Evaporador de triplo efeito de 5 t/h para efluentes farmacêuticos numa fábrica farmacêutica.

I. Visão Geral do Projeto 

Uma fábrica de matérias-primas farmacêuticas produz 800 toneladas de medicamentos antivirais anualmente, descartando 120 m³ de efluentes de processo com alta DQO e alta concentração de sal diariamente. Esses efluentes contêm de 6 a 8% de NaCl, 0,5% de metanol, de 1000 a 3000 mg/L de intermediários de IFA (Ingrediente Farmacêutico Ativo) e de 20000 a 35000 mg/L de DQO. O custo original de descarte terceirizado era de 380 RMB/ton, com riscos significativos de transporte e armazenamento. Em 2023, a empresa construiu uma nova unidade de evaporação e cristalização de triplo efeito com capacidade de 5 t/h (doravante denominada "esta unidade"), que resolve 90% do problema dos efluentes de uma só vez, recupera e reutiliza o condensado e terceiriza a utilização do sal úmido industrial subproduto, reduzindo o custo total de descarte para 85 RMB/ton.

II. Rota do Processo

2.1 Visão Geral do Processo

O processo consiste em cinco etapas: pré-tratamento → concentração por filme descendente em contracorrente de triplo efeito → cristalização por circulação forçada → separação centrífuga → secagem da solução-mãe. Todo o sistema é construído em aço inoxidável duplex 316L/2205, com uma rugosidade superficial de contato Ra≤0,6μm, atendendo aos requisitos de BPF (Boas Práticas de Fabricação) para fácil limpeza.

•  Pré-tratamento: As águas residuais são filtradas através de um filtro de cesto de 100 μm → desgaseificação a vácuo a baixa temperatura (45 °C, -0,085 MPa) para recuperar 95% do metanol → oxidação catalítica com ozono, reduzindo a DQO para 12.000 mg/L.

•   Processo de destilação em película descendente de primeiro efeito: Vapor vivo a 0,6 MPa (158 °C) entra pelo lado do casco no processo de primeiro efeito; a água residual é pré-aquecida a 45 °C antes de entrar pelo lado dos tubos, concentrando-se em 1,5 vezes; vapor secundário a 120 °C serve como fonte de calor para o processo de segundo efeito.

•   Operação em contracorrente do Efeito II/III: Ponto de ebulição do Efeito II 95℃, Efeito III 72℃, mantido a -0,075MPa usando uma bomba de vácuo; coeficiente global de transferência de calor específico 1800W/(m²·K), taxa de evaporação 12kg/(m²·h).

•   Separação por cristalização: Concentração de descarga do Efeito III de 28% (próxima da saturação), bombeada para um cristalizador de circulação forçada do tipo OSLO, temperatura de operação de 82℃, densidade da suspensão de 20%, centrifugada para obtenção de sal úmido com teor de água ≤3% e brancura de 80%.

•  Secagem da solução-mãe: A solução-mãe centrifugada, com DQO de 100.000 mg/L, é seca em um secador de pás para obtenção de 0,6 t/d de sal misto com teor de água de 5%, sendo então enviada para incineração de resíduos perigosos.

2.2 Configuração do Equipamento

•   Capacidade de evaporação: 5 t/h (8% de salinidade na água de entrada)

•   Área de troca de calor: Efeito I 180m², Efeito II 160m², Efeito III 140m²

•   Consumo de vapor: 0,32 kg de vapor/kg de água (triplo efeito + bomba de autoclave)

•   Circulação de água de refrigeração: 60 m³/h (28 °C → 35 °C)

•   Sistema de vácuo: Anel de água + Roots de dois estágios, vácuo máximo de -0,085 MPa

•   Material: Lado do tubo em aço inoxidável 2205, lado do casco em aço inoxidável 316L

III. Principais destaques tecnológicos

3.1 Recompressão Térmica de Vapor (TVR)

O vapor secundário do primeiro estágio de efeito, inicialmente a 120°C, é pressurizado a 135°C por uma bomba de jato de vapor de potência de 0,8 MPa antes de retornar ao lado do casco do primeiro estágio de efeito, resultando em uma economia de vapor de 18% e reduzindo o consumo total de vapor para 0,32 kg/kg de água.

3.2 Prevenção em Escala e CIP

O sistema CIP online utiliza limpeza alternada com 2% de NaOH + 1% de HNO₃ a 80°C, com um ciclo de 10 dias e um tempo de limpeza de 4 horas.

3.3 Controle de Qualidade do Sal

Por meio de classificação e lavagem OSLO, o tamanho do cristal D50 é de 0,7 mm; após centrifugação, a lavagem com água deionizada fria a 2 °C durante 5 segundos resulta em uma pureza de NaCl de 97%.

3.4 Tratamento de Condensado Profundo

O condensado secundário com DQO de 300 a 500 mg/L e metanol ≤ 5 mg/L passa por tratamento catalítico com ozônio e filtro biológico, resultando em efluente com DQO ≤ 30 mg/L, que é então reutilizado no sistema de água de resfriamento circulante com uma taxa de reutilização de 95%.

IV. Resultados Operacionais 

A unidade iniciou com sucesso na primeira tentativa, em novembro de 2023. Dados de avaliação de desempenho após 72 horas:

•   Taxa de evaporação: 5,2 t/h (projeto 5 t/h)

•   Consumo de vapor: 0,31 kg/kg de água

•   Produção de sal: 0,42 t/h

•   Taxa de recuperação de condensado: 95%

•   Disponibilidade da unidade: >98% (4320 horas de operação em 6 meses)

V. Benefícios Econômicos e Ambientais

5.1 Indicadores Econômicos

Custo operacional anual: aproximadamente RMB 1,28 milhão (vapor RMB 180/t, eletricidade RMB 0,65/kWh, mão de obra + produtos químicos). Economia anual com custos de descarte terceirizado: aproximadamente RMB 12,6 milhões. Após a dedução dos custos operacionais, o lucro líquido anual é de aproximadamente RMB 11,32 milhões.

5.2 Indicadores Ambientais

Redução anual de 36.000 toneladas de efluentes com alta salinidade e 1.080 toneladas de emissões de DQO; recuperação de 95% de metanol e redução de 55 toneladas de COVs; redução de 2.800 toneladas de emissões de CO₂ por ano; e incineração de 180 toneladas de sais residuais perigosos em conformidade com as normas, alcançando "redução e utilização de recursos".