Processo de cristalização por evaporação de triplo efeito de sulfato de amónio e cloreto de amónio numa fábrica de química fina, com capacidade de 30 t/h.

Esquema do Processo

1. Reavaliação das Características do Material

Testes laboratoriais realizados em águas residuais de salmoura mista a 180 °C confirmaram que o sulfato de amônio começa a se decompor a ≥95 °C e o cloreto de amônio sublima mais rapidamente a ≥85 °C. Combinando esses resultados com os padrões de difração de raios X (DRX), determinou-se a sequência de precipitação dos cristais: o Na₂SO₄·10H₂O precipita primeiro, seguido pelo (NH₄)₂SO₄ e, finalmente, pelo NH₄Cl. Com base nesse padrão, adotou-se uma combinação de "fluxo cocorrente de triplo efeito + cristalização em dois estágios + desnitrificação criogênica" para evitar a cocristalização do sulfato de amônio e do cloreto de amônio.

2. Descrição geral do fluxo

Área do tanque de matéria-prima → Ajuste fino do pH (adição de 20 ppm de H₂SO₄ para suprimir a fuga de amônia) → Pré-aquecimento da placa (recuperação do calor sensível do condensado a 62 °C) → Efeito I (câmara de aquecimento φ38×3 mm, lado do tubo em 316L, lado da carcaça em Q345R) → Efeito II → Efeito III → Cristalizador Oslo de primeiro estágio (sulfato de amônio) → Espessador → Centrífuga horizontal WH-800 → Secagem por fluxo de ar (120 °C, tempo de residência de 3 s) → Embalagem em big bags.

A solução-mãe proveniente do evaporador de terceiro efeito passa por purificação em filtro prensa de placas e molduras e cristalização por congelamento (-5 °C, vácuo de 0,09 MPa) para remoção do Na₂SO₄·10H₂O antes de entrar no cristalizador DTB secundário (cloreto de amônio). Em seguida, é submetida a centrifugação, secagem em leito fluidizado e embalagem automática.

3. Principais parâmetros do evaporador de triplo efeito:

• Capacidade de evaporação nominal: 30 t/h; 

• Concentração da ração: 15%; 

• Teor de sólidos na descarga: 38%–40%.

• Primeiro efeito: Temperatura 88℃, Vácuo -0,02MPa, Capacidade de evaporação: 11,5 t/h;

• Segundo efeito: Temperatura 72℃, Vácuo -0,06MPa, Capacidade de evaporação: 10,0 t/h;

• Terceiro efeito: Temperatura 58℃, Vácuo -0,085MPa, Capacidade de evaporação: 8,5 t/h.

• Coeficiente global de transferência de calor: ≥3800 W·m⁻²·K⁻¹ para resfriamento de efeito simples, ≥2200 W·m⁻²·K⁻¹ para resfriamento de efeito triplo; consumo de vapor: 11 t/h (0,45 t/t de água); taxa de circulação de água de resfriamento: 520 m³/h (Δt=8℃).

Seleção de equipamentos e materiais

1. Aquecedor: O primeiro efeito utiliza uma placa composta de aço carbono/316L; o segundo e o terceiro efeitos são todos em aço 316L para evitar a corrosão por pites causada por íons cloreto.

2. Câmara de evaporação: φ3600×8000mm, parte superior equipada com um desembaçador de malha de arame de dupla camada (316L, taxa de retenção de 99,5%), parte inferior com um ângulo de cone de 60° + bomba de circulação forçada montada lateralmente (vazão de 6000m³/h, altura manométrica de 6m, conversão de frequência), garantindo uma taxa de fluxo da suspensão cristalina de 2,8m/s e um ciclo de incrustação ≥12 dias.

3. Condensador: Condensador de duplo estágio do tipo mistura + superfície, condensado de vapor secundário com TDS ≤50mg/L, reutilizado para alimentação da caldeira.

