Sistema de evaporação e cristalização de triplo efeito de 12,5 t/h para tratamento de efluentes vitamínicos numa fábrica farmacêutica.

I. Contexto do Projeto 

Uma base de produção de vitamina B5 produz 8.000 toneladas de pantotenato de cálcio anualmente, descartando 300 m³ de licor-mãe diariamente. Este licor-mãe contém 10-12% de Na₂SO₄, traços de ácido pantotênico, DQO de 25.000-35.000 mg/L e pH 4,5. O processo original de evaporação tripla + centrifugação consumia 0,42 kg/kg de vapor de água, e a pureza do sulfato de sódio era de apenas 93%, não atendendo aos padrões de uso. Além disso, o custo da terceirização do licor-mãe para centrifugação chegava a 420 RMB/t. Em 2024, a empresa planeja construir um novo sistema de cristalização por evaporação tripla com capacidade de 12,5 t/h, com as seguintes metas: consumo de vapor ≤ 0,28 kg/kg de água, sulfato de sódio anidro como subproduto ≥ 99% e volume de licor-mãe ≤ 2%.

II. Rota do Processo

2.1 Visão Geral do Processo

O processo consiste em cinco etapas: neutralização e desgaseificação → concentração por película descendente em co-corrente de triplo efeito → cristalização por circulação forçada OSLO → centrifugação para espessamento → secagem da solução-mãe. O corpo principal é feito de aço inoxidável duplex 2205, e as superfícies em contato com os materiais são polidas eletroliticamente até Ra≤0,4μm.

• Pré-tratamento: O pH da água residual é ajustado para 7,0 com NaOH e a água é desgaseificada a vácuo a 50 °C para recuperar o CO₂ e os componentes leves de DQO. O vapor secundário passa por lavagem ácida e adsorção em fibra de carbono ativada, reduzindo os COVs em 90%.

• Co-corrente de triplo efeito: Vapor vivo a 0,5 MPa e 152 °C entra no lado do casco do efeito I, com um ponto de ebulição de 120 °C; vapor secundário entra sequencialmente no efeito II a 95 °C e no efeito III a 68 °C, a -0,073 MPa, com um coeficiente de transferência de calor específico global de 1850 W/m²·K. 

• Separação por cristalização: A concentração de saída do cristalizador de terceiro efeito é de 28%, sendo bombeada para um cristalizador de circulação forçada tipo OSLO a uma temperatura de operação de 80 °C, com uma densidade da suspensão cristalina de 25%. Após lavagem e classificação, obtêm-se partículas com um diâmetro de D500,45 mm. Uma centrífuga de pistão de dois estágios tem uma capacidade de processamento de 6 t/h de sal, com um teor de umidade do sal úmido ≤3%.

•  Secagem da solução-mãe: A solução-mãe centrifugada apresenta uma DQO de 120.000 mg/L. Após passar por um secador de pás, obtém-se 0,8 t/h de sal misto com um teor de umidade de 5%, que é enviado para incineração de resíduos perigosos.

2.2 Parâmetros-chave do equipamento

Capacidade de evaporação: 12,5 t/h -- água de entrada com 11% de teor de sal

Área de troca de calor: Efeito I 420 m², Efeito II 380 m², Efeito III 340 m²

Consumo de vapor: 0,27 kg/kg de água --incluindo a bomba termocompressora

Circulação de água de refrigeração: 140 m³/h 28→36℃

Sistema de vácuo: Roots de três estágios + anel de água, vácuo máximo de -0,085 MPa

III. Inovações Tecnológicas

3.1 Recompressão de vapor por termocompressor (TVR)

O vapor secundário do Efeito I a 120°C é pressurizado a 135°C por uma bomba de jato de vapor de 0,6 MPa e reutilizado no lado do casco do Efeito I, economizando 22% de vapor.

3.2 Controle da cristalização do sulfato de sódio

Utilizando a tecnologia de "cristalização a alta temperatura a 80°C + lavagem gradual", a formação de sal decahidratado é suprimida, resultando em cristais densos com 88% de brancura e 99,2% de pureza. 

3.3 Prevenção de Incrustações e CIP: O tubo de película descendente utiliza um tubo com ranhura interna de Φ32×1,2 mm com velocidade de fluxo de 2,0 m/s, e a força de cisalhamento inibe a formação de incrustações de sulfato de cálcio. O CIP online utiliza limpeza alternada com 3% de NaOH + 2% de agente quelante HEDP a 75 °C, com um ciclo de 12 dias e um tempo de limpeza de 4 horas.

3.4 Tratamento Profundo do Condensado: O condensado secundário com DQO de 400 a 600 mg/L é tratado com ozônio catalítico + BAF, resultando em um efluente com DQO ≤ 30 mg/L e condutividade ≤ 80 μS/cm. Este efluente é então reutilizado para a reposição de água de amaciamento da caldeira, atingindo uma taxa de reutilização de 96%.

IV . Dados Operacionais

• Início das operações bem-sucedido em junho de 2024. Avaliação de desempenho em 72 horas:

• Taxa de evaporação: 12,7 t/h

• Consumo de vapor: 0,265 kg/kg de água

• Produção de sulfato de sódio anidro: 1,35 t/h

• Disponibilidade da unidade: >99%

V. Benefícios Econômicos e Ambientais

5.1 Indicadores Econômicos

• Custo operacional anual: 2,85 milhões de RMB (vapor, eletricidade, produtos químicos).

• Economia anual em taxas de descarte terceirizado: 16,8 milhões de RMB;

• Receita de vendas do subproduto sulfato de sódio: 5,2 milhões de RMB;

• Lucro líquido anual: 19,15 milhões de RMB.

5.2 Indicadores Ambientais

• Redução anual do descarte de águas residuais com alta salinidade: 90.000 t; redução da emissão de DQO: 2.700 t;

• Redução das emissões de CO₂: 6.200 t/ano;

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