Sistema de evaporação e cristalização MVR de uma solução de sulfato de sódio de 6 t/h de uma fábrica química

I. Contexto do Projeto 

Este cliente produz 20.000 toneladas de ácido H anualmente. O licor-mãe centrifugado contém 6–8% de Na₂SO₄, DQO de 15.000 mg/L e uma intensidade de cor 3.000 vezes maior. O custo original do tratamento terceirizado chegava a 280 RMB/ton. A empresa decidiu construir um novo sistema de cristalização por evaporação de sulfato de sódio MVR de 6 t/h, baseado no volume de água de evaporação, exigindo "descarte zero", consumo de vapor <0,12 t/t de água, pureza do cristal ≥99% e integração perfeita com o sistema DCS existente. Nossa empresa assumiu o projeto utilizando o modelo EPC. O sistema iniciou suas operações com sucesso em janeiro de 2025 e está em funcionamento contínuo há mais de 7.200 horas, tornando-se um modelo para o tratamento de efluentes com alta concentração de sal e alta DQO na indústria de corantes.

II. Rota do Processo

1. Características da matéria-prima

Elevação do ponto de ebulição Δb = 10℃, 20% Na₂SO₄, 70kPa·A

Supersaturação crítica ΔCmax = 5g/L, propensa à nucleação explosiva.

Cor intensa, alta DQO (Demanda Química de Oxigênio), requer descoloração antes da evaporação.

2. Resumo do Processo

Matéria-prima → Oxidação avançada -- Ozônio + Peróxido de hidrogênio, DQO ↓ 60% → Microfiltração tubular -- SDI ≤ 3 → Pré-aquecimento primário -- Condensado → Pré-aquecimento secundário -- Vapor vivo → Evaporador de circulação forçada MVR → Cristalizador Oslo → Centrifugação → Secagem por fluxo de ar → Embalagem automática

O vapor secundário sofre um aumento de temperatura de 18 °C por meio de um compressor centrífugo de alta velocidade, com uma taxa de compressão de 1,7 e uma eficiência adiabática de 82%. A câmara de evaporação mantém uma pressão de -88 kPa e a temperatura de evaporação é de 58 °C, evitando eficazmente a zona de temperatura de decomposição do corante.

3. Principais inovações

Estrutura composta integrada de "filme descendente + circulação forçada": A seção de filme descendente lida com 70% da evaporação, enquanto a seção de circulação forçada é responsável pelo crescimento dos cristais, reduzindo a área de transferência de calor da unidade em 22%. Lavagem online das hastes de sal: Tempo de residência dos cristais ≥50 min, d50 = 0,8 mm, CV ≤5%, teor de umidade após centrifugação ≤3%.

Limpeza inteligente: O CIP é acionado quando a diferença de temperatura na parede do tubo é superior a 2 °C ou o grau de vácuo cai 2 kPa, alternando entre agentes ácidos/alcalinos/quelantes, estendendo o ciclo de limpeza de 5 para 15 dias.

A taxa de refluxo da solução-mãe é ajustável de 0 a 30%, garantindo a tolerância do sistema ao enriquecimento de DQO por um período ≥20 dias.

III. Configuração do equipamento

Evaporador: aço duplex 2205, área de troca térmica de 1200m², margem de projeto de 20%, garantindo cinco anos de operação sem vazamentos.

Compressor: Rotor monobloco fresado em titânio, diâmetro de 1,1 m, velocidade linear ≤ 270 m/s, mancais com levitação magnética, vida útil projetada de 100.000 h, valor de vibração < 1,2 mm/s.

Centrífuga: Centrífuga horizontal com tela espiral e abertura de 0,12 mm. A seção de lavagem é equipada com um sistema de pulverização de solução-mãe resfriada a 2 °C para reduzir o arraste de DQO.

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

IV. Automação e Segurança

Sistema de Controle Automático Kang Jinghui: Controle preditivo multivariável da taxa de evaporação, taxa de compressão e densidade da solução-mãe, com flutuações dentro de ±2%.

Sistema SIS redundante duplo: 16 intertravamentos, incluindo sobrepressão do compressor, nível alto de líquido, teor de oxigênio >8% e temperatura >65℃, com tempo de resposta <300ms.

Zona à prova de explosão: Área do compressor ExdⅡBT4; todos os instrumentos, iluminação e tomadas de manutenção possuem certificação à prova de explosão.

V. Dados Operacionais (Avaliação de Desempenho, abril de 2025)

• Taxa de evaporação: 6000 kg/h Capacidade de projeto: 6000

• Vapor vivo: 0,10 t/t de água; Projeto: 0,12

• Consumo de energia: 26 kWh/t de água (Compressor + Bomba de Circulação + Bomba de Vácuo)

• Água de resfriamento: 2 t/t de água -32℃→38℃

• Rendimento de Na₂SO₄ anidro: 2,1 t/d, Brancura ≥90%, Pureza 99,3%, Cl⁻≤200 ppm, DQO≤100 mg/kg

VI. Benefícios Econômicos e Ambientais

Economia anual de vapor: 18.000 toneladas, equivalente a 1.900 toneladas de carvão padrão; Redução de carbono: 5.000 toneladas.

Economia anual nos custos operacionais: 4,5 milhões de RMB (vapor + taxas de descarte terceirizadas). O preço de venda externa do sulfato de sódio de alta pureza aumentou de 400 yuans/ton para 600 yuans/ton, gerando uma receita anual adicional de 1,5 milhão de yuans. O período de retorno do investimento é de 2,3 anos.

VII. Depoimentos de Clientes

"O sistema MVR está em funcionamento há sete meses sem nenhuma falha no compressor. Os cristais são uniformes em tamanho e não se aglomeram após a secagem. O projeto realmente alcançou os dois objetivos de zero descarte de efluentes com alta DQO e alta salinidade, além da utilização de sulfato de sódio de alto valor agregado."