Um evaporador MVR de 3 t/h para águas residuais de galvanoplastia de uma fábrica de produtos metálicos.

I. Contexto do Projeto 

O cliente é um parque industrial de galvanoplastia que descarta 220 m³ de efluentes de enxágue diariamente. A qualidade desses efluentes é a seguinte: Ni²⁺ 1800 mg/L, Cr³⁺ 600 mg/L, SO₄²⁻ 12000 mg/L, Cl⁻ 3500 mg/L, DQO 400 mg/L e condutividade 65 mS/cm. O processo original de "precipitação química + filtração em areia + osmose reversa" produzia 30 m³/d de efluentes concentrados contendo metais pesados, com custos de terceirização de até 480 RMB/ton, além do desperdício de níquel e cromo. Em 2024, a empresa iniciou um projeto de modernização tecnológica com o objetivo de "descarte zero". Nossa empresa forneceu um evaporador MVR com capacidade de evaporação de 3 t/h para tratamento de efluentes de galvanoplastia, sob o modelo EPC (Engenharia, Suprimentos e Construção). O projeto foi iniciado com sucesso em fevereiro de 2025 e está em funcionamento contínuo há mais de 6.500 horas até o momento, atingindo uma taxa de recuperação de metais pesados de ≥98%, concretizando os objetivos de zero descarga de águas residuais e recuperação de alto valor de sais metálicos.

II. Rota do Processo

1. Características do Afluente

Elevação do ponto de ebulição Δb = 12℃ (25℃ contendo NiSO₄ + Cr₂(SO₄)₃, 70kPa·A)

Supersaturação crítica ΔCmax = 4 g/L, propensa à formação de cristais finos de NiSO₄·6H₂O

Contém F⁻, NO₃⁻ e uma pequena quantidade de abrilhantador, representando um risco de corrosão por frestas em materiais de titânio.

2. Resumo do Processo

Água de enxágue → Tanque de equalização (pH 3,0) → Microfiltração tubular (0,1 μm, para remover...) (Remoção de sólidos em suspensão e coloides) → Troca iônica quelante (Ni²⁺ ≤ 5 mg/L, Cr³⁺ ≤ 2 mg/L, líquido de regeneração da resina retornado à evaporação) → Pré-aquecimento (condensado + vapor secundário) → Evaporador de circulação forçada MVR → Cristalizador Oslo → Centrifugação → Secagem em leito fluidizado → Embalagem automática. O vapor secundário sofre um aumento de temperatura de 20 °C por meio de um compressor centrífugo de alta velocidade, com uma taxa de compressão de 1,8, uma temperatura de evaporação de 55 °C e um vácuo de -91 kPa, evitando efetivamente a hidrólise em alta temperatura do NiSO₄.

3. Tecnologia Central

Estrutura composta de aço e titânio de dupla fase: tubos de aquecimento 2205, placa tubular e separador TA10, resistente à corrosão por pites de Cl⁻ e com controle de custos.

Cristalização separada: A primeira etapa a 55℃ precipita NiSO₄·6H₂O; a segunda etapa a 35℃, por cristalização por congelamento, precipita Cr₂(SO₄)₃·18H₂O, obtendo-se a separação de níquel e cromo.

Lavagem online de pés de sal: Tempo de residência dos cristais ≥45min, d50=1,1mm, CV≤4%, umidade centrífuga ≤4%.

O refluxo da solução-mãe é ajustável de 0 a 25%. Quando a proporção Cr/Ni é enriquecida para 3:1, ela é enviada de volta ao tanque de galvanoplastia como uma "solução de envelhecimento", formando um circuito fechado.

Limpeza inteligente: o CIP é acionado quando a condutividade aumenta em 5% ou a diferença de temperatura é superior a 2 °C. O ácido cítrico e o EDTA são alternados, estendendo o ciclo de limpeza de 3 para 12 dias.

III. Configuração do equipamento

Evaporador: Área de troca de calor de 480m², margem de projeto de 25%, garantindo cinco anos de operação sem vazamentos.

Compressor: Rotor monobloco usinado em titânio, diâmetro de 0,8 m, velocidade linear ≤ 260 m/s, mancal de levitação magnética, vida útil projetada de 100.000 h, valor de vibração < 1,0 mm/s.

Centrífuga: Empurrador de pistão de dois estágios, abertura da tela de 0,10 mm, a seção de lavagem utiliza licor-mãe resfriado a 5 °C para reduzir o arraste de Cl⁻ para 100 ppm.

Secagem: Leito fluidizado circulante de circuito fechado, proteção com nitrogênio, teor de oxigênio <2%, temperatura do produto ≤50℃, prevenindo a transformação de fase por desidratação do NiSO₄.

IV. Automação e Segurança

DCS+APC: Controle em circuito fechado da taxa de evaporação, taxa de compressão, densidade da solução-mãe e analisador online de Ni²⁺, com flutuação de ±1,5%.

Sistema SIS redundante duplo: 14 intertravamentos, incluindo surto do compressor, teor de oxigênio >5%, temperatura >60℃, vazamento de Ni²⁺ >0,1mg/m³, tempo de resposta <200ms.

Zonas à prova de explosão: A área do compressor é ExdⅡCT4, todos os instrumentos, iluminação e tomadas de manutenção possuem certificação à prova de explosão.

Recuperação online de metais pesados: A solução de regeneração da resina é processada em um tanque de eletrodeposição; pureza da placa de níquel ≥99,5%, recuperação anual de 28 toneladas de níquel e 8 toneladas de cromo, avaliadas em 4,2 milhões de yuans.

V. Dados Operacionais (Avaliação de Desempenho em Maio de 2025)

• Taxa de evaporação: 3000 kg/h (Projeto 3000)

• Vapor vivo: 0,09 t/t de água (Projeto 0,12)

• Consumo de energia: 28 kWh/t de água (Compressor + Bomba de Circulação + Bomba de Vácuo + Unidade de Refrigeração)

• Água de resfriamento: 1,2 t/t de água (32℃→38℃)

• Produção: NiSO₄·6H₂O 1,8 t/d, pureza 99,1%, Cl⁻≤150ppm, Cr≤50ppm

• Taxa de recuperação do sistema: Ni²⁺ 98,5%, Cr³⁺ 98,0%, taxa de reutilização de água de 100%, todos os resíduos da planta com descarga zero de água.

VI. Benefícios Econômicos e Ambientais

Economia anual de vapor de 10.000 toneladas, equivalente a 1.100 toneladas de carvão padrão, e redução de carbono de 2.900 toneladas. Economia em custos de terceirização de 4,5 milhões de yuans/ano (30 m³/d × 480 yuans/t × 330d). Receita anual de vendas de sais metálicos e placas de níquel de 6,2 milhões de yuans, com uma redução total de custos operacionais de 9,2 milhões de yuans. Período de retorno do investimento de 1,6 anos.

VII. Feedback do cliente

"O sistema MVR está em funcionamento há seis meses sem nenhuma falha no compressor, e a pureza dos sais de níquel tem atingido consistentemente o nível necessário para galvanoplastia, eliminando completamente a necessidade de terceirização de metais pesados. O projeto transformou 'água residual' em 'recursos', contribuindo significativamente para a criação de uma fábrica sustentável no parque industrial."