5º evaporador MVR de cloreto de sódio 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 unidade de cristalização por evaporação de triplo efeito com capacidade de 5 t/h (doravante denominada "esta unidade"), que trata 90% do volume de 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 Resumo 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 área superficial Ra≤0,6μm em contato com os materiais, 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.

• Efeito I de Filme Descendente: Vapor vivo a 0,6 MPa (158 °C) entra pelo lado do casco do Efeito I; água residual pré-aquecida a 45 °C entra pelo lado dos tubos, concentrando-se 1,5 vezes; vapor secundário a 120 °C serve como fonte de calor para o Efeito II.

• Contracorrente de II/III efeito: o ponto de ebulição do II efeito é de 95 °C e o do III efeito é de 72 °C; uma bomba de vácuo mantém a pressão no último efeito em -0,075 MPa; o coeficiente global de transferência de calor específico é de 1800 W/m²·K e a taxa de evaporação é de 12 kg/m²·h.

• Separação por cristalização: A concentração de descarga do III-Effect é de 28% (próxima da saturação), sendo bombeada para um cristalizador de circulação forçada do tipo OSLO; a temperatura de operação é de 82 °C, a densidade da suspensão é de 20%; a centrifugação produz sal úmido com teor de água ≤ 3% e brancura de 80%. ⑤ Secagem da solução-mãe: A solução-mãe centrifugada, com DQO de 100.000 mg/L, é seca em um secador de pás para obter 0,6 t/d de sais mistos com teor de água de 5%, que são então enviados 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 (bomba de triplo efeito + termocompressão)

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

• Sistema de vácuo: Anel de água + Roots em 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 técnicos

3.1 Termocompressão e Recompressão de Vapor (TVR)

O vapor secundário do Efeito I a 120°C é pressurizado a 135°C por uma bomba de jato de vapor de 0,8MPa antes de retornar ao lado do casco do Efeito I, economizando 18% de vapor e reduzindo o consumo total de vapor para 0,32kg/kg de água.

3.2 Prevenção em Escala e CIP

O CIP online utiliza limpeza alternada a 80 °C com 2% de NaOH + 1% de HNO₃, com um ciclo de 10 dias e um tempo de limpeza de 4 horas. 3.3 Controle de Qualidade do Sal

Os produtos químicos são processados utilizando um processo de classificação e lavagem OSLO, resultando em um tamanho de cristal D50 de 0,7 mm. Após a centrifugação, os cristais são enxaguados com água deionizada fria a 2°C durante 5 segundos, atingindo uma pureza de NaCl de 97%.

3.4 Tratamento Profundo de Condensados

O condensado secundário com DQO de 300 a 500 mg/L e metanol ≤ 5 mg/L é tratado com um filtro catalítico de ozônio + biológico, atingindo uma DQO do efluente ≤ 30 mg/L. Este efluente é então reutilizado no sistema de água de resfriamento circulante, atingindo uma taxa de reutilização de 95%.

IV . Resultados Operacionais A unidade iniciou suas operações com sucesso na primeira tentativa, em novembro de 2023. Dados da 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".