Sistema de cristalização por evaporação MVR de duplo efeito + MVR de efeito único com sulfato de sódio e cloreto de sódio de 8 t/h

I. Contexto do Projeto

Esta empresa agroquímica está construindo um novo projeto de piraclostrobina com capacidade de 30.000 toneladas/ano, produzindo 8 toneladas/hora de efluente salino como subproduto. A composição do efluente é: Na₂SO₄ 15%, NaCl 12%, DQOcr 800 mg/L. A empresa necessita de:

1. Descarte zero de águas residuais em toda a planta;

2. Sulfato de sódio ≥99,0%, cloreto de sódio ≥98,5% (padrão de sal úmido industrial refinado);

3. Consumo energético total por tonelada de água para o sistema de evaporação ≤42 kWh;

4. Todo o sal cristalino será vendido externamente, gerando uma receita anual de pelo menos 3,2 milhões de RMB.

II. Rota do Processo – “Nitrificação de Alta Temperatura por MVR de Duplo Efeito + Salificação de Baixa Temperatura por MVR de Efeito Simples + Acoplamento de Refrigeração”

1. Pré-tratamento: As águas residuais com alta dureza e alta DQO passam primeiro por “oxidação catalítica por ozonização + amolecimento químico + microfiltração tubular”, resultando em dureza do efluente ≤50 mg/L e DQO ≤200 mg/L, pré-aquecidas a 95°C.

2. Seção de Concentração e Extração de Nitrato por MVR de Duplo Efeito: O evaporador de película descendente de primeiro efeito (tubos de troca de calor de titânio) evapora a 95 °C, com um aumento de temperatura do compressor de 18 °C. A densidade de descarga é de 1,28 t/m³ e a supersaturação de Na₂SO₄ é de 1,15. Os cristais são continuamente descarregados para o espessador. O evaporador de circulação forçada de segundo efeito utiliza o vapor secundário do primeiro efeito, operando a 78 °C, para concentrar ainda mais o Na₂SO₄ até próximo da saturação. A solução-mãe é retornada ao primeiro efeito. Os cristais de sulfato de sódio são centrifugados, desidratados e, em seguida, enviados para um secador instantâneo. A pureza do produto é de 99,3%, a brancura é de 82 e a água livre é ≤0,2%.

3. Extração profunda de nitrato via criocristalização: A solução-mãe do sistema de duplo efeito é resfriada a 2 °C, resultando em uma grande precipitação de sulfato de sódio decahidratado (Na₂SO₄·10H₂O). Esse precipitado é então retornado ao sistema de duplo efeito por meio de fusão a quente, garantindo uma taxa de recuperação total de Na₂SO₄ ≥ 97%. 

4. Seção de Decantação de Sal do Reator de Volume Modular Simples (MVR): O sobrenadante criogênico (NaCl ~18%, Na₂SO₄ ≤2%) entra no MVR de circulação forçada simples, operando a 55 °C (vácuo de -87 kPa), e é concentrado até a supersaturação de NaCl. A suspensão cristalina é descarregada em uma centrífuga para obtenção de NaCl refinado com pureza de 98,8% e água livre ≤0,3%. Uma pequena quantidade de impurezas na solução-mãe é seca por secagem em tambor rotativo e vendida como agente de degelo, obtendo-se assim sua utilização completa.

5. Condensado e Recuperação de Calor: O vapor secundário é comprimido mecanicamente e totalmente reutilizado. O condensado é tratado por um leito de troca catiônica + leito misto, com condutividade ≤20μS/cm, e é totalmente reutilizado como água de reposição para a circulação da água de resfriamento. O calor residual do sistema é utilizado para pré-aquecer a água bruta, atingindo uma eficiência térmica global de 92%.

III. Equipamentos e Materiais Essenciais

1. Unidade de evaporação de duplo efeito (MVR): Capacidade de evaporação de 6 t/h (4 t/h para o primeiro efeito, 2 t/h para o segundo efeito). O compressor é do tipo centrífugo de levitação magnética com potência de 560 kW, taxa de compressão de 1,7 e COP de 7,8. 

2. MVR de efeito simples: Capacidade de evaporação de 2 t/h, potência do compressor de 160 kW, tubos de troca de calor de titânio, resistentes à corrosão por Cl⁻.

3. Unidade de refrigeração: Refrigeração indireta com etilenoglicol, capacidade de refrigeração de 850 kW, controle por inversor de frequência, flutuação de temperatura de ±0,5 ℃.

4. Componentes para fluxo úmido: Placa composta de aço inoxidável duplex 2205 + Ti, que prolonga a vida útil do equipamento para mais de 12 anos.

IV. Dados Operacionais (Avaliação de Desempenho em Março de 2024)

1. Capacidade de processamento: 8,0 t/h (carga de 100%)

2. Consumo total de energia para evaporação: 39,8 kWh/t de água (incluindo 8,2 kWh para refrigeração)

3. Consumo de vapor: 0,03 t/t de água (apenas pré-aquecimento)

4. Produção de sulfato de sódio: 1,28 t/h, Receita anual: 1,65 milhões de RMB

5. Produção de cloreto de sódio: 0,95 t/h, Receita anual: 1,55 milhão de RMB

6. Taxa de sal impuro: 1,8% (significativamente inferior à média da indústria de 5%)

V. Destaques técnicos

1. Conexão da série MVR "Duplo efeito + Simples efeito", sem necessidade de reposição de vapor, economizando 58% mais energia do que a evaporação tradicional de triplo efeito.

2. Precipitação de nitrato em alta temperatura - precipitação de sal em baixa temperatura - acoplamento por resfriamento, separação de sal e nitrato em uma única etapa, pureza do sal cristalizado acima de 98%.

3. Controle inteligente DCS + APC de processo completo, ajuste online em circuito fechado da densidade final de evaporação e do tamanho das partículas de cristal, permitindo operação autônoma. 4. Design modular montado em skid, o equipamento principal ocupa apenas 480 m², com um período de construção de 4,5 meses, 30% menor do que projetos similares.

VI. Cliente

Valor: Após a entrada em operação do projeto, a empresa reduzirá os custos de descarte de resíduos perigosos em 4,2 milhões de yuans anualmente, gerará 3,2 milhões de yuans em receita com a venda de sal como subproduto e alcançará um lucro líquido de 7,4 milhões de yuans; simultaneamente, atingirá o descarte zero de águas residuais com alta salinidade, fornecendo uma base sólida de desempenho ambiental para seu futuro IPO.