Sistema de evaporação e cristalização de triplo efeito de 3 t/h para sais mistos de uma empresa farmacêutica.

I. Visão Geral do Projeto 

Esta empresa farmacêutica abrangente gera diariamente 60 m³ de solução-mãe de sais mistos com alto teor de cloreto durante a produção de matérias-primas antivirais e cardiovasculares. Essa solução-mãe contém 6-8% de NaCl, 4-5% de Na₂SO₄, 1,2% de solventes orgânicos e uma DQO de 18.000-28.000 mg/L, apresentando alta coloração e forte corrosividade. O custo original de descarte terceirizado era de 450 RMB/ton, resultando em despesas anuais de quase 9 milhões de RMB. Em 2022, a empresa iniciou um projeto para construir um sistema de evaporação e cristalização de sais mistos de triplo efeito com capacidade de 3 t/h. Os requisitos do projeto eram: consumo de vapor ≤0,30 kg/kg de água, teor de NaCl ≥97%, teor de Na₂SO₄ ≥98% como subproduto, volume da solução-mãe ≤1,5% e entrega do sistema montado sobre skid, com comissionamento em até 3 meses.

II. Rota do Processo e Configuração do Equipamento

2.1 Fluxograma geral

O processo consiste em cinco etapas: neutralização e desgaseificação → concentração por fluxo cruzado triplo em película descendente → cristalização por separação de sal e nitrato → secagem centrífuga → secagem da solução-mãe. O corpo principal é feito de aço inoxidável duplex 2205+2507, e as superfícies de contato com os materiais são polidas eletroliticamente até Ra≤0,4μm, atendendo aos requisitos de limpeza das Boas Práticas de Fabricação (BPF).

• Pré-tratamento: O licor-mãe é ajustado para pH 6,5 com CaOH₂, e a acetona/etanol é recuperada sob vácuo a 50℃, reduzindo os COVs em 92%; a turbidez é removida usando uma membrana cerâmica de 0,1 μm, atingindo SDI≤3.

• Fluxo cruzado de triplo efeito: Vapor vivo a 0,6 MPa e 158 °C → lado do casco do efeito I, ponto de ebulição 125 °C; o vapor secundário é desviado para o efeito II a 105 °C e para o cristalizador de nitrato, enquanto o efeito III a 65 °C e -0,078 MPa é dedicado à concentração de sal, com um coeficiente de transferência de calor específico total de 1900 W/m²·K. 

• Separação de sal-nitrato: Utilizando o diagrama de fases NaCl-Na₂SO₄-H₂O, a sequência de cristalização é controlada na faixa de 55-80 °C: o Na₂SO₄ anidro com 90% de brancura precipita primeiro na seção de alta temperatura, e o NaCl com 97% de pureza precipita na seção de baixa temperatura. Após centrifugação, ambos são secos separadamente, obtendo-se "um sistema, dois sais comerciais".

• Secagem da solução-mãe: A solução-mãe centrifugada apresenta uma DQO de 100.000 mg/L. Ela é seca utilizando um secador de pás a vácuo de baixa temperatura para obter 0,25 t/h de sais mistos com teor de água ≤4%, que são então enviados para incineração de resíduos perigosos.

2.2 Parâmetros-chave

• Capacidade de evaporação: 3 t/h de água de entrada com 10% de solução salina.

• Área de troca de calor: Efeito I 95m², Efeito II 85m², Efeito III 75m²

• Consumo de vapor: 0,28 kg/kg de água, incluindo a bomba da autoclave.

• Água de resfriamento: 35m³/h 28→35℃

• Sistema de vácuo: Raízes + anel de água, limite -0,082MPa

• Dimensões: 12m×4,5m×5m, estrutura de duas camadas montada sobre patins.

III. Inovações Técnicas

3.1 Coprodução de sal e nitrogênio

Através do controle acoplado de "temperatura-vácuo-tempo de residência", uma única unidade pode produzir simultaneamente dois tipos de sais comerciais, com uma taxa de recuperação de NaCl de 88% e uma taxa de recuperação de Na₂SO₄ de 85%, economizando 30% do investimento em comparação com o processo tradicional de "sal misto + pós-tratamento". 

3.2 Recompressão Térmica de Vapor (TVR)

O vapor secundário do primeiro estágio de efeito, inicialmente a 130 °C, é pressurizado a 145 °C por uma bomba de jato de vapor de potência de 0,7 MPa e reutilizado no lado do casco do primeiro estágio de efeito. Isso resulta em uma economia de vapor de 20%, reduzindo o consumo total de vapor para 0,28 kg/kg de água.

3.3 Escala de Prevenção e CIP

São utilizados tubos de película descendente com ranhuras internas de Φ32×1,2 mm, com uma taxa de fluxo de 1,8 m/s. A limpeza CIP online emprega limpeza alternada com 2% de NaOH + 1% de agente quelante HEDP a 80 °C, com um ciclo de 14 dias e um tempo de limpeza de 3 horas.

IV. Resultados Operacionais

• Início das operações bem-sucedido em outubro de 2022. Avaliação de desempenho em 72 horas:

• Taxa de evaporação: 3,15 t/h

• Consumo de vapor: 0,275 kg/kg de água

• Produção de NaCl: 0,18 t/h, pureza 97,2%

• Produção de Na₂SO₄: 0,12 t/h, pureza 98,5%

• Disponibilidade da unidade: >98%

V. Benefícios Econômicos e Ambientais

5.1 Indicadores Econômicos

• Custo operacional anual: 650.000 RMB (vapor, eletricidade, reagentes).

• Economia anual em taxas de descarte terceirizado: 5,4 milhões de RMB;

• Receita com a venda de sal como subproduto: 850.000 RMB;

• Lucro líquido anual: 5,6 milhões de RMB.

5.2 Indicadores Ambientais

Redução anual do descarte de águas residuais com alta salinidade: 18.000 t; redução da emissão de DQO: 540 t; redução da emissão de CO₂: 1.400 t/ano;

150 toneladas de sais residuais perigosos foram incineradas em conformidade com as normas, alcançando "redução, recuperação de recursos e comercialização".