1精馏中提纯.docx
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1精馏中提纯
多晶硅，灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410℃。
沸点2355℃。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。
加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。
由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。
例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。
在化学活性方面，两者的差异极小。
多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。
多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
被称为“微电子大厦的基石”。
有关精馏中提纯中的几个基本概念
一、几个常用术语的含义
1、汽化：
是我们日常生活中经常遇到的，如洗过的衣服晒干，装汽油的桶不密闭就会挥发，池塘里的水，时间长了会减少，酒精发出酒味等，这些现象都为汽化。
什么是汽化呢？
使液态变为气态的过程叫汽化。
2、液化：
如果我们在晴天的晚上，可以发现头上有微小的水球，旱上还可以在植物的叶片上看到一层白色的露珠，这主要说明了气态物质在一定条件下，也可以变为汽态。
什么是液化呢？
物质从气态变成液态的过程，叫做液化。
3、蒸发：
从我们的感觉和嗅觉都会发现水、酒精、汽油和其它各种液体，不管它们在任何温度下，只要液面上有足够的空间，它们就会进行汽化。
什么是蒸发呢？
液态物质在任何温度下，从表面进行汽化的现象叫蒸发。
为什么呢？
因为组成的液体的分子是在不断地作无规则的运动的，液体的温度就是液体内部分子运动平均动能的标志，但在同一温度下，不是所有的分子运动都是相同的，总是有一些分子运动的动能比平均动能大或小，因此在任何温度下液体内部总有一部分分子的动能大于它的平均动能，当这一部分分子的动能大于它的平均动能，当这部分分子接近液面时，就能克服液体表面层对它的引力和外部的压强而逸出空间，变成这种液体的蒸汽而逸出液面，因此液面上蒸汽的温度，并不比液体的温度高，这就是液体在任何温度下，能进行蒸发的道理。
由于蒸发的不断进行，液体内部比它的平均动能大的分子逐渐逸出液面，剩下的分子的平均动能会渐渐减小，从而使液体的温度降低，因此蒸发可以降低温度。
（在压力一定，液体很少的情况下）。
影响蒸发速度的条件有哪些呢？
a、液体的的温度愈高，蒸发得愈快。
温度越高，液体内部分子运动的平均动能越大，液体表面层对分子的作用也愈小，因为在单位时间内能克服液体表面层的作用而逸到空间的分子数目越多，所以蒸发得愈快。
b、液体表面积越大，蒸发得越快。
c、液体受到的压强越小，蒸发得越快。
4、蒸汽压：
前面讲到液体在自由空间蒸发的情况，若在一密闭容器中盛有部分液体，由于液面上有一定的空间，液面景要进行蒸发，最初一部分动能大的分子，克服表面层的引力，而逸出液面进入空间，在进入空间的分子中，极少数的分子由于空间的气体分子数目是多于返回液体内部的分子数目，随着液面上蒸发分子的密度不断增加，由于碰撞返回液面内部的分子数目逐渐增多。
即在单位时间内逸出液面分子数等于返回液面的分子数（于是蒸发就停止了）的状态，叫做动态平衡，达到动态平衡的蒸汽叫做饱和汽。
饱和汽具有的压强，叫做饱和汽压，也称饱和蒸汽压。
当温度一定时，汽相压力最终将稳定在一定数值上，此时的汽相压力，称为某物质在该温度下的饱和蒸汽压。
表120℃几种液体的饱和汽的蒸汽压
液体名称
蒸汽压mmHg
液体名称
蒸汽压mmHg
乙醚
437
水
17
酒精
44.5
水银
0.0018
同一种液体在不同温度下的饱和蒸汽压见表2
表2
温度\名称
水
苯
乙醚
汞
-20
0.77
6
68.9
/
0
4.85
26.57
184.4
0.0002
20
17.53
74.70
433
0.0013
40
55.32
182.7
907
0.0064
60
149.4
391.7
1725
0.0265
80
355.1
757.6
3020
0.092
100
760
/
/
0.2793
可以得出如下结论：
a、同一温度下，不同的液体的饱和蒸汽压不同；
b、同一液体的饱和蒸汽压，是随温度升高而增大的，随温度下降而下降；
c、当温度不变时，饱和蒸汽压的大小与它的体积无关；
5、易挥发组分和难挥发组分：
易挥发组分：
混合物中某组分，在一定温度时的蒸汽压比任何其它组分蒸汽压值都大，该组分称为易挥发组分。
难挥发组分：
混合物中某组分，在一定温度时的蒸汽压比任何其它组分蒸汽压值都小，该组分称为难挥发组分。
6、挥发度和相对挥发度：
挥发度通常用以表示某种纯态物质在某一温度下蒸汽压的大小。
当一组分互溶的混合液，因组分彼此相互作用而降低了蒸汽压，此时各组分的挥发度，则用它在蒸汽中的分压和在蒸汽成平衡的液相中的分子数之比来表示。
VA=PA/XA……
（1）
VB=PB/XB……
（2）
式中VA,VB——分别为组份A和B的挥发度。
PA，PB——组份A和B的饱和蒸汽压。
XA，XB——组份A和B在注相中的摩尔分数。
对于理想溶液而言，混合液遵守拉乌定律，则XA=XB为了比较混合液中组分挥发度的大小，同时也便于在精馏中进行计算，因而引出相对挥发度的概念。
相对挥发度：
是两组分挥发度之比，为相对挥发度，用α表示：
α理=VA/VB=（PA/XA）/（PB/XB）=PA·XB/PB·XA=YA·XB/YB·XA……（3）
式中YA、YB——分别为汽液平衡时纯组分和和杂质的相对摩尔分数
从（3）式可知
α理=YA·XB/YB·XA
即：
YA/YB=α理·XA/XB
∵XA+XB=1
YA+YB=1
则YA（1-XA）=α理·XA（1-YA）
∴YA=α理·XA/[1+（α理-1）XA]……（4）
从α值的大小，可以预计该混合液精馏提纯的效果以及分离的可能性，当α＞1，则表示组分A比组分B容易挥发；当α＜1则表示组分B比组分A容易挥发了，当α=1时，从（4）式可知YA=XA即说成为不可能分离的物质。
对于非理想溶液，相对挥发度用α实表示
α实=PA/PB·rA/rB……（5）
式中：
rA——基本组分的活度系数
rB——杂质的活度系数
一般说来，被提纯元素中，杂质含量很少，因此rA可作为1，此时
α实=PA/PB·rA/rB=α理·1/rB
由于混合液的沸点变化不大，故PA·PB可视为常数，因此实际挥发度仅取决于杂质的活度系数rB.
