Da entrada de água à cristalização: uma análise completa do processo do evaporador MVR.

Os evaporadores MVR (Recompressão Mecânica de Vapor) são equipamentos essenciais para o tratamento de efluentes industriais com "descarte zero", e seu fluxo de processo abrange todo o processo, desde a alimentação com água bruta até a cristalização final. Do ponto de vista da prática de engenharia, a seguinte análise sistemática de todo o processo do evaporador MVR ajuda a compreender seu mecanismo de tratamento eficiente, econômico em termos de energia e uso eficiente de recursos.

I. Etapa de entrada e pré-tratamento

Coleta e tratamento de água bruta

Águas residuais contendo óleo, águas residuais com alta salinidade e outras águas brutas entram primeiro no tanque de condicionamento para equilibrar a qualidade e a quantidade da água, evitando sobrecargas.

Pré-tratamento em múltiplos estágios

• Remoção física: Peneiramento, remoção de areia, separação de óleo, etc., para remover sólidos suspensos grandes e gotículas de óleo.

• Amolecimento e remoção de dureza: A precipitação por reação química remove os íons de cálcio e magnésio, reduzindo o risco de incrustações.

• Filtração: Filtração multimídia, ultrafiltração/microfiltração, etc., removem ainda mais sólidos suspensos finos e coloides.

• Oxidação ou adsorção avançadas: Para matéria orgânica recalcitrante, podem ser selecionadas a oxidação de Fenton, a oxidação com ozônio ou a adsorção em carvão ativado.

• Adsorção em resina/troca iônica: Utilizada para remover metais pesados específicos ou íons nocivos.

• Objetivo: Garantir a qualidade da água de entrada e reduzir problemas de incrustação, entupimento e corrosão nos evaporadores subsequentes.

II. Estágio de evaporação e concentração do MVR

Alimentação e pré-aquecimento: As águas residuais pré-tratadas são bombeadas para o evaporador MVR. No pré-aquecedor, elas passam por um pré-aquecimento em múltiplos estágios, utilizando o calor residual do sistema (como condensado ou vapor secundário), reduzindo o consumo de energia na evaporação.

Processo principal do evaporador

• Aquecimento e Evaporação: Após o pré-aquecimento, as águas residuais entram na câmara de aquecimento do evaporador, onde trocam calor com vapor de alta temperatura através das paredes dos tubos de troca de calor. As águas residuais fervem, a água evapora e vapor secundário é gerado.

• Separação Líquido-Vácuo: A mistura vapor-líquido evaporada entra no separador para separar o vapor do concentrado. O vapor entra no compressor, enquanto parte do concentrado é reciclada e parte entra no próximo ciclo para evaporação adicional.

• Recompressão a vácuo: O vapor secundário é pressurizado e aquecido pelo compressor. Após o aumento de sua entalpia, ele é reciclado como vapor de aquecimento, reduzindo significativamente o consumo de energia externa.

• Sinergia entre circulação forçada e evaporação em película descendente: Para materiais com alta concentração de sal, uma bomba de circulação forçada é frequentemente utilizada para manter um fluxo de alta velocidade e evitar incrustações e entupimentos. A evaporação em película descendente é utilizada para materiais sensíveis ao calor, garantindo uma evaporação suave.

Tratamento de condensado

A condensação do vapor produz água destilada que, após resfriamento, pode ser reutilizada em processos de produção ou descartada em conformidade com as normas. A qualidade da água condensada é excelente, com níveis de DQO (Demanda Química de Oxigênio) e salinidade normalmente muito abaixo dos padrões de descarte.

III. Estágio de Concentração Profunda e Cristalização

Supersaturação e Nucleação de Cristais

Com a evaporação e a concentração, o teor de sal nas águas residuais atinge a supersaturação e minúsculos cristais começam a precipitar espontaneamente.

Crescimento e controle de cristais

São utilizados cristalizadores Oplo e DTB, e a temperatura, a velocidade de agitação e o tempo de residência são controlados para garantir o crescimento contínuo dos cristais até um tamanho de partícula adequado.

