Sistema de cristalização por evaporação MVR de cloreto de sódio de 5 t/h + sistema de desidratação de licor-mãe de uma empresa de química fina.

Contexto do projeto

Uma empresa de química fina listada na bolsa de valores produz aproximadamente 40.000 toneladas de efluentes com alta concentração de sal anualmente, como subproduto de sua produção de soda cáustica por membrana de troca iônica, que totaliza 120.000 toneladas por ano. A vazão média é de 5 toneladas por hora. Os principais componentes são: NaCl 18-20%, SO₄²⁻ 2.000 mg/L, Ca²⁺/Mg²⁺ 300 mg/L, DQOcr 5.000-8.000 mg/L, pH 9-10 e traços de solventes de benzeno. O descarte direto dessa água bruta fará com que os poluentes característicos excedam os limites permitidos. A evaporação tradicional de triplo efeito consome 0,42 toneladas de vapor por tonelada de água, resultando em altos custos operacionais e secagem incompleta da solução-mãe. Em 2024, a empresa decidiu construir um novo "sistema de evaporação e cristalização de cloreto de sódio MVR de 5 t/h + sistema de desidratação da solução-mãe", que não requer reposição de vapor, apresenta um teor de umidade da solução-mãe ≤ 30%, TDS do condensado ≤ 50 mg/L e permite a reutilização completa da salmoura primária na produção de soda cáustica. O período de retorno do investimento é de ≤ 2 anos.

Rota do Processo

1. Reavaliação da Qualidade da Água e da Termodinâmica

Testes de laboratório mostram que a elevação do ponto de ebulição deste efluente é Δbpe = 8,5 °C (20% NaCl, 90 °C), que diminui para 6,2 °C sob vácuo de -0,08 MPa. A recirculação forçada MVR + cristalização de Oslo é adequada. O índice de incrustação de Ca²⁺/Mg²⁺ é > 2,5 quando concentrado a 28%, exigindo um sistema de dupla camada de amaciamento e inibidor de incrustação.

2. Visão Geral do Processo

Efluentes com alta salinidade → Tanque de equalização (50 m³, com agitação por ar) → Flotação por ar dissolvido de alta eficiência (DAF, taxa de remoção de óleo ≥ 90%) → Amolecimento por resina (Ca²⁺/Mg²⁺ ≤ 20 mg/L) → Evaporador MVR → Cristalizador Oslo → Centrífuga de pistão de dois estágios → Secagem em leito fluidizado (110 °C, tempo de residência de 3 s) → Embalagem em big bags de sal refinado.

O licor-mãe centrifugado (contendo 25-28% de sal, DQO 40.000 mg/L) entra no sistema de desidratação do licor-mãe: filtro prensa de diafragma de alta pressão (800 m², pressão de alimentação 1,2 MPa, pressão de prensagem 2,0 MPa) → secagem em esteira de baixa temperatura (90 °C, tempo de residência 40 min) → torta de filtração com teor de umidade ≤28% de sais mistos, que é então enviada ao forno de cimento para coprocessamento; o filtrado é retornado à entrada do MVR, obtendo-se um ciclo de "licor-mãe zero".

3. Principais parâmetros do MVR: Capacidade de evaporação nominal de 5,0 t/h, alimentação de NaCl 20%, teor de sólidos na saída de 38-40%. Câmara de evaporação: φ2200×5500mm, volume efetivo de 45m³, construída em aço duplex 2205 + placa composta de liga de titânio, pressão de projeto de -0,09MPa;

Aquecedor: Tipo placa, área de placa única de 1,5m², 200 placas no total, área total de troca de calor de 300m², temperatura de projeto de 95℃, coeficiente de transferência de calor ≥4500W·m⁻²·K⁻¹;

Compressor: Centrífugo de estágio único, impulsor de liga de titânio, vazão de 7,5 t/h, taxa de compressão de 1,9, potência instalada de 450 kW, faixa de regulação de velocidade de 20 a 105%, eficiência isentrópica ≥84%;

Bomba de circulação: Tipo de fluxo axial, vazão de 5000 m³/h, altura manométrica de 6 m, controle por conversor de frequência, garantindo velocidade de fluxo da pasta de cristais de 3,2 m/s, ciclo de incrustação ≥ 30 dias.

Sistema de Desidratação da Água-Mãe

1. Filtro prensa de diafragma de alta pressão: área de filtração de 800 m², placas de diafragma PP-EL, pressão de alimentação de 1,2 MPa, pressão de prensagem de 2,0 MPa, ciclo de circulação de 60 min, produção em lote único de 1,8 t de torta de filtro de sal misto (28% de teor de água).

