Um evaporador MVR de cloreto de sódio de 6 t/h para metais não ferrosos.

I. Contexto do Projeto 

O cliente é uma empresa de fundição de mica de lítio em larga escala, com capacidade de produção anual de 20.000 toneladas de carbonato de lítio de grau para baterias. A seção de enxágue da linha de produção gera 150 m³ de efluente com alto teor de cloro diariamente, com a seguinte composição: NaCl 180-210 g/L, Li 400-600 mg/L, F⁻2 g/L, Ca 1,2 g/L, SS 300 mg/L. O evaporador de triplo efeito original estava em operação há dez anos, com consumo de vapor de 0,35 t/t de água. A deterioração do vácuo levou a uma redução de 30% na capacidade de produção durante o verão, e a solução-mãe, enriquecida com lítio, só podia ser vendida a baixo custo. Em 2024, a empresa iniciou uma modernização para emissão zero. A Kang Jinghui forneceu um evaporador MVR de cloreto de sódio com capacidade de 6 t/h (volume de água de evaporação) sob o modelo EPC. A unidade entrou em operação com sucesso em março de 2025, atingindo um consumo de vapor de ≤0,09 t/t de água, pureza do cristal de NaCl ≥99,5%, taxa de recuperação de Li >92% e economia anual de custos operacionais de 9,2 milhões de yuans.

II. Rota do Processo

1. Características da água de entrada

Elevação do ponto de ebulição Δb = 10℃ (23% NaCl, 70kPa·A)

Supersaturação crítica ΔCmax = 6 g/L, propensa à formação de cristais finos de NaCl.

Alto teor de F⁻ e Ca, fator de escala RF = 0,9, forte tendência de escala

2. Resumo do Processo

Água bruta → Sedimentação de alta densidade (Ca(OH)₂ + Na₂CO₃, Ca ≤ 30 mg/L) → Leito de troca catiônica de ácido fraco (Ca ≤ 5 mg/L) → Microfiltração tubular (SDI ≤ 2) → Pré-aquecimento em dois estágios (condensado + vapor secundário) → Evaporador de circulação forçada MVR → Cristalizador Oslo → Centrífuga de pistão de dois estágios → Secador de leito fluidizado → Embalagem automática

O vapor secundário sofre um aumento de temperatura de 18℃ por meio de um compressor centrífugo de alta velocidade, com taxa de compressão de 1,7, temperatura de evaporação de 55℃ e grau de vácuo de -90 kPa, evitando a hidrólise em alta temperatura do LiCl.

3. Tecnologias Essenciais

Recuperação de energia de duplo efeito: A seção de película descendente processa 75% da evaporação, enquanto a seção de circulação forçada promove o crescimento de cristais, reduzindo a área de transferência de calor da unidade em 20%.

Lavagem online das pernas com sal: Tempo de residência dos cristais ≥50 min, d50=0,9 mm, CV≤5%, umidade centrífuga ≤3%.

Extração da solução-mãe de lítio: A solução-mãe rica em lítio (Li 8-10 g/L) é bombeada periodicamente para um cristalizador de congelamento (-5℃) para precipitar LiCl·2H₂O. Após centrifugação, o líquido é devolvido à oficina de lítio, atingindo uma taxa de recuperação de Li superior a 92%.

Limpeza Inteligente: O CIP é acionado quando a diferença de temperatura na parede do tubo é superior a 2 °C ou o vácuo cai 2 kPa. Utiliza-se uma mistura alternada de ácido/álcali/agente quelante, estendendo o ciclo de limpeza de 4 para 18 dias.

III. Configuração do equipamento

Evaporador: aço duplex 2205, área de troca térmica de 600 m², margem de segurança de 25%, garantindo cinco anos de operação sem vazamentos. Compressor: rotor monobloco usinado em titânio, 1,0 m de diâmetro, velocidade linear ≤ 265 m/s, mancal de levitação magnética, vida útil projetada de 100.000 h, valor de vibração < 1,2 mm/s.

Centrífuga: Empurrador de pistão de dois estágios, abertura da tela de 0,12 mm, a seção de lavagem utiliza licor-mãe resfriado a 3 °C para reduzir o arraste de Li⁺ para 50 ppm.

Secagem: Leito fluidizado circulante de circuito fechado, proteção com nitrogênio, teor de oxigênio <3%, temperatura do produto ≤55℃, para evitar a aglomeração de NaCl.

IV. Automação e Segurança

DCS+APC: Controle em circuito fechado da taxa de evaporação, taxa de compressão, densidade da solução-mãe e analisador de Li⁺ online, com flutuação de ±2%.

Sistema SIS redundante duplo: 16 intertravamentos, incluindo surto do compressor, teor de oxigênio >6%, temperatura >65℃, vazamento de Li⁺ >0,1mg/m³, tempo de resposta <250ms.

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

Taxa de evaporação: 6000 kg/h (Projeto 6000)

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

Consumo de energia: 24 kWh/t de água (Compressor + Bomba de Circulação + Bomba de Vácuo + Unidade de Refrigeração)

Água de resfriamento: 1,5 t/t de água (32℃→38℃)

Produção: NaCl 4,2 t/d, pureza 99,6%, Ca≤80ppm, Li≤50ppm, matéria insolúvel em água≤0,05%, atendendo aos requisitos para sal de soda cáustica para membrana de troca iônica de grau de bateria.

Taxa de recuperação do sistema: NaCl 98,8%, Li 92%, taxa de reutilização de água 100%, descarga zero de efluentes da planta

VI. Benefícios Econômicos e Ambientais

Economia anual de vapor de 21.000 toneladas, equivalente a 2.300 toneladas de carvão padrão, e redução de carbono de 6.000 toneladas. Economia de custos operacionais de 5,2 milhões de yuans/ano (vapor + descarte terceirizado). Subproduto LiCl·2H₂O de 600 toneladas/ano, a 15.000 yuans/tonelada, gerando uma receita adicional de 9 milhões de yuans. Período de retorno do investimento de 1,5 anos.

VII. Feedback do cliente

"O sistema MVR está em funcionamento há oito meses sem nenhuma falha no compressor. O nível de vácuo permanece em -91 kPa mesmo no verão, e a brancura do NaCl é superior a 85, substituindo completamente o sal refinado comprado. O projeto transforma a água de enxágue em um recurso, estabelecendo uma base sólida para a criação de uma planta de fundição de lítio sustentável."