在制备高纯元素时，杂质的含量是很少的，在此情况下，杂质分子间的作用可以忽略不计，因此可考虑杂质单独存在的情况下的挥发度，这就可以简化挥发度的计算了。
制备超纯液体的精馏提纯时，由于超纯液体即杂质浓度极稀的溶液，例如在SiHCl3液体的精馏中所遇到的含PCl3、BCl3、FeCl3等杂质的混合液，其中杂质的浓度大多在百万分之一克分子分数以下。
这时在液相中，一个SiHCl3分子周围大量地存在着SiHCl3分子，其所受的分子引力，可以认为完全是周围SiHCl3分子对杂质分子的引力，而其余含极微的杂质分子对它的引力可以忽略不计。
为此我们可以得出下列结论。
在一定温度下，（例如在被精馏液体的常压下之沸点温度）超纯液体中杂质组分与基本组分的相对挥发度不随杂质组分浓度的变化而变化。
1、沸点、高沸物、低沸物：
当纯液体物质的饱和蒸气压等于外压时，液体就会沸腾，此时的温度叫液体在指定压力下的沸点。
通常我们说“某物质的沸点”就是指外压等于760mmHg时的纯物质沸点，又称为标准沸点。
对于液体混合物来说，各组分的分压之和等于外压时，物料开始沸腾。
由于各组分的分压随其在液相中含水量的改变而有所不同，因此，它没有恒定的沸点。
液体混合物在饱和点至露点的整个范围内都处于沸腾状态，并且在不同温度下汽液相组成是不同的。
高、低沸物：
在混合溶液中，以某纯物质的沸点为介（如SiHCl3的沸点为31.5℃）高于此沸点的物质为高沸物，反则为低沸物。
8、理论塔极数，实际塔极数及塔板效率：
当塔板上液体与蒸汽组成符合平衡曲线规定的那样，此时提纯到一定效果所需的塔板数为理论塔板数，但实际上由于汽液接触时间有限，蒸气和液体并淡能达到平衡状态，在指定条件下，进行精馏操作所需的实际塔板数，一般比理论塔斯社板数多得多。
板效率：
理论塔板数与实际塔斯社板数之比
η=NT/N或N=NT/η
式中η——塔板效率
NT——理论塔板数
N——实际塔板数
上述截板效率为全塔中所有塔板的总（平均）效率，把它用于计算实际塔板数时，最为简单。
此外，还有其它塔斯社板效率的方法。
例如可用所谓个别塔板效率来表示某一塔板上实际物质交换程度与达到相平衡时最大物质交换程度之比。
用公式表示：
η=（yn-yn+1）/（y*n-yn+1）
式中yn+1——上升至某塔斯社板的蒸汽组分
Yn——离开该塔板的蒸汽组成
Y*n——与离开该塔板的液体成平衡的蒸汽组成。
9、全回流、回流比：
在精馏操作中，停止向加料的同时，即不引出塔顶产品，也不排走塔斯社底和塔顶残液，将塔顶蒸汽冷凝后全部回入塔中的过程称为全回流。
P=L+D
P全回流=L回流量+D产品接取量
也可以这样说，当塔顶蒸汽冷凝液全部流回塔内，即无馏出液时，回流比R——∽称为全回流。
式中P——为全回流量
L——单位时间内塔顶流液体的量Kg/horV/hor
D——单位时间内塔顶接取量（产品量）Kg/horV/hor
回流比：
就是在精馏过程中回流量与产品截取量之比叫做回流比。
用公式R=（P-D）/D
还可以用R=L/D
全回流操作，多半用在精馏塔的开车初期或用在生产不正常时的精馏塔的自身循环操作中。
例题：
在精馏过程中，某塔全回流量90l/hor,规定出产品量3l/hor，计算回流比？
而另一塔回流比为20：
1，已知产品量为3l/hor，求该塔全流量？
①已知：
全回流90l/hor,产品量3l/hor，求回流比？
解：
按公式R=（P-D）/D
则（90-3）/3=29：
1
答：
该塔回流比为29：
1
②已知：
回流比为20：
1，产品量3l/hor,求全回流量？
解：
按公式R=（P-D）/D
则20：
1=（x-3）/3
x-3=20×3
x=63l/hor
答：
全回流量为63l/hor。
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