Evaporador MVR de duplo efeito de sulfato de sódio de 1200 t/d de uma fábrica de produtos químicos

I. Visão Geral do Projeto

Em 2019, nossa empresa projetou e construiu um evaporador MVR de sulfato de sódio de duplo efeito com capacidade de 1200 t/d para este cliente, com base no volume de água de evaporação. O equipamento iniciou suas operações com sucesso em sua primeira tentativa, em março de 2020, reduzindo o consumo de vapor para 0,08 t/t de água e o consumo de eletricidade para ≤22 kWh/t de água. O custo total de energia diminuiu 62%, representando uma economia de 11.000 toneladas de carvão padrão por ano.

II. Rota do Processo

1. Características do Material

• Elevação do ponto de ebulição Δb = 11℃, 25% Na₂SO₄, 65kPa·A

• Supersaturação crítica ΔCmax = 6g/L, propensa à nucleação a 45–50℃

• Alto teor de Ca²⁺ e SiO₂, fator de incrustação RF = 0,85, indicando uma salmoura com forte potencial incrustante.

2. Resumo do Processo

Matéria-prima → Clarificador de alta densidade → Adição de NaOH + Na₂CO₃ para remoção de incrustações, Ca²⁺ ≤ 30 mg/L → Clarificador de placas e molduras → Lodo com 60% de umidade transportado → Tanque de armazenamento → Pré-aquecimento primário → Condensado → Pré-aquecimento secundário → Vapor vivo → MVR de duplo efeito

Primeiro efeito: Filme descendente + composto de circulação forçada, 65℃, concentrado a 18%

Segundo efeito: Circulação forçada FC + perna de sal, 48 °C, concentrado a 28% → Cristalizador Oslo → Centrifugação → Secagem por fluxo de ar → Embalagem em big bags

O vapor secundário sofre um aumento de temperatura de 20°C após passar por um compressor centrífugo de alta velocidade de estágio único, com uma taxa de compressão de 1,8 e uma eficiência adiabática de 83%.

3. Destaques Inovadores

MVR de duplo efeito: O primeiro efeito utiliza película descendente para lidar com 80% da evaporação, enquanto o segundo efeito utiliza cristalização a baixa temperatura, equilibrando o consumo de energia e o tamanho das partículas de cristal.

Remoção de silício online: Adição de MgO + floculante na seção de pré-aquecimento, SiO₂ ≤ 25 mg/L, reduzindo a taxa de incrustação em 70%.

Compressão parcial: Todo o vapor secundário no primeiro efeito é comprimido, enquanto o segundo efeito comprime parcialmente o vapor secundário e adiciona vapor vivo, permitindo uma operação estável sob vácuo de -95 kPa sem redução de capacidade no verão.

A lavagem com sal e a classificação Oslo garantem um tempo de residência dos cristais ≥ 60 min, d50 = 0,95 mm e CV ≤ 6%. Limpeza Inteligente: O CIP é acionado quando o gradiente de temperatura da parede do tubo excede 3 °C ou o nível de vácuo cai 3 kPa. A ação alternada de ácido/álcali/agente quelante estende o ciclo de limpeza de 7 para 20 dias.

III. Equipamentos Essenciais

Evaporador: O evaporador de película descendente de primeiro efeito utiliza aço duplex; o evaporador de circulação forçada de segundo efeito utiliza tubos compostos de aço inoxidável 2205 + titânio com uma margem de segurança de 20% para garantir cinco anos de funcionamento sem vazamentos.

Compressor: Rotor de titânio usinado em peça única, 1,4 m de diâmetro, velocidade linear ≤ 285 m/s, mancais com levitação magnética, vida útil projetada de 100.000 horas, vibração < 1,5 mm/s.

Centrífuga: Centrífuga de dois estágios com pistão, abertura da tela de 0,15 mm, seção de lavagem com pulverização de solução-mãe resfriada a 2 °C para reduzir o arraste de NaCl para 0,2%.

Secagem: Secagem em circuito fechado com fluxo de ar, proteção com nitrogênio, teor de oxigênio <3%, temperatura do produto ≤55℃ para evitar a deterioração do decahidrato.

IV. Dados Operacionais (Avaliação de Desempenho, junho de 2022)

Taxa de evaporação: 50.000 kg/h (Projeto: 50.000 kg/h)

Vapor vivo: 0,08 t/t de água (Projeto: 0,10 t/t)

Consumo de energia: 22 kWh/t de água (Compressor + Bomba de Circulação + Bomba de Vácuo)

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

Produção de Na₂SO₄ anidro: 18 t/d, Brancura ≥88%, Pureza 99,2%, Cl⁻≤300ppm, Ca²⁺≤200ppm

V. Benefícios Econômicos e Ambientais

Economia anual de vapor: 108.000 toneladas (equivalente a 11.000 toneladas de carvão padrão), Redução de carbono: 29.000 toneladas

Economia nos custos operacionais: 26 milhões de RMB/ano (economia de vapor de 17.000 RMB/dia + redução no consumo de energia). O preço de venda externa do sulfato de sódio de alta pureza aumentou de 350 yuans/ton para 550 yuans/ton, gerando uma receita anual adicional de 13 milhões de yuans. O período de retorno do investimento é de 1,8 anos.

VI. Feedback do Cliente

"O sistema MVR de duplo efeito está em funcionamento há quatro meses sem nenhuma falha no compressor. O nível de vácuo permanece em -96 kPa mesmo no verão. O tamanho das partículas de cristal é uniforme e não há aglomeração após a secagem. O projeto realmente alcançou os dois objetivos de zero descarte de efluentes químicos com alto teor de sal e utilização de alto valor agregado do sulfato de sódio."