Alguns processos empregam "separação por turbidez clara" ou "cristalização em etapas" para obter a separação seletiva e a recuperação de alta qualidade de diferentes sais.

Separação Sólido-Líquido

A suspensão cristalizada entra em uma centrífuga ou filtro para obter uma separação eficiente dos cristais e da solução-mãe.

A solução-mãe pode ser reciclada e retornada à etapa anterior para maior concentração ou ao evaporador para tratamento adicional, enquanto os cristais seguem para a próxima etapa de secagem.

IV. Processamento do produto e recuperação de recursos

Secagem e embalagem de cristais

Os cristais separados são secos em um secador para remover a umidade da superfície, resultando em produtos de sal seco, que são então embalados, armazenados ou vendidos.

O sal pode ser recuperado na forma de cloreto de sódio e sulfato de sódio de grau industrial, transformando resíduos em recursos valiosos.

Recuperação de substâncias valiosas: Águas residuais contendo metais pesados podem recuperar metais como níquel e cromo; águas residuais contendo matéria orgânica podem recuperar solventes orgânicos, melhorando a eficiência econômica.

Reutilização da solução-mãe e tratamento final: A solução-mãe é reciclada e retorna ao sistema de evaporação, minimizando o volume de líquido residual. Alguns líquidos residuais de difícil tratamento podem ser solidificados, alcançando o verdadeiro "descarte zero".

V. Controle automatizado e manutenção online: 

Automação completa do processo

Utilizando um sistema PLC/DCS, é possível realizar o monitoramento em tempo real e o ajuste automático de parâmetros como temperatura, pressão, nível de líquido e vazão, garantindo uma operação estável.

Limpeza online (CIP) e manutenção preventiva

A limpeza automática regular das superfícies de troca de calor, o monitoramento dinâmico das tendências de incrustação e o ajuste oportuno dos parâmetros de operação prolongam o ciclo de funcionamento contínuo do equipamento.

Gestão de Dados e Trabalho Remoto 

Operação e Manutenção: Suporta registro, análise e monitoramento remoto de dados, permitindo alertas antecipados inteligentes e operação otimizada.

VI. Análise de Processo de Caso Típico

• Tratamento de água produzida em campos petrolíferos

Pré-tratamento (separação de óleo, amolecimento, filtração) → Evaporação e concentração MVR → Cristalização de sal → Separação centrífuga → Secagem e recuperação de sal, reutilização da água destilada.

Descarte zero de efluentes de galvanoplastia com alta salinidade. Pré-tratamento para remoção de metais pesados → Evaporação MVR → Cristalização em etapas → Recuperação de metais pesados e sais, reutilização da solução-mãe, reutilização de 100% dos efluentes.

• Tratamento de efluentes orgânicos da indústria farmacêutica

Pré-tratamento (oxidação avançada, adsorção em resina) → Evaporação a baixa temperatura por MVR → Recuperação de solventes orgânicos e cristalização de sais, reutilização de água destilada.

VII. Pontos-chave e desafios da otimização de processos

O pré-tratamento é crucial, reduzindo significativamente o risco de incrustações e entupimentos.

Os processos de evaporação e cristalização precisam ser projetados de forma flexível, levando em consideração a qualidade da água, e equilibrando a economia de energia e a recuperação de recursos.

A automação, a operação inteligente e a manutenção eficiente melhoram a estabilidade operacional e a economia.

Para lidar com desafios como a elevação do ponto de ebulição e a alta corrosividade, são empregados circulação forçada, materiais resistentes à corrosão e compressão em múltiplos estágios.

Em conclusão, o processo de evaporação MVR, que engloba o pré-tratamento do efluente, a evaporação e concentração, a separação por cristalização e a recuperação de recursos, alcança uma purificação eficiente de águas residuais e uma utilização otimizada de recursos, representando um caminho tecnológico crucial para a indústria com "emissões zero" e para uma economia circular. O projeto científico do processo e a gestão inteligente da operação e manutenção ajudarão as empresas a economizar energia, reduzir custos e aumentar a eficiência, promovendo um desenvolvimento verde, de baixo carbono e sustentável.