Evaporador de triplo efeito de 5 t/h para cloreto de sódio, cloreto de amónio e sulfito de sódio.

I. Contexto do Projeto 

Uma empresa de materiais fluorados produz 30.000 toneladas de refrigerante HFC-32 anualmente, gerando 5 t/h de efluentes de lavagem com a seguinte composição: NaCl 140-160 g/L, NH₄Cl 45-55 g/L, Na₂SO₃ 25-35 g/L, F⁻ 1,2 g/L, DQO 3000 mg/L, coloração 2000 vezes e temperatura de 50 °C. O evaporador de efeito simples original consumia 0,45 t/t de vapor de água e o equipamento apresentava problemas como incrustação, odor de amônia e pureza do sal misto inferior a 90%, tornando-o adequado apenas para vendas externas de baixo custo. Em 2024, o cliente decidiu construir uma modernização tecnológica com "emissão zero". A Kang Jinghui forneceu um sistema de evaporação de triplo efeito com capacidade de 5 t/h sob o modelo EPC (Engenharia, Aquisição e Construção). A usina iniciou suas operações com sucesso em sua primeira tentativa, em março de 2022, e opera continuamente desde então. O consumo de vapor é de 0,27 t/t de água, e as concentrações de NaCl, NH₄Cl e Na₂SO₃ atendem aos requisitos do cliente, gerando uma receita anual adicional de 18 milhões de yuans.

II. Rota do Processo

1. Características da água de entrada

Elevação do ponto de ebulição Δb = 12℃ (TDS 230g/L, 70kPa·A)

Termossensível: o NH₄Cl decompõe-se significativamente a temperaturas superiores a 85 °C, enquanto a taxa de oxidação do Na₂SO₃ acelera a temperaturas superiores a 60 °C.

Alto teor de F⁻, alta DQO, fator de incrustação RF = 0,88, altamente corrosivo

2. Visão geral do processo

Água de enxágue → Resfriamento e desfluoração (Ca(OH)₂ + PAC, F⁻ ≤ 15 mg/L) → Precipitação de alta densidade (Mg²⁺ ≤ 20 mg/L) → Microfiltração tubular (SDI ≤ 3) → Pré-aquecimento em dois estágios (condensado + vapor secundário) → Evaporador de contracorrente de triplo efeito → Cristalizador DTB A (precipitação de Na₂SO₃ em baixa temperatura) → Cristalizador DTB B (precipitação de NH₄Cl em temperatura média) → Cristalizador Oslo C (precipitação de NaCl em alta temperatura) → 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 aço inoxidável 2507 e titânio, enquanto o segundo e o terceiro efeitos utilizam aço inoxidável 2205, garantindo uma margem de segurança contra a corrosão por íons cloreto e fluoreto.

3. Inovação de Processos

Contracorrente + Primeiro Efeito em Baixa Temperatura: O gradiente de temperatura do terceiro efeito é de 65-55-45℃. O primeiro efeito precipita Na₂SO₃ em baixa temperatura, reduzindo a perda por oxidação em <3%.

Cristalização Separada: O controle da densidade em cada etapa garante a formação de cristais-semente. ΔC <2g/L para Na₂SO₃, ΔC <3g/L para NH₄Cl e ΔC <4g/L para NaCl, com pureza do sal ≥98%.

Resfriamento instantâneo a vácuo + reciclagem por bomba de calor: O vapor secundário do segundo efeito é parcialmente comprimido e pressurizado a 18°C para impulsionar a evaporação no primeiro efeito, economizando 12% de vapor.

Remoção de amônia online: Uma torre de lavagem ácida é instalada na tubulação de vapor secundário, atingindo uma taxa de absorção de NH₃ >99% e concentração de amônia no gás residual ≤1mg/m³. 

III. Configuração do equipamento

Evaporadores: 80m² para efeito simples, 70m² para efeito duplo e 60m² para efeito triplo, área total de troca de calor de 210m², margem de projeto de 25%.

Cristalizadores: Três unidades DTB, em aço inoxidável 2507 com revestimento de borracha, pressão de projeto de -0,1 MPa, densidade da pasta de 25 a 30%.

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

Secagem: Leito fluidizado circulante de circuito fechado, proteção com nitrogênio, teor de oxigênio <3%, temperatura do produto ≤50℃, prevenindo a decomposição do NH₄Cl.

IV. Automação e Economia de Energia

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

Sistema duplo de circuito fechado com controle preditivo de fluxo de vapor e feedback de temperatura, consumo de vapor vivo de 0,27 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 2,8 t/t de água de resfriamento, resultando em uma economia de energia de 15% em comparação com os condensadores de superfície tradicionais.

Sistema SIS com redundância dupla: 14 intertravamentos, incluindo baixo nível de líquido, alto vácuo, vibração da centrífuga e concentração excessiva de amônia, 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: 82% (incluindo a reutilização do condensado)

• Vapor vivo: 0,27 t/t de água (Projeto 0,30)

• Consumo de energia: 22 kWh/t de água (bomba de circulação + bomba de vácuo + centrífuga)

• Produção: NaCl 1,2 t/d, pureza 99,2%; NH₄Cl 0,5 t/d, teor de nitrogênio 25,2%; Na₂SO₃ 0,3 t/d, pureza 97,5%, todos atingindo o padrão industrial de primeira classe em base seca.

• Condensado: TDS≤120mg/L, F⁻≤5mg/L, NH₃≤10mg/L, reutilizado na água de resfriamento circulante, reduzindo o consumo total de água da planta em 8%.

VI. Benefícios Econômicos e Ambientais

Economia anual de vapor de 0,45 milhões de toneladas, equivalente a 500 toneladas de carvão padrão, reduzindo as emissões de carbono em 1.300 toneladas. Economiza 2,4 milhões de yuans por ano em custos de transporte de resíduos perigosos (originalmente 2.000 yuans/t × 1.200 toneladas). Preços de venda dos diferentes sais: NaCl 480 yuans/t, NH₄Cl 900 yuans/t, Na₂SO₃ 1.200 yuans/t, gerando uma receita adicional de 18 milhões de yuans por ano. Período de retorno do investimento: 1,3 anos.

VII. Feedback do cliente

"Após seis meses de operação do sistema de triplo efeito de 5 t/h, o nível de vácuo estabilizou em -88 kPa. A pureza dos três sais atende aos padrões e o odor de amônia desapareceu completamente. Ele realmente transforma 'três resíduos' em 'três produtos'."