5º sistema de cristalização por evaporação de cloreto de sódio de triplo efeito para empresas de pigmentos químicos

Na indústria química de pigmentos, o tratamento de efluentes salinos sempre foi um aspecto crucial da proteção ambiental e da reciclagem de recursos para as empresas. Uma renomada empresa de pigmentos químicos, especializada na produção de pigmentos orgânicos de alta qualidade, como pigmentos azo e ftalocianina, possui uma capacidade de produção anual de 30.000 toneladas. Durante seu processo produtivo, gera diariamente uma grande quantidade de efluentes com cloreto de sódio, com concentrações que variam entre 8% e 15%. Esses efluentes contêm traços de impurezas orgânicas, como pigmentos e aditivos, apresentando alta coloração e um valor de DQO (Demanda Química de Oxigênio) superior a 2000 mg/L. O descarte direto poluiria severamente os corpos d'água e desperdiçaria valiosos recursos salinos.

I. Contexto do Projeto

Diante de regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas e da própria necessidade de desenvolvimento sustentável da empresa, esta organização precisava urgentemente de um sistema de evaporação e cristalização de cloreto de sódio altamente eficiente, econômico em termos energéticos e ecologicamente correto, para alcançar o descarte zero de efluentes e a recuperação de recursos do cloreto de sódio. Após pesquisa de mercado e comparação de tecnologias, o sistema de evaporação e cristalização de cloreto de sódio de triplo efeito da 5th foi o escolhido. Este sistema conquistou a preferência do cliente devido ao seu excelente efeito de economia de energia, desempenho operacional estável e operação altamente automatizada.

II. Rota do Processo

1. Etapa de pré-tratamento

Descoloração e degradação: A água bruta entra primeiro no tanque de equalização. Após homogeneização e equalização, é bombeada para o reator de descoloração. Um agente descolorante especial (reagente de Fenton) é adicionado, e uma reação de oxidação é realizada em condições ácidas (pH 3-4) para quebrar as grandes moléculas de pigmento e descolori-las. O tempo de reação é de 2 horas, com uma taxa de descoloração superior a 95% e redução da DQO (Demanda Química de Oxigênio) para menos de 500 mg/L.

Neutralização e Abrandamento: Após a descoloração, a água residual entra no tanque de neutralização. Hidróxido de sódio é adicionado para ajustar o pH para 8-9, e carbonato de sódio é adicionado simultaneamente para remover íons de cálcio e magnésio e evitar incrustações no evaporador subsequente. Após o abrandamento, a dureza da água (calculada como CaCO₃) é reduzida para menos de 50 mg/L.

Filtração e pré-aquecimento: A água amolecida é filtrada através de uma prensa de filtro de placas para remover os sólidos em suspensão. O filtrado entra no pré-aquecedor, onde é pré-aquecido a 80 °C utilizando vapor secundário gerado pelo sistema de evaporação, preparando-o para a etapa de evaporação e cristalização.

2. Estágio de evaporação e cristalização de triplo efeito

Evaporador de Primeiro Efeito: Após o pré-aquecimento, o efluente entra no evaporador de película descendente de primeiro efeito. Vapor fresco é introduzido no lado do casco, enquanto o efluente evapora no lado dos tubos sob vácuo de -50 kPa a uma temperatura de evaporação de 85 °C. Isso gera vapor secundário, que serve como fonte de calor para o segundo efeito. A concentração do efluente aumenta para 15% e o cloreto de sódio começa a precipitar. A suspensão cristalina é bombeada através de uma bomba de circulação para o separador de primeiro efeito, onde os cristais de cloreto de sódio são inicialmente separados. A solução-mãe é então retornada ao evaporador de circulação de primeiro efeito.

Evaporador de Segundo Efeito: O vapor secundário do primeiro efeito entra no evaporador de circulação forçada de segundo efeito, concentrando ainda mais as águas residuais a 25% a uma temperatura de evaporação de 70 °C e um vácuo de -70 kPa. Uma grande quantidade de cristais de cloreto de sódio precipita. A suspensão cristalina é bombeada através da bomba de descarga do segundo efeito para um espessador. Após a espessação, entra em uma centrífuga para desidratação, reduzindo o teor de umidade do sal úmido para menos de 3%. O licor-mãe é retornado ao segundo efeito para evaporação adicional.

