Проект цеха по производству мультикремния для солнечных элементов

Меры предосторожности при работе с токсичными и пожароопасными веществами. Работа с токсичными и пожароопасными веществами должна проводиться, как правило, в вытяжных шкафах. Работающий должен быть обеспечен спецодеждой (халатами), предохранительными перчатками и защитными очками. На месте работы необходимо иметь надлежащее противопожарное оборудование и средства (огнетушители, песок). Органические растворители в лаборатории держат в толстостенной стеклянной таре с притертой пробкой. Количество одновременно находящихся в лаборатории растворителей не должно превышать дневной нормы потребности лаборатории. Запасы растворителей следует хранить в специальном хранилище.

Меры предосторожности при работе с нагревательными приборами. Причиной ожога может стать прикосновение голыми руками к раскаленным или сильно нагретым предметам лабораторного оборудования и стеклянной посуде. Во избежание подобных травм при переносе нагретых стеклянных предметов необходимо пользоваться защитными перчатками и полотенцем и не прикасаться к нагревательным приборам.

Санитарно-гигиенические условия в рабочем помещении. Микроклиматические условия.

При описании микроклиматических условий указываются оптимальные и допустимые микроклиматические условия в лаборатории в соответствии с Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.4.548-96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений".

Санитарные правила устанавливают гигиенические требования к показателям микроклимата рабочих мест производственных помещений с учетом интенсивности энерготрат работающих, времени выполнения работы, периодов года и содержат требования к методам измерения и контроля микроклиматических условий.

Показателями, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются:

- температура воздуха;

- температура поверхностей;

- относительная влажность воздуха;

- скорость движения воздуха;

- интенсивность теплового облучения.

Категории работ разграничиваются на основе интенсивности энерготрат организма в ккал/ч (Вт). Производимая работа относится к категории Iб. К категории Iб относятся работы с интенсивностью энерготрат 121-150 ккал/ч (140-174 Вт), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением.

Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в табл.21 "Оптимальные нормы микроклимата в рабочей зоне производственных помещений", применительно к выполнению работ категории Iб в холодный и теплый периоды года.

Таблица 21. Оптимальные нормы микроклимата в рабочей зоне производственного помещения.

Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины.

Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 22. применительно к выполнению работ категории Iб в холодный и теплый периоды года.

Тепловая нагрузка среды (ТНС) - сочетанное действие на организм человека параметров микроклимата (температура, влажность, скорость движения воздуха, тепловое облучение), выраженное одночисловым показателем в °С.

Таблица 22. Допустимые нормы микроклимата в рабочей зоне производственных помещений.

Рекомендуемая величина интегрального показателя тепловой нагрузки среды (ТНС-индекса) для профилактики перегревания организма по СанПиН 2.2.4.548-96 для категории работ по уровню затрат Iб составляет 21,5-25,8?С.

Оптимальные величины показателей микроклимата соблюдены на рабочем месте производственного помещения, на котором выполняются работы по выполнению экспериментальной работы инженерного диплома.

Расчёт освещённости.

Одним из основных факторов, обеспечивающих здоровый, безопасный и высокопроизводительный труд, является правильное и рациональное освещение рабочих мест. Во всех случаях, когда не хватает естественного освещения, прибегают к использованию искусственного, которое осуществляется при помощи ламп дневного освещения.

В помещении предусматривается совмещенное освещение, которое включает в себя естественное и искусственное. Естественное освещение - боковое. Искусственное освещение выполнено люминесцентными лампами.

Для расчета освещенности помещения Е (лк) следует использовать выражение :

, где: (22)

F - световой поток одной лампы, лм; определяется в зависимости от напряжения питания и мощности ламп;

n - количество ламп в помещении; n=24;

з - коэффициент использования светового потока, доли единицы; для различных типов светильников в зависимости от с_с и с_п и индекса помещения i ;

S - площадь пола помещения, 38 м²;

K - коэффициент запаса освещенности, учитывающий падение напряжения в электрической сети, изношенность и загрязненность ламп, светильников, стен помещения и т.д.; принимается равным 1,5;

z - поправочный коэффициент светильника, учитывающий неравномерность освещения, имеющий значения z = 1,15 ? 1,20 - для газоразрядных ламп;

с_с и с_п - коэффициенты отражения стен и потолка; _с=50%, _п=70%.

Индекс помещения рассчитывается по формуле:

, где (23)

А и В - длина и ширина помещения, м;

Н_р - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью (расстояние от светильника до рабочей поверхности), 3 м.

