Sistema de cristalização por evaporação de fluxo cruzado de triplo efeito com hidroxila de sódio, 5 t/h

I. Contexto do Projeto 

Esta fabricante de novos materiais de fluorosilicone tem uma capacidade de produção anual de 20.000 toneladas de álcoois fluorocarbonados e monômeros modificados com fluorosilicone. O processo de produção gera 5 t/h de licor-mãe de hidróxido de sódio (equivalente à evaporação de água), com os seguintes componentes: glicolato de sódio (hidroxiacetato de sódio) 220-250 g/L, NaCl 60-80 g/L, NaF 15-25 g/L, colóide de SiO₂ 300 mg/L, DQO 8000 mg/L, cor 3000 vezes e temperatura de 55 °C. O evaporador de efeito simples original consumia 0,48 t/t de vapor de água e o equipamento sofria com severa formação de coque e incrustações de SiO₂. Além disso, a pureza do hidróxido de sódio era inferior a 90%, tornando-o invendável. Em 2024, a empresa decidiu implementar uma atualização tecnológica de "emissão zero". Entregamos um sistema de cristalização por evaporação de fluxo cruzado de triplo efeito com hidroxila de sódio, com capacidade de 5 t/h, sob um modelo EPC. O sistema iniciou suas operações com sucesso em março de 2025 e está em funcionamento contínuo há mais de 7.200 horas até o momento, com um consumo de vapor de 0,25 t/t de água, pureza da hidroxila de sódio ≥ 99,0% e um aumento anual na receita de 22 milhões de yuans.

II. Rota do Processo

1. Características do Afluente

Elevação do ponto de ebulição Δb = 13℃ (TDS 320g/L, 70kPa·A)

Termossensível: o hidroxila de sódio (> 100 °C) descarboxila-se facilmente, formando etilenoglicol; o NaF (> 60 °C) tem sua solubilidade reduzida drasticamente, facilitando a co-deposição.

Alto teor de SiO₂, alta DQO, fator de incrustação RF = 0,90, altamente corrosivo

2. Visão geral do processo

Licor-mãe → Resfriamento e dessiliconização (MgO + PAC, SiO₂ ≤ 50 mg/L) → Precipitação de alta densidade (Ca²⁺ ≤ 30 mg/L) → Microfiltração tubular (SDI ≤ 3) → Pré-aquecimento em dois estágios (condensado + vapor secundário) → Evaporador de fluxo cruzado de triplo efeito → Cristalizador DTB A (precipitação de NaF em baixa temperatura) → Cristalizador DTB B (precipitação de hidroxila de sódio em temperatura média) → Centrifugação → Secagem em leito fluidizado → Embalagem automática

O vapor vivo opera a 0,4 MPa(g) e 152°C. A câmara de aquecimento do primeiro efeito utiliza uma placa tubular composta de 2507 + titânio, enquanto o segundo e o terceiro efeitos utilizam 2205, garantindo uma margem de segurança contra a corrosão por íons fluoreto e cloreto.

3. Inovação de Processos

Fluxo cruzado + primeiro efeito a baixa temperatura: Primeiro efeito a 65 °C, segundo efeito a 55 °C, terceiro efeito a 45 °C. A precipitação de NaF a baixa temperatura no primeiro efeito reduz o arraste de hidroxila de sódio em menos de 2%.

Cristalização separada: Controlando a densidade de cada componente para introduzir cristais-semente, segmento de NaF ΔC <1,5g/L, segmento de hidroxila de sódio ΔC <2,5g/L, pureza do sal ≥99% para todos os componentes.

Resfriamento instantâneo a vácuo + reutilização da bomba de calor: A compressão parcial e a pressurização do vapor secundário no terceiro efeito a 18°C impulsionam a evaporação no primeiro efeito, economizando 15% de vapor.

Desfluorinação online: Uma torre de lavagem alcalina é instalada na tubulação de vapor secundário, atingindo uma taxa de absorção de F⁻ >99% e uma concentração de F⁻ no gás residual ≤0,5mg/m³.

III. Configuração do equipamento

1. Evaporadores: Efeito simples 60m², Efeito duplo 50m², Efeito triplo 40m², área total de troca de calor 150m², margem de projeto 25%.

2. Cristalizadores: Duas unidades DTB, material 2507 + revestimento de borracha, pressão de projeto -0,1MPa, densidade da pasta 25-30%.

3. Centrífugas: LW450×1800-N, fator de separação 1400, conversor de frequência, abertura da tela 0,08 mm, seção de lavagem utiliza solução-mãe resfriada a 3 °C.

4. Secagem: Leito fluidizado circulante de circuito fechado, proteção com nitrogênio, teor de oxigênio <3%, temperatura do produto ≤50℃, para evitar a decomposição térmica do hidróxido de sódio.

IV. Automação e Economia de Energia

1. DCS+APC: Controle preditivo multivariável da taxa de evaporação, nível do líquido, densidade e grau de vácuo, com flutuação de ±3%.

2. Sistema duplo de circuito fechado com controle preditivo de fluxo de vapor e controle de temperatura, consumo de vapor vivo de 0,25 t/t de água, melhor que o valor de projeto de 0,30 t. O condensador de vapor secundário utiliza um trocador de calor de placas de titânio, consumindo apenas 2,5 t/t de água de resfriamento, economizando 15% mais energia elétrica do que os condensadores de superfície tradicionais.

3. Sistema SIS com redundância dupla: 14 intertravamentos, incluindo baixo nível de líquido, alto vácuo, vibração da centrífuga e concentração excessiva de F⁻, com um tempo de resposta inferior a 500 ms.

V. Dados Operacionais (Avaliação de Desempenho em Junho de 2025)

• Capacidade de processamento: 5 t/h (Design 5)

• Taxa de produção de água: 80% (incluindo a reutilização do condensado)

• Vapor vivo: 0,25 t/t de água (Projeto 0,30)

• Consumo de energia: 20 kWh/t de água (bomba de circulação + bomba de vácuo + centrífuga)

• Produção: Hidróxido de sódio 1,8 t/d, pureza 99,2%; NaF 0,3 t/d, pureza 98,5%; NaCl 0,4 t/d, pureza 98,8%, todos atingindo o padrão industrial de primeira classe em base seca.

• Condensado: TDS≤100mg/L, F⁻≤3mg/L, SiO₂≤5mg/L, reutilizado na circulação da água de resfriamento, reduzindo o consumo total de água da planta em 10%.

VI. Benefícios Econômicos e Ambientais

Economia anual de vapor de 0,6 milhão de toneladas, equivalente a 700 toneladas de carvão padrão, reduzindo as emissões de carbono em 1.800 toneladas. Economia de 3 milhões de yuans por ano em custos de transporte de resíduos perigosos (originalmente 2.500 yuans/t × 1.200 toneladas). O hidroxila de sódio é vendido a 12.000 yuans/t e o NaF a 6.000 yuans/t, resultando em uma receita adicional de 22 milhões de yuans por ano.

VII. Feedback do cliente

"O sistema de triplo efeito de fluxo cruzado de 5 t/h está em funcionamento há seis meses, com o nível de vácuo estável em -88 kPa e a pureza do hidroxila de sódio consistentemente acima de 99%, resolvendo completamente os problemas de incrustação e consumo de energia da solução-mãe contendo fluoreto."