一种高纯盐酸的亚沸蒸馏方法

摘要

本发明涉及一种高纯盐酸的亚沸蒸馏方法，以来自氟碳烷烃生产装置的盐酸为原料，在指定的亚沸蒸馏装置中进行膜式蒸馏操作，控制预热温度、加热温度、冷凝温度以及循环流量等工艺参数，制备浓度大于35.0%，金属离子含量小于1ppb的高纯盐酸，其金属离子的指标满足国际半导体设备与材料组织（SEMI）提出的Semi-C8标准。本发明可以解决超净高纯盐酸中金属离子去除这一问题，同时有效提高蒸馏速率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯盐酸的亚沸蒸馏方法。

背景技术

超净高纯试剂(Process Chemicals)是微电子工业、特别是超大规模集成电路制作过程中 的关键性基础化工材料之一，主要用于芯片的清洗和腐蚀，其纯度和洁净度对集成电路的成 品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。超净高纯盐酸是超净试剂中需求较大的一种， 是一种附加值较高的产品。

超净高纯试剂的提纯技术有以下几种：蒸馏与精馏、等温蒸馏、亚沸蒸馏、减压蒸馏、 升华、化学处理技术、气体吸收技术、颗粒控制技术等。超净高纯盐酸的控制指标涉及多项 内容，包括浓度、色度、有机杂质、游离氯含量、酸根离子含量、金属离子含量、颗粒度等。 截至目前，没有任何一种提纯技术的效果能够同时满足众多的指标要求，往往是多种提纯技 术的综合利用，方能达到目的。就金属离子的去除而言，一般采取亚沸蒸馏的方法。

传统的亚沸蒸馏装置一般由高纯石英材料或氟聚合材料制成，其结构为在两端封闭的大 石英管内斜插一冷凝管，下面绕有一U型石英管，管内有电炉丝作为加热器，加热器不直接 加热液体，依靠辐射加热液体表面。蒸馏器下部有三个小孔，分别作为供料、溢流和收集蒸 馏液用。这种亚沸蒸馏的方法其蒸发面较小，蒸发速率较慢，能源利用率较低。有文献报道， 以传统型亚沸蒸馏器精制硝酸，在150W的加热功率下，8小时才能制备约200毫升精制硝 酸；在400W的加热功率下，8小时能制备约1200毫升高纯水，这主要是受加热方式和蒸发 方式的限制。

其它的相关技术如：CN102874757A公开了一种高纯盐酸的制备方法，使用工业盐酸为 原料，通过蒸发、超滤、吸收、亚沸蒸馏等工艺处理，制备满足HG/T2778-2009行业标准的 高纯盐酸；河南化工【2010，27(7)，61-62】的方法通过对工业盐酸制备装置进行工艺改进， 制备的工业盐酸浓度大于36.0％，Fe小于3mg/L；上海氯碱化工【2006，(1)，13-17】对传 统亚沸蒸馏的工艺进行研究优化，制备的盐酸浓度可达36-38％，金属离子含量小于0.1ppb， 达到了国际半导体设备与材料组织(SEMI)提出的Semi-C12标准，但蒸馏速率较慢，只能 达到150-200毫升/小时。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高纯盐酸的亚沸蒸馏方法。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高纯盐酸的亚沸蒸馏方法，所述亚沸蒸馏方法为将来自氟碳烷烃生产装置的盐酸经 过预热器预热后进入蒸馏器，在所述蒸馏器中进行降膜式蒸发，蒸发后的蒸汽在所述蒸馏器 内经冷凝后收集得到高纯盐酸，未被蒸发的液体通过循环泵泵入到所述预热器中，其中，所 述蒸馏器包括具有加热夹套的釜体、设置在所述釜体顶部的封头、设置在所述釜体内的用于 冷凝所述蒸汽的冷凝器、设置在所述釜体内并位于所述冷凝器下方的集液器及靠近所述釜体 内侧壁设置的布膜器，所述布膜器上靠近所述釜体内侧壁的一侧开设有多个出料孔，所述预 热器的物料进入到所述布膜器内，再经过所述出料孔喷射到所述釜体内侧壁成膜流下；所述 高纯盐酸的浓度大于35.0％，所述高纯盐酸中金属离子含量小于1ppb，所述预热器的预热温 度为55～65℃；所述蒸馏器的加热温度为65～75℃。

所述布膜器为沿所述釜体圆周方向环绕的环形管，所述环形管的靠近所述釜体内侧壁的 一侧与所述釜体内侧壁的间隙为1～10mm。

多个所述出料孔在所述环形管上沿所述环形管的长度方向均匀分布。

所述布膜器位于所述加热夹套的上方并靠近所述加热夹套设置。

所述冷凝器与所述封头相连，并且所述冷凝器的冷却介质进口管和出口管均穿过所述封 头而伸出所述釜体外；所述集液器与所述釜体的底部相连，所述集液器的出料管穿过所述釜 体的底部而伸出所述釜体外。