Evaporador de Triplo Efeito: O vapor secundário do segundo efeito serve como fonte de calor para o terceiro efeito, concentrando as águas residuais até quase a saturação. A temperatura de evaporação é de 55 °C e o grau de vácuo é de -85 kPa. Os cristais residuais de cloreto de sódio precipitam e a lama é bombeada para uma centrífuga através da bomba de descarga de triplo efeito. O licor-mãe entra em um tanque de licor-mãe e é periodicamente retornado ao sistema de pré-tratamento para garantir o equilíbrio de sais e a remoção de impurezas.

3. Fase Pós-Tratamento

1. Desidratação centrífuga: A suspensão resultante do primeiro e segundo efeitos é desidratada por centrifugação para obtenção de sal úmido. O sal úmido entra em um secador de leito fluidizado, onde é aquecido a 100 °C com vapor e seco por 30 minutos para obtenção de cloreto de sódio refinado com teor de umidade ≤ 0,5% e pureza ≥ 99%, atendendo aos padrões para sal industrial refinado. Pode ser comercializado diretamente como subproduto.

2. Recuperação de Condensado: O vapor secundário gerado durante a evaporação é condensado em água em um condensador. O condensado é puro, com condutividade ≤50μS/cm, e é totalmente reutilizado no processo produtivo, possibilitando a reciclagem de recursos hídricos e uma economia de até 15.000 toneladas de água doce por ano.

III. Equipamentos e Materiais Essenciais

1. Evaporador: O evaporador de película descendente de efeito simples utiliza tubos de troca de calor de titânio, que são resistentes à corrosão e possuem um alto coeficiente de transferência de calor; os evaporadores de circulação forçada de segundo e terceiro efeito são feitos de aço inoxidável duplex 2205, que possui forte resistência à corrosão por pites e frestas e uma longa vida útil.

2. Centrífuga: Equipada com uma centrífuga horizontal de descarga por parafuso, possui grande capacidade de processamento, alta eficiência de desidratação e alto grau de automação, reduzindo a intervenção manual.

3. Sistema de vácuo: Uma bomba de vácuo de anel líquido é utilizada para fornecer um ambiente de vácuo estável para o evaporador, garantindo uma evaporação eficiente.

IV. Dados Operacionais

O sistema opera de forma estável, com uma capacidade de processamento de 5 t/h, um consumo unitário de vapor de 0,35 t/t de água, um consumo energético total de 35 kWh/t de água, uma taxa de recuperação de cloreto de sódio superior a 90% e uma recuperação anual de 3.000 toneladas de sal refinado, gerando benefícios econômicos de aproximadamente 1,5 milhão de yuans, ao mesmo tempo que reduz o descarte de águas residuais em 18.000 toneladas e os custos de produção em 2 milhões de yuans. 

V. Destaques técnicos

1. Alta eficiência e economia de energia: O sistema de evaporação de triplo efeito utiliza vapor secundário em estágios, economizando mais de 40% de energia em comparação com a evaporação de efeito simples, reduzindo significativamente o consumo de vapor e os custos operacionais.

2. Alto grau de automação: O controle DCS completo permite o monitoramento em tempo real e o ajuste automático de parâmetros-chave, possibilitando a operação sem supervisão e reduzindo custos de mão de obra e riscos de erros operacionais.

3. Reciclagem de recursos: O cloreto de sódio é reciclado e o condensado é reutilizado, atingindo o descarte zero de águas residuais e maximizando a utilização de recursos, em consonância com os princípios da produção sustentável.

VI. Valor para o Cliente

Ao introduzir o sistema de cristalização por evaporação de cloreto de sódio de triplo efeito em 5º estágio, esta empresa não só resolveu o problema do tratamento de águas residuais salinas, atingindo a conformidade ambiental e a produção limpa, como também obteve subprodutos de sal refinado adicionais, criando novos pontos de crescimento econômico. O sistema opera de forma estável e confiável, proporcionando uma sólida garantia ambiental para a expansão da capacidade de produção de pigmentos da empresa, ajudando-a a continuar liderando a indústria química de pigmentos e estabelecendo um novo padrão ambiental para o setor.