4. Sistema de vácuo: Combinação de bomba Roots de três estágios + bomba de anel líquido, potência instalada de 45 kW, capaz de estabelecer um vácuo de -0,09 MPa em 5 minutos.

5. Limpeza online: Equipado com limpeza ácida CIP (5% HNO3) + limpeza alcalina (3% NaOH) com comutação automática, iniciando automaticamente a cada 10 dias de operação ou quando a queda de pressão do sistema for superior a 30 kPa.

Consumo de energia e economia

Comparado ao sistema anterior de efeito simples, o sistema economiza aproximadamente 72.000 toneladas de vapor anualmente, o equivalente a 15,84 milhões de yuans (com base em um preço de 220 yuans/tonelada); 180 MWh de eletricidade e 240.000 toneladas de água são economizadas.

Proteção e Segurança Ambiental

1. Gás de exaustão: Após a condensação, o gás não condensável (NH3 ≤ 5 mg/m3) do vapor secundário de triplo efeito entra em uma torre de decapagem de dois estágios (circulação de ácido sulfúrico diluído) + adsorção em carvão ativado, resultando em uma concentração de emissão de amônia < 1,3 mg/m3 na saída de descarga.

2. Licor-mãe: A taxa de circulação do licor-mãe de sulfato de amônio é de 4,5 e a do licor-mãe de cloreto de amônio é de 3,8, resultando na ausência de emissões de alto teor de sal pelo sistema; o sulfato de sódio obtido da desnitrificação criogênica é vendido para fabricantes de vidro.

3. Poeira: As seções de secagem e embalagem são equipadas com capelas seladas e filtros de mangas com jato pulsado (filtros de membrana, 500 g/m²), resultando em material particulado ≤ 10 mg/m³. 4. Segurança: A área da unidade está equipada com 12 pontos de detecção de vazamento de amônia GDS, interligados ao sistema de pulverização; o topo do evaporador está equipado com um sistema de alívio de pressão duplo com disco de ruptura e válvula de segurança; o sistema SIS realiza um travamento triplo para interromper o fluxo de vapor em caso de sobretemperatura, sobrepressão e baixo nível de líquido.

Economia de mão de obra e operação conveniente: Os planos de produção, consumo de energia e CIP podem ser visualizados remotamente através do sistema operacional, alcançando um modo de "operação não tripulada + inspeção com pessoal mínimo", reduzindo o número de funcionários por turno de 12 para 4.

Resultados operacionais:

1. Capacidade de Produção: A capacidade real de evaporação da unidade é de 31,2 t/h, excedendo a capacidade projetada em 4%; a produção de sulfato de amônio é de 15,8 t/h e a produção de cloreto de amônio é de 6,5 t/h, o que equivale a uma capacidade de produção anual de 126.000 toneladas de sulfato de amônio e 52.000 toneladas de cloreto de amônio.

2. Qualidade: Sulfato de amônio N≥21,1%, H2O≤0,3%; Cloreto de amônio N≥25,4%, Na≤0,25%. 3. Confiabilidade: A taxa de tempo de atividade é de 96%, o ciclo de limpeza planejado é de 12 dias e o tempo real de operação pode chegar a 18 dias; a taxa de falha do equipamento é de 0,42 vezes/mês, muito inferior à média do setor de 1,5 vezes/mês.

Valor para o Cliente: Através da implementação deste projeto, a empresa não só resolveu completamente o problema do descarte de águas residuais com alta salinidade, como também transformou os subprodutos sulfato de amônio e cloreto de amônio em novos pontos de crescimento de lucro, gerando um adicional de 180 milhões de yuans em receita de vendas anual e 42 milhões de yuans em lucro; ao mesmo tempo, estabeleceu um padrão de referência no setor para "indústria química verde e manufatura inteligente", fornecendo forte suporte técnico e de dados para projetos subsequentes de captação de recursos para IPO.