Для удобства обслуживания высоту подвеса светильников не следует принимать более 4-5м. Свес светильников с потолка принимается 0,5- 0,7м, но не более 1,5м, высота рабочей поверхности над полом обычно составляет 0,8м.

Световой поток F люминесцентной лампы ЛБ-40 (Л - люминесцентная; Б - белого цвета; 40 - мощность, Вт) по ГОСТ 6825-91 равно 3200 лм. Количество ламп в помещении 24.

При i=1,0 =43, следовательно:

Е=3200·24·0,43/38·1,5·1,2 = 480 лк.

Общая освещенность 480 лк. Условия освещенности в рабочем помещении представлены в таблице 23.

Таблица 23. Условия освещенности в рабочем помещении:

Согласно СНиП 23-05-95, норма освещённости на рабочей поверхности не может быть ниже 300 лк. По данным расчета искусственного освещения достаточно для проведения работ или производственного обучения.

Рассмотрены пожароопасные свойства веществ и материалов, используемых и получаемых в процессе выполнения работы. Приведены средства пожаротушения и меры безопасности при работе с данными веществами. Определена категория помещения по взрывопожарной и пожарной безопасности, исходя из расчетов, цех относится к категории А. Расчеты велись по наиболее взрывопожароопасному веществу - изопропиловому спирту. Также рассмотрены характеристики токсичных веществ, приведены меры и средства первой помощи при воздействии на организм, описан характер воздействия, определен класс опасности. Рассмотрены меры безопасности при работе с электроустановками и меры по предотвращению электротравм. Приведена классификация рабочего помещения по опасности поражения людей электрическим током. Цех относится к помещениям без повышенной опасности. Представлен анализ потенциальных опасностей и вредностей при выполнении работ. Анализ технологических операций показал, что операция плазмохимической чистки является наиболее опасной. Предложены меры для обеспечения безопасности проведения операций. Определены санитарно-гигиенические условия в рабочем помещении, микроклиматические условия соответствуют оптимальным нормам климата в рабочей зоне. Совместное освещение, используемое в цехе, достаточно для проведения работ.

Экология производства.

Состояние экологии - одна из важнейших проблем современности. В результате своей жизнедеятельности человечество постоянно нарушает экологический баланс, происходит это при добыче полезных ископаемых, при производстве материальных и энергетических средств. Усугубляет ситуацию и то, что значительная доля загрязняющих веществ и СО выбрасывается в атмосферу в процессе эксплуатации двигателями внутреннего сгорания, применяемыми во всех сферах нашей жизни.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы.

В странах ЕЭС на долю промышленности и энергопроизводства приходится до 30% выбросов оксида углерода, до 50 % - оксида азота, до 55% - углеводородов, и это при жестких экологических требованиях к транспорту и применяемым топливам.

Применение ФЭС коренным образом изменит ситуацию, так как в самом принципе преобразования солнечной энергии заложено условие экологической безопасности.

Экологический анализ дипломной работы

Предупреждению нежелательных и необратимых нарушений характеристик окружающей среды может способствовать только комплексный подход в решении экологических проблем. По видам вредных воздействий на природную среду и человека выделяют токсичные, радиоактивные, пожаро- взрывоопасные, коррозионно-активные (агрессивные) и отходы, вызывающие инфекционные заболевания. Отнесение отходов к классу опасности для окружающей среды (ОС) может осуществляться расчетным или экспериментальным методами. В дипломной работе используем только расчетный метод. Класс опасности отходов для ОС определяется на основании показателя (К), характеризующего степень опасности отхода при его воздействии на ОС, рассчитанного по сумме показателей опасности веществ, составляющих отход (компоненты отхода), для ОС. Показатель степени опасности отхода К для ОС рассчитывают по следующей формуле:

, где (24)

- показатели степени опасности отдельных компонентов отхода для ОС.

Показатель степени опасности i-того компонента отхода для ОС K_i рассчитывается по формуле:

, где (25)

С_i - концентрация i-того компонента в отходе, мг/кг отхода;

W_i - коэффициент степени опасности i-того компонента отхода, который представляет собой условный показатель, численно равный количеству компонента отхода, ниже значения которого он не оказывает негативных воздействий на ОС.

Размерность коэффициента степени опасности для ОС условно принимается как мг/кг.

