Diseño y Control de una Columna de Destilación Reactiva Multitarea para la Purificación de Silano, Diclorosilano y Monoclorosilano

Abstract

Las energías renovables, como la energía fotovoltaica, representan una fuente de energía inagotable que puede promover la autosuficiencia nacional y social, y al mismo tiempo reducir el impacto ambiental. En las últimas décadas, la producción de celdas solares, junto con las tecnologías asociadas se ha convertido en temas de investigación importantes en el campo de la ingeniería química, debido a la creciente aplicación de la energía solar. La fabricación de celdas solares se basa en el silicio de grado solar, que se puede obtener por descomposición proporcional del triclorosilano a silano. El costo de producción de este componente es altamente dependiente de las purezas requeridas. Se presenta la propuesta de un diseño conceptual de una columna de destilación reactiva (DR) multitarea para la producción de silano de alta pureza, así como de monoclorosilano y diclorosilano. Estos últimos también siendo productos de gran interés comercial e industrial en el sector energético. También se fijó como objetivo la calendarización de las condiciones de operación para garantizar su óptimo desempeño dinámico. Se utilizaron estrategias de intensificación de procesos, para generar un diseño de bajo costo de operación, asumiendo como objetivos la recuperación de los tres productos de interés, así como el impacto ambiental. Se ha demostrado que es factible obtener un diseño único multitarea, en el cual se obtienen los tres productos de interés en el domo de la columna, esto variando condiciones de operación como los son el reflujo y la carga térmica de tal manera que se mantenga la controlabilidad del sistema. Se logró obtener purezas de 99.5% para los tres productos y una conversión completa de triclorosilano a silano por medio de una columna de destilación reactiva. En este trabajo, también se evaluaron las propiedades de control de la citada columna. Varias estrategias de control se estudiaron con la finalidad de definir el mejor comportamiento dinámico que permite hacer el cambio de un producto a otro y por lo tanto garantizar la obtención de los tres productos en la misma columna. Con el fin de observar el comportamiento dinámico de la columna de destilación reactiva multitarea, este sistema fue sometido a diversas estrategias de control: temperatura, composición y en cascada (temperatura / composición). Los resultados del control muestran que la estructura de control en temperatura es la mejor configuración, pues proporciona ventajas dinámicas, así como ventajas técnicas en la operación industrial, esto con la finalidad concretar el cambio de un producto a otro con dicha estructura de control.