。

當進料組成在一定范圍內變化時，要保證各塔的分離效果，必須調整塔頂和塔底的采出量，此時可以通過模擬給以指導。如TCS/STC分離塔進料組成變化為：DCS3%、TCS63.5%、STC32.38%、進料量維持不變，要保證塔頂和塔釜組成，相應的采出量調整為：塔頂由2489.06kg/h降為2065.54kg/h，塔釜由978.2kg/h增加為1267.14kg/h，而此時的溫度曲線如下圖3所示，這對操作來說提供了較好的理論指導。

3 結束語

應用 ChemCAD 能夠比較方便地模擬三氯氫硅精餾過程，通過模擬，可以得到三氯氫硅精餾塔的各種參數(shù)，對于進行靈敏度分析，確定合適的操作條件，生產工藝技術改造都有一定的指導意義。

參考文獻

[1]陳聲宗.化工設計[M].北京：化學工業(yè)出社，2001.

[2]Chemstations公司（美）.ChemCAD5.2用戶使用手冊[S].2002.

[3]吳俊生，邵惠鶴.精餾設計、操作和控制[M].北京：中國石化出版社，1997.

[4]曹玲.基于Excel、Matlab和ChemCAD工程軟件對蒸餾過程的研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2006.