Коэффициент W_i, рассчитывается по значению его логарифма по одной из следующих формул:

при 1? Z_i ? 2;

при 2 < Z_i ? 4;

при 4 < Z_i ? 5, где

Z_i - вспомогательный показатель, определяемый по формуле:

, где (26)

X_i - относительный параметр опасности компонента отхода для ОС, который определяется как среднее арифметическое баллов степени опасности для ОС в различных природных средах. Значения параметра опасности компонентов отхода представлены в таблице 24.

Таблица 24. Относительный параметр опасности компонента отхода на окружающую среду.

Значения вспомогательного показателя Z_i, коэффициента степени опасности W_i и другие расчетные данные, необходимые для расчета показателя степени опасности по каждому веществу K_i приведены в табл.25.

Таблица 25. Результаты расчета коэффициента степени опасности.

Рассчитываем показатель степени опасности отхода, суммируя показатели степени опасности отдельных компонентов отхода:

K = 30+1,4+0,0094=31,4

Анализируя данный показатель и делая вывод из того, что данная степень попадает в диапазон значений 10<K<10², говорит о том, что класс опасности отхода IV. Степень вредного воздействия опасных отходов на окружающую среду низкая.

Средства обезвреживания отходов

Одним из основных способов снижения воздействия промышленного производства на воздушную среду является повышение эффективности очистки и обезвреживания выбросов.

Для улавливания газообразных отходов применяются следующие методы:

- пылеулавливание (существует две основных системы пылеулавливания техническая, для технических целей и санитарная для защиты воздушного бассейна от загрязнения вредными химическими веществами);

- газоочистка, т.е. процесс очистки газов от газообразных примесей.

- доокисление.

- для кислот применяют нейтрализацию, а для всех растворителей, разбавление перед сливом и перегонку.

В результате проведённых исследований, были получены отходы, класс опасности которых, на основании полученных расчётов составил К = 31,4, следовательно, класс опасности отходов для окружающей среды - IV. Степень вредного воздействия на окружающую среду низкая. Также предложены меры по снижению вредного воздействия отходов на окружающую среду.

Выводы

1. Рассмотрены принцип работы солнечного элемента и требования, предъявляемые к материалу для его создания. Обоснован выбор мультикремния как материала для солнечных элементов.

2. Описаны физико-химические аспекты выращивания мультикристаллического кремния. Дано сравнение технологических процессов получения мультикремния методом водородного восстановления и методом карботермического восстановления. Показана целесообразность применения процесса карботермического восстанвления при получении кремния для солнечной энергетики.

3. Разработана технологическая схема получения мультикристаллического солнечного кремния. Выявлены состав основного и вспомогательного оборудования и перечень исходных материалов, необходимых для производства.

4. Проведен расчет материального баланса и состава оборудования, обеспечивающего производство солнечного кремния объемом 12 тонн в год.

5. Разработана технологическая планировка цеха по производству солнечного кремния с заданным годовым объёмом и спецификация к ней.

6. Проведен расчет экономических показателей цеха, установлено, что себестоимость выпускаемой продукции находится в пределах рентабельности.

7. Разработаны мероприятия по охране труда и экологической безопасности производства.

Литература

1. Толмачев В.В. Квантовая физика полупроводников. - М.: Эликс, 2007. 83 с.

2. Мейтин И.И. Пусть всегда будет солнце. - 2011.

3. Фалькевич Э.С., Пульнер Э.О., Червоный И.Ф. и др. Технология полупроводникового кремния. - М.: Металлургия, 2002. 408с.

4. Для приготовления шихты полупроводниковых материалов по приготовлению и легированию загрузок: рабочая инструкция. / №09-4/13, 2009.

5. Бельский С.С. Совершенствование процессов рафинирования при получении кремния высокой чистоты: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - Иркутск, 2009. 16 с.

6. Потолоков Н.А., Решетников Н.М., Кутовой И.С. и др. Промышленное производство мультикристаллов: проблемы, перспективы // Сб. Тезисы докладов VII Международной конференции по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "Кремний-2010" - Н.Новгород, 6-9 июля 2010. С. 70.

7. Абдюханов И.М. Технологии производства металлургического кремния повышенной чистоты для наземной фотоэнергетики, 2007.

8. Бевз В. Е., Данилейко Н. Н., Войчук Ф. С. Устройство для выращивания монокристаллов кремния: патент № 4533700 / 98-43/26, а.с. 327429 СССР, МПК С 30 В 15/00 - Заявл. 30.07.90

9. Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых сплавов. - М.: Металлургия, 1992.