2. Secagem por correia em baixa temperatura: Correia de malha de aço inoxidável, temperatura do ar quente de 90℃, intensidade de evaporação de 12 kg de água·m⁻²·h⁻¹, potência instalada de 45 kW, teor de umidade da torta de filtro seca ≤15%, valor calorífico ≥2.000 kcal/kg.

3. Filtrado: DQO 50.000 mg/L, após homogeneização, retornado à entrada do MVR, sem descarga de líquido com alta concentração de sal do sistema.

Seleção de equipamentos e materiais

1. Proteção contra corrosão: As peças em contato com o líquido de alimentação são feitas de liga de titânio TA2/aço duplex 2205 para evitar a corrosão por pite de Cl⁻; os tubos de vapor secundário são revestidos com PTFE para evitar que o condensado de COD corroa o aço carbono. 

2. Anti-entupimento: A superfície da placa de película descendente é eletropolida até Ra≤0,4μm, e um filtro de titânio removível (malha 60) é instalado na porta de distribuição de líquido, com retrolavagem online periódica.

3. Vácuo: Combinação de bomba Roots de três estágios + bomba de anel líquido, vácuo final de -0,098MPa, vácuo projetado pode ser estabelecido em 5 minutos, capacidade de bombeamento de 150kg/h.

4. Limpeza online: O sistema CIP está equipado com 5% de HNO₃, 3% de NaOH e inibidor de incrustações (PAA-Na, 25 ppm), iniciando automaticamente a cada 20 dias de operação ou quando a queda de pressão do sistema for superior a 50 kPa, com tempo de limpeza ≤ 3 h.

Consumo de energia e economia: A unidade opera por 8.000 horas por ano, evaporando 40.000 toneladas de água e economizando 16.800 toneladas de vapor (0,42 → 0 t/t de água), o que, a 220 yuans/t, se traduz em uma economia anual de 3,696 milhões de yuans; economia de eletricidade de 2,8 GWh; e economia de água de 32.000 toneladas. A receita anual com novas vendas (sal industrial + sais diversos + água reciclada) atingiu 12,6 milhões de yuans, com um lucro de 5,2 milhões de yuans.

Proteção e Segurança Ambiental

1. Gás de escape: Após a condensação secundária do vapor, os gases não condensáveis (série do benzeno ≤2mg/m³) entram em um processo de adsorção em resina de dois estágios + pirólise por plasma, com concentração de emissão de COVs <20mg/m³.

2. Licor-mãe: Quantidade de torta de filtração de sal diversa ≤5% da taxa de alimentação, toda enviada ao forno de cimento para co-processamento; o sistema não possui descarga de líquido com alto teor de sal.

Automação

Adotando o sistema de controle automático Kang Jinghui com 2.800 pontos de entrada/saída, indicadores-chave como intensidade de evaporação, tamanho das partículas de cristal, densidade da solução-mãe e teor de umidade da torta de filtração são otimizados em tempo real por meio de algoritmos de controle, com flutuação da corrente do compressor inferior a ±1,0%. A produção, o consumo de energia e os planos de limpeza CIP podem ser visualizados remotamente, permitindo um modo de "operação não tripulada + inspeção com equipe mínima", reduzindo o número de funcionários por turno de 12 para 3.

Resultados operacionais

1. Capacidade de Produção: A capacidade real de evaporação da unidade é de 5,2 t/h, excedendo a capacidade projetada em 4%; o sal industrial produzido como subproduto é de 1,0 t/h, com uma capacidade de produção anual de 8.000 toneladas. A pureza do NaCl é ≥99,1% e a brancura é ≥85.

2. Licor-mãe: A prensa de filtro de diafragma de alta pressão produz 1,8 t/lote (base seca), com uma produção anual de 1.200 toneladas de sais mistos, que são enviados integralmente para o forno de cimento.

3. Efluente: O condensado do MVR tem uma DQO ≤50 mg/L e uma condutividade ≤40 μS/cm, sendo todo reciclado para salmoura primária, com um volume anual de reciclagem de 40.000 toneladas.

4. Confiabilidade: A taxa de operação é de 97%, o ciclo de limpeza planejado é de 30 dias e o tempo real de operação chega a 45 dias; a taxa de falhas do equipamento é de 0,3 vezes/mês, muito inferior à média do setor de 1,2 vezes/mês.