Evaporador MVR de sulfato de amónio para fertilizante composto com capacidade de 900.000 toneladas/ano

Esquema do Processo

1. Materiais e Termodinâmica

O sulfato de amônio apresenta uma elevação do ponto de ebulição (Δbpe) de 6,5 °C. A 55% em peso e 90 °C, a solução é altamente corrosiva e rica em impurezas orgânicas, exibindo uma forte tendência à formação de espuma. O projeto emprega um sistema MVR (Reciclagem a Vácuo Médio) de dois estágios: primeiro, redução da concentração do filme para 35%, seguida de cristalização por circulação forçada até 55%, equilibrando o consumo de energia e as propriedades antiespumantes.

2. Visão geral do processo

Licor-mãe de sulfato de amônio → Filtro de cesto (400 μm) → Pré-aquecedor (recuperação do calor sensível do condensado até o ponto de ebulição) → Evaporador de película descendente de primeiro estágio → Evaporador de circulação forçada de segundo estágio → Cristalizador Oslo → Centrífuga de pistão de dois estágios → Secador de leito fluidizado → Embalagem. O vapor secundário é aquecido a 18 °C por um compressor centrífugo de liga de titânio e reutilizado; o condensado, com condutividade ≤ 30 μS/cm após tratamento de leito misto polido, é totalmente utilizado como água de lavagem para a granulação de fertilizantes compostos, obtendo-se um processo de circuito fechado.

3. Parâmetros principais

• Vazão de água por evaporação: 62 t/h

• Concentração da ração: 12%

• Teor de sólidos na descarga: 55%

• Compressor: Centrífugo de estágio único, diâmetro do impulsor de 1,6 m, potência de 5,2 MW, eficiência isentrópica de 86%, faixa de velocidade de 20 a 105%.

• Coeficiente global de transferência de calor: seção de filme descendente ≥4,2 kW·m⁻²·K⁻¹, seção de circulação forçada ≥3,0 kW·m⁻²·K⁻¹

• Consumo de eletricidade por tonelada de água: 26,8 kWh

• Economia anual de carvão padrão: 41.000 toneladas

• Redução das emissões de CO₂: 107.000 toneladas/ano

Seleção de equipamentos e materiais

1. Aquecedor: A seção de película descendente utiliza tubos de troca de calor de aço duplex 2205 de φ25×1,5mm, com 6m de comprimento, totalizando 11.000 tubos, com revestimento externo em Q345R; a seção de circulação forçada é do tipo placa, com área de placa individual de 2m², totalizando uma área de troca de calor de 3500m².

2. Câmara de evaporação: φ4,2m×14m, placa composta de aço inoxidável 2205 + titânio, desembaçador superior de malha de fio de titânio com retenção de 99,5%, ângulo de cone inferior de 60° + bomba de fluxo axial montada lateralmente com vazão de 18.000 m³/h, altura manométrica de 4m, conversão de frequência, velocidade de fluxo da suspensão cristalina de 3,5m/s, ciclo de incrustação ≥30 dias.

3. Compressor: Rotor integral em liga de titânio TA19, fresado em cinco eixos, com revestimento superficial a laser com camada resistente à corrosão; entrada equipada com ciclone + desembaçador de duplo estágio com malha de arame para garantir densidade de gotículas ≤20mg/Nm³.

4. Limpeza online: O sistema CIP, equipado com 5% de HNO₃, 3% de NaOH e o inibidor de incrustações especial PAA-Na, a 25 ppm, inicia automaticamente a cada 25 dias de operação ou quando a queda de pressão for superior a 50 kPa, com tempo de limpeza ≤ 4 h.

Economia de energia e valorização econômica: Comparado ao reator de quatro efeitos original, ele economiza 343.000 toneladas de vapor, 2,4 milhões de toneladas de água de circulação e 58 milhões de yuans em custos operacionais anualmente. O consumo de energia por unidade é de 28 kWh/t de água.

Proteção e segurança ambiental:

1. Gás de exaustão: Após a condensação secundária do vapor, os gases não condensáveis (NH₃ ≤ 2 mg/m³) entram na torre de decapagem de dois estágios.

2. Licor-mãe: O licor-mãe centrifugado, rico em matéria orgânica, passa por secagem por aspersão em pequena escala e incineração em forno rotativo. Após a desnitrificação por SNCR, o gás de combustão atende aos padrões de emissão. O resíduo é fundido para produzir vidro, atingindo o objetivo de aterro sanitário com "zero licor-mãe".

3. Ruído: O compressor está alojado em uma cabine à prova de som, e a planta utiliza tecnologia de absorção sonora, resultando em ruído de fronteira diurno ≤ 55 dB(A).

4. Segurança: O evaporador está equipado com um disco de ruptura e uma válvula de segurança para alívio duplo de pressão.

Automação: Utilizando um sistema de controle automático Kang Jinghui com 4.200 pontos de entrada/saída, parâmetros-chave como intensidade de evaporação, linha de sobrepressão do compressor e tamanho das partículas de cristal são otimizados em tempo real, com flutuações no consumo de energia inferiores a ±1%. O sistema permite monitoramento remoto, possibilitando operação sem supervisão e inspeções com equipe reduzida, diminuindo a força de trabalho de 18 para 6 pessoas por turno.

Resultados operacionais

1. Capacidade: A capacidade real de evaporação é de 64 t/h, excedendo a capacidade projetada em 3%; o sulfato de amônio, como subproduto, é de 3,2 t/h, resultando em uma capacidade anual de 26.000 toneladas. N ≥ 21%, H₂O ≤ 0,3%, todos reciclados para a linha de produção de fertilizantes compostos.

2. Esgoto: DQO do condensado ≤ 40 mg/L, nitrogênio amoniacal ≤ 5 mg/L, com capacidade anual de reciclagem de 520.000 toneladas.

3. Confiabilidade: 98% de tempo de atividade, ciclo de limpeza planejado de 30 dias, tempo máximo de operação de 46 dias; taxa de falha do equipamento de 0,3 vezes/mês, significativamente menor que a média do setor de 1,5 vezes/mês.

Valor para o Cliente

Este projeto substitui completamente a evaporação multiefeito tradicional pela tecnologia MVR, fornecendo uma solução de concentração de sulfato de amônio "sem vapor, sem emissões e de baixo custo" para uma fábrica de fertilizantes compostos com capacidade de 900.000 toneladas/ano, gerando benefícios econômicos anuais de 58 milhões de yuans e reduzindo as emissões de CO₂ em 107.000 toneladas.