10. Наумов А. В. Рынок солнечной энергетики: кризис электронной техники, 2009. № 2 (46). С. 8-12.

11. Наумов А. В. Современное состояние рынка поликристаллического кремния нанометровых структур и приборов на его основе // Сб. Тезисы докладов VII Международной конференции по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "Кремний-2010" - Н.Новгород, 6-9 июля 2010. С. 58.

12. Кузнецов Ф. А., Резниченко М.Ф. Перспективы развития солнечной электроэнергетики. Роль Азии. С. 80.

13. Бельский С. С. Совершенствование процессов рафинирования при карботермическом получении кремния высокой чистоты: автореф. дисс. канд. техн. наук. - Иркутск, 2009. 16 с.

14. Химическая энциклопедия. В 5 т. / Под ред. И.Л. Кнунянца -- М.: Советская энциклопедия, 1990. Т. 2. 671 с.

15. Ulset T. Update on Elkem Solar grade silicon production and application experien // PHOTON's 8th Solar Silicon Conference - Stuttgart, 2010.

16. Johnson R. Calisolar. Solar Cells Based on Smart Silicon // Silicon Conference - Stuttgart, 2010.

17. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Химические свойства неорганических веществ: учебник для вузов. - М.: Химия, 2000. 480 с.

18. Попов С.И. Металлургия кремния в трехфазных руднотермических печах // Иркутск, 2004. 237 с.

19. Технология полупроводникового кремния / Под ред. Э.С. Фалькевича - М.: Металлургия, 1992. 408 с.

20. Немчинова Н.В., Клёц В.Э., Непомнящих А.И. // Фундаментальные ис-

Следования, 2006. №12. С. 13.

21. Fujiwara K., Obinata Y., Ujihara T., Usami N., et al. // J. Crystal Growth, 2004.Vol. 266. P. 441.

22. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии: пер. с англ. - М.: Мир, 1984. 475 с.

23. Бельский С.С., Немчинова Н.В., Красин Б.А. // Современные наукоемкие технологии, 2006. №8. С. 21.

24. Крестовников А.Н., Вигдорович В.Н. Химическая термодинамика - М.: Металлургиздат, 1962. 280 с.

25. Красин Б.А., Непомнящих А.И., Немчинова Н.В., Рожкова С.М. // Матер. 3 Российской научно-технической конференции "Физические свойства металлов и сплавов" - Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2006. С. 161.

26. Васильева И.Е., Шабанова Е.В., Сокольникова Ю.В. и др. Комплекс методов определения примесей в мультикремнии и продуктах его производства // Аналитика и контроль, 2001. Т.5. №1. С.24.

27. Красин Б.А., Непомнящих А.И., Немчинова Н.В., Красин И.Б. // Матер. научно-практической конференции "Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств" - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. С.45.

28. Пшеничнов Ю.П. Выявление тонкой структуры кристаллов: справочник. - М.: Металлургия, 1974. 528 с.

29. Немчинова Н.В. // Вестник ИрГТУ, 2007. № 2 (30). Т.1. С. 30.

30. Кузнецов Ф. А. Перспективы развития солнечной электроэнергетики. Роль Азии / Ф. А. Кузнецов, М. Ф. Резниченко - Там же.

31. T. Buonassisi, A. A. Istratov, M. D. Pickett. Metal precipitation and grain boundaries in silicon: Depedence on grain boundary character and dislocation decoration //Appl. Phys. Lett, 2006. Vol. 89. P. 97-102.

32.Кведер В.В. Инженерия дефектов в кремнии для фотовольтаики // Тез. докл. - С. 49.

33. Seibt M., Sattler A., Rudolf C. Gettering in Silicon Photovoltaics: Current State and Future Perspectives // Phys. Stat. Sol. (a)., 2006. Vol. 203. P. 696-699.

34. Быткин С. В. Сравнительный анализ электрофизических параметров монокристаллов кремния, подвергнутых длительному хранению при 300 К / / Сб. тезисов VI Международной конференции и V Школы молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "Кремний-2009" - Новосибирск, 7-10 июля 2009. С. 54-56.

35. Критская Т. В. Особенности технологий фотоэлектрических преобразователей на основе кристаллического кремния // Сб. тезисов VII Международной конференции по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "Кремний-2010" - Н.Новгород, 6-9 июля 2010. С. 64.

солнечный кремний карботермический водородный

Размещено на Allbest.ru