怎样区分精馏中的三个组分？四氯化硅或三氯氢硅是怎样精馏的？

怎样区分精馏中的三个组分？四氯化硅或三氯氢硅是怎样精馏的？

四氯化硅或三氯氢硅合成炉出来的产物不是单一的四氯化硅或三氯氢硅，而是伴随有很多其他氯化物的混合物。为叙述方便，提纯时可以将其分成组分。怎样来分呢？ 

在四氯化硅里，这些伴随物的沸点，有比四氯化硅高的，也有比四氯化硅低的，提纯时可以将其分成三个组分。其中沸点低的（SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、BCl3、SiH4等）为B组分，四氯化硅的沸点居中为A组分，沸点高的（PCl3、CCl4、AlCl3、SbCl3、FeCl3、InCl3、PbCl2、NiCl2、CuCl、MgCl2、AgCl等）为C组分。 

在三氯氢硅里，这些伴随物的沸点同样有比三氯氢硅高的，也有比三氯氢硅低的，提纯时，把它看成三个组分，其中沸点低的（SiH2Cl2、SiH3Cl、BCl3、SiH4等）为B组分，三氯氢硅的沸点居中为A组分，沸点高的（SiCl4、PCl3、CCl4、AlCl3、SbCl3、FeCl3、InCl3、PbCl2、NiCl2、CuCl、MgCl2、AgCl等）为C组分。 

前面介绍过，蒸馏中混合物是由A、B双组分组成的，而从合成炉出来的四氯化硅和三氯氢硅都是由A、B、C三组分组成的。 

其实，三组分的精馏基本原理与双组分的精馏相同，也是根据混合物中各组分的沸点和挥发度不同，采用液体多次部分气化，蒸气多次部分冷凝的蒸馏法来分离的，只不过，三组分的精馏比双组分的精馏更为复杂，其方法分间断和连续两种。 

（1）间断精馏法　间断法精馏是分两次蒸馏。 

第一次，如图1所示，首先把从合成炉出来的由A、B、C三组分组成的四氯化硅或三氯氢硅装入精馏塔下部的塔釜里，然后给塔釜加温，开始蒸馏。这时，需要先把三组分看成两组分。三组分怎么来看成两组分呢？就是把三个组分中的两个组分合并为一个组分，一般是把A、C组分合并为一个组分，简称为混合组分，这样一来，原来的三个组分就成了混合和B两个组分。这样就可以按双组分来蒸馏。首先使塔釜温度升高至B组分的沸点以上，这时沸点低于此温度的B组分的所有物质就会开始沸腾，逐渐由液体变为蒸气，上升经过塔柱，进行多次蒸馏提纯后进入塔头。进入塔头的B组分蒸气经冷却，凝结为液体，从塔头排出。这样一来，B组分的物质就分离出来，塔釜中的四氯化硅或三氯氢硅就只含有A、C混合组分。 

图1　间断法除低沸点示意 

必须注意，从塔头排出的液体不是全部都取出，而还有一部分从回流口进入塔柱中，重新参加蒸馏提纯。这等于增加了这部分液体的蒸馏次数，对提高产品的质量非常有利。回流液量与馏出液量之比称为回流比。回流比越大，对提高产品的质量越有利。 

第二次，如图2所示，再继续为塔釜加温，使温度升高至A组分的沸点之上。同理，A组分也会逐渐由液体变为蒸气，并上升脱离开原来的混合物。上升的蒸气经过塔柱，进行多次蒸馏提纯后进入塔头凝结为液体，然后从塔头排出。把从塔头排出的A组分收集起来，就得到所要的四氯化硅或三氯氢硅。这时塔釜中留下的只有C组分，把塔釜中的C组分放掉，再重新加入由A、B、C三个组分组成的四氯化硅，就可以进行下一轮的蒸馏。 

图2　间断法除高沸点示意 

（2）连续精馏法　连续法精馏也是分两次蒸馏，不同的是，连续法精馏要用两个塔，每个塔负责完成一次蒸馏。连续法所用的两个塔是串联的。如图3所示，首先把从合成炉出来的由A、B、C三组分组成的四氯化硅或三氯氢硅连续不断地装入蒸发器1里。蒸发器1里有加热器，加热器把温度升高，使液态的四氯化硅或三氯氢硅（由A、B、C三组分组成）蒸发，变为气态，并上升，从第一个塔柱的中部充入第一个塔中。该塔柱的中上部温度保持在A组分的沸点左右。因为C组分的沸点高于塔柱中上部的温度，所以，C组分在塔柱中逐渐凝结为液体下降落于下层的填料或筛板上，形成液面层或雨水层（液体层）。这些凝结为液体的C组分中也混有少量的A、B两个组分的物质。物质从气态凝结为液体时要放出潜热。混在C组分中凝结为液体A、B两个组分的物质在与液体接触中就会获得一部分能量（热量），从而蒸发变为上升的蒸气。而液体会继续下降，落于下层的填料或下一层筛板上。这些下降的液体中还会混有极少部分的A、B两个组分的物质。这些A、B两个组分的液体同样会在下层的填料或下一层筛板上获得一部分能量（热量），从而蒸发变为上升的蒸气。就这样，下降的C组分被一步步地提纯，最终下降进入第一个塔釜，成为废液（高沸点）并连续不断地被排出。

图3　连续法示意 

1—蒸发器；2—再蒸器 

由于A、B两个组分的沸点都低于塔柱中上部的温度，因此，A、B两个组分仍然为气态，并继续上升。这上升的A、B两个组分也混有少量的C组分蒸气，在上升过程中消耗了一些自身的能量（热量），使得部分蒸气变成了下降的液体。这些液体像是空中凝成的雨，下降落在填料或筛板上形成了液面层或雨水层（液体层）。然后再顺填料表面或经过筛板上的小圆孔，一滴一滴地落向下一层筛板，与上升的蒸气形成对流。混在A、B两个组分中的C组分蒸气在与液体接触交换中失去能量（热量），重新凝结变成下降的液体。而填料或筛板上液体中的A、B两个组分物质获得能量（热量），而重新变成上升的蒸气脱离液面，从而又完成了一次蒸馏。蒸气继续上升，A、B两个组分的物质再继续完成下一次蒸馏。就这样，使A、B两个组分的物质一步步地被提纯。最终被提纯合格后的A、B两个组分的蒸气进入塔头凝结为液体，然后从塔头排出。从塔头排出的A、B两个组分的液体，向下流入再蒸器2中。 

该液体被再蒸器2加热，重新蒸发变为蒸气，并上升，从第二个塔柱的中部充入第二个塔中。第二个塔的中上部温度保持在A组分的沸点左右。由于B组分的沸点低于塔柱中上部的温度，因此，B组分在第二个塔的中上部仍然为蒸气，并继续上升。上升的蒸气中不仅有B组分，而且也含有少量的A组分。这上升的蒸气经过塔柱里的填料或一层层筛板，完成一次次蒸馏提纯后，进入塔头凝结为液体，该液体为废液（低沸点）并连续不断地从塔头排出。 

因为A组分的沸点高于塔柱中上部的温度，所以A组分在塔柱中凝结为下降的液体。这下降的液体，经过塔柱里的填料或一层层筛板，完成一次次蒸馏提纯后，下降进入第二个塔釜中，成为纯度合格的四氯化硅或三氯氢硅，并连续不断地被排出，作为原料送往氢还原工序，供制备多晶硅使用。