Modellierungen und Simulationen der Hydrochlorierung von Silizium zu Trichlorsilan für die Entwicklung eines technischen Wirbelschichtreaktors

Becker, Frank; Melin, Thomas

doi:26921

Modellierungen und Simulationen der Hydrochlorierung von Silizium zu Trichlorsilan für die Entwicklung eines technischen Wirbelschichtreaktors = Modeling and simulations of the hydrochlorination of silicon to trichlorosilane for the development of a technical fluidized bed reactor

Becker, Frank

2005 & 2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Frank Becker

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangVIII, 143 S. Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Prüfungsjahr: 2005. - Publikationsjahr: 2006

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Melin, Thomas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-07-11

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-13562
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62209/files/Becker_Frank.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Maschinenwesen (400000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Technische Chemie (frei) ; Gas-Feststoff-Reaktion (frei) ; Silicium (frei) ; Chlorsilane (frei) ; Wasserstoffmolekül (frei) ; Wirbelschichtreaktor (frei) ; Modell (frei) ; Reaktionsmechanismus (frei) ; Hydrodynamik (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 660

Kurzfassung
Es wurde das reaktionstechnische Modell eines Wirbelschichtreaktors für die Hydrochlorierung von Silizium zu Trichlorsilan entwickelt. Im Einzelnen wurde die Reaktion von metallurgischem Silizium mit Siliziumtetrachlorid und Wasserstoff, die Reaktion bei Zugabe von Kupferkatalysator und die Reaktion mit zusätzlichen Chlorwasserstoffanteilen untersucht. Hierfür wurden experimentelle Daten der Reaktionen in einem Festbett- und einem Wirbelschichtreaktor durch reaktionstechnische Modellierung und Simulationen ausgewertet. Zur Beschreibung der Kinetiken war ein Ansatz mit Berücksichtigung von Wechselwirkungen adsorbierter Spezies auf den katalytisch wirkenden Fremdmetallen am besten geeignet. Die katalytisch wirkenden Fremdmetalle desaktivierten während der Reaktionen. Der Einfluss der Hydrodynamik im Wirbelschichtreaktor war mit einem modifizierten Modell aus der Literatur beschreibbar. In den Wirbelbetten traten darüber hinaus unterschiedliche Morphologieänderungen der Siliziumpartikel und unterschiedliche Abriebseffekte auf. Mit dem entwickelten reaktionstechnischen Modell wurden Simulationen eines kontinuierlich betriebenen technischen Wirbelschichtreaktors durchgeführt. Die Umsetzung im technischen Reaktor wurde deutlich von der Form der Morphologieänderungen der Siliziumpartikel beeinflusst.

The model of a fluidized bed reactor for the hydrochlorination reaction of silicon to trichlorosilane was developed. In Detail, the reaction of metallurgical silicon with silicontetrachloride and hydrogen, the reaction with addition of a copper catalyst and the reaction with additional amounts of hydrogenchloride were examined. Therefore, experimental data of the reactions in a fixed bed and a fluidized bed reactor were analyzed by modeling and simulation. An equation considering interacting of adsorbed species on the catalytic metals fitted the kinetics best. During reactions the catalytic metals were deactivated. The influence of hydrodynamic in the fluidized bed reactor was described by a modified model from literature. Furthermore, different changes of particle morphology and different abrasion effects in the fluidized beds were present. With the developed reaction model simulations of a continuously operated technical fluidized bed reactor were performed. The technical reaction was strongly influenced by the way the particle morphology changed.

OpenAccess:
PDF
(additional files)