所述集液器的集液口位于所述冷凝器的正下方，所述集液器的集液口的横截面面积大于 所述冷凝器的横截面面积。

所述冷凝器的冷却温度为0～15℃。

所述循环泵的流量为0.06×S～0.3×S、单位为m³/h，其中，S为所述蒸馏器的蒸发面积、 单位为m²。所述蒸馏器的蒸发面积为所述釜体的内侧壁的面积。

为了保证产品的浓度及防止在釜体内侧壁上结垢，要求所述来自氟碳烷烃生产装置的盐 酸的浓度大于33.0％，所述来自氟碳烷烃生产装置的盐酸中的金属离子含量小于200mg/L。

由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的方法中物料在蒸馏器内以动态成膜的形式蒸发，能够显著增加其蒸发面积，加 速其蒸汽挥发，加速蒸发速率，同时在蒸馏器内收集蒸发后的料液。采用本发明方法制备的 高纯盐酸的浓度大于35.0％，其金属离子含量小于1ppb，金属离子的指标满足国际半导体设 备与材料组织(SEMI)提出的Semi-C8标准。

说明书附图

图1为本发明的亚沸蒸馏方法的工艺流程图；

图2为本发明的亚沸蒸馏方法中的蒸馏器的局部剖面图；

图中：1、预热器；2、循环泵；3、进料管；4、冷凝器；5、封头；6、布膜器；7、釜体； 8、加热夹套；9、集液器；10、出料孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以 下实施例。

如图1～2所示，本发明的亚沸蒸馏方法的工艺流程图，物料经过预热器1 预热后进入蒸馏器，在蒸馏器中进行降膜式蒸发，蒸发后的蒸汽在蒸馏器内经 冷凝后收集得到高纯盐酸，未被蒸发的液体通过循环泵2泵入到预热器1中循 环。

该蒸馏器包括具有加热夹套8的釜体7、设置在釜体7顶部的封头5、设置 在釜体7内的用于冷凝蒸汽的冷凝器4及设置在釜体7内并位于冷凝器4下方 的集液器9，该蒸馏器还包括靠近釜体7内侧壁设置的布膜器6，布膜器6上靠 近釜体7内侧壁的一侧开设有多个出料孔10，预热器1的物料进入到布膜器6 内，再经过出料孔10喷射到釜体7内侧壁成膜流下。封头5与釜体7之间通过 法兰或磨口连接。

布膜器6为沿釜体7圆周方向环绕的环形管，环形管的靠近釜体7内侧壁 的一侧与釜体7内侧壁的间隙为1-10mm。多个出料孔10在环形管上沿环形管 的长度方向均匀分布。出料孔10的大小和分布满足均匀布膜要求。布膜器6的 设置位于加热夹套8的上方并靠近加热夹套8设置。

冷凝器4与封头5相连，并且冷凝器4的冷却介质进口管和出口管均穿过 封头而伸出釜体7外，具体地，冷凝器4可以双螺旋盘管式冷凝器；集液器9 与釜体7的底部相连，并且集液器9的出料管穿过釜体7的底部而伸出釜体7 外，具体地，集液器9可以为三角漏斗形式。

具体地，集液器9位于冷凝器4的正下方，而且集液器9的集液口的横截 面面积大于冷凝器4的横截面面积。

下面通过具体实施例对本发明的亚沸蒸馏方法作进一步说明。

实施例1～7

原料盐酸采用来自氟碳烷烃生产装置的盐酸，采用的蒸馏器的釜体7内径 D＝500mm，加热夹套8的高度H＝800mm，釜体7内侧壁的表面积为S＝1.256m²， 釜体7内侧壁的表面积即为蒸发面积。控制相关工艺参数，在有馏分采出后， 前2小时的收集液单独收集，之后的作为正式产品。相关的实施数据见下表1：

表1

从上表中数据可以看出，加热温度、冷凝温度、循环量对于产品盐酸的质 量以及流量均有较大影响，在本发明的实施工艺参数以内进行操作，能够满足 盐酸浓度大于35.0％以及金属离子小于1ppb的要求。

本发明的亚沸蒸馏方法能够同时解决亚沸中产品质量控制与蒸发速度之间 的矛盾，如：

(1)通过精确控制物料的预热温度及加热温度，满足亚沸蒸馏的高产品质 量，其中，预热温度为预热器1的热源温度、加热温度为加热夹套8的热源温 度，具体控制，预热器1内热源的温度小于加热夹套8内的热源的温度，并且控制热源 温度的波动不超过0.5℃。

(2)通过在装有冷凝器和集液器的釜体内增加布膜器，使得物料在釜体内以动态成膜 的形式蒸发，能够显著增加其蒸发面积，加速其蒸汽挥发，加快蒸发速率。

(3)通过冷凝器4的双螺旋盘管的设计以及冷却介质温度控制，显著增加 冷凝面积，加速其蒸汽冷凝，增加冷凝速率，控制冷却介质温度的波动不超过 0.5℃。

(4)通过增加循环泵2的设置使得物料的循环，节省能源，提高能源利用 效率，循环泵2的流量应准确，且能根据具体的应用情况加以调整。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的 内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根 据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。