Un sistema de cristalización por evaporación MVR de cloruro de sodio de 5 t/h + un sistema deshidratador de licor madre de una empresa de química fina

Antecedentes del proyecto

Una empresa de productos químicos finos que cotiza en bolsa produce aproximadamente 40.000 toneladas de aguas residuales con alto contenido en sal al año como subproducto de su producción anual de 120.000 toneladas de sosa cáustica con membrana de intercambio iónico. El caudal promedio es de 5 toneladas por hora. Los componentes principales son: NaCl 18-20 %, SO₄²⁻ 2.000 mg/L, Ca²⁺/Mg²⁺ 300 mg/L, DQOcr 5.000-8.000 mg/L, pH 9-10 y trazas de disolventes bencénicos. El vertido directo de esta agua bruta provocará que los contaminantes característicos superen los estándares. La evaporación tradicional de triple efecto consume 0,42 toneladas de vapor por tonelada de agua, lo que genera altos costos operativos y un secado incompleto de las aguas madres. En 2024, la empresa decidió construir un nuevo sistema de evaporación y cristalización de cloruro de sodio MVR de 5 t/h + deshidratador de licor madre, que requiere cero reposición de vapor, un contenido de humedad del licor madre ≤30%, TDS del condensado ≤50 mg/L y reutilización completa para la salmuera primaria en la producción de sosa cáustica. El periodo de recuperación de la inversión es ≤2 años.

Ruta de proceso

1. Reevaluación termodinámica y de la calidad del agua

Las pruebas de laboratorio muestran que el punto de ebullición de estas aguas residuales es Δbpe = 8,5 °C (20 % NaCl, 90 °C), que disminuye a 6,2 °C con un vacío de -0,08 MPa. La circulación forzada MVR + cristalización de Oslo es adecuada. El índice de incrustación de Ca²⁺/Mg²⁺ es >2,5 cuando se concentra al 28 %, lo que requiere un sistema de doble capa de ablandamiento e inhibidor de incrustaciones.

2. Descripción general del proceso

Aguas residuales de alta salinidad → Tanque de ecualización (50 m³, agitado con aire) → Flotación por aire disuelto de alta eficiencia (DAF, tasa de eliminación de aceite ≥90%) → Ablandamiento de resina (Ca²⁺/Mg²⁺ ≤20 mg/L) → Evaporador MVR → Cristalizador Oslo → Centrífuga de pistón de dos etapas → Secado en lecho fluidizado (110 ℃, tiempo de residencia 3 s) → Envasado en bolsas de una tonelada de sal refinada.

El licor madre centrifugado (que contiene 25-28% de sal, DQO 40.000 mg/L) entra al sistema de deshidratación de licor madre: prensa de filtro de diafragma de alta presión (800 m², presión de alimentación 1,2 MPa, presión de prensado 2,0 MPa) → secado de cinta a baja temperatura (90 ℃, tiempo de residencia 40 min) → torta de filtración con un contenido de humedad ≤28% de sales mezcladas, que luego se envía al horno de cemento para coprocesamiento; el filtrado se devuelve al extremo frontal del MVR, logrando un ciclo de "licor madre cero".

3. Parámetros principales del MVR: Capacidad de evaporación nominal: 5,0 t/h, NaCl de alimentación: 20 %, contenido de sólidos de salida: 38-40 %. Cámara de evaporación: φ2200 × 5500 mm, volumen efectivo: 45 m³, construida con placa compuesta de acero dúplex 2205 y aleación de titanio, presión de diseño: -0,09 MPa.

Calentador: Tipo de placa, área de placa única 1,5 m², 200 placas en total, área total de intercambio de calor 300 m², temperatura de diseño 95 ℃, coeficiente de transferencia de calor ≥4500 W·m⁻²·K⁻¹;

Compresor: Centrífugo de una sola etapa, impulsor de aleación de titanio, caudal 7,5 t/h, relación de compresión 1,9, potencia instalada 450 kW, rango de regulación de velocidad 20-105%, eficiencia isentrópica ≥84%;

Bomba de circulación: Tipo de flujo axial, caudal 5000m³/h, altura 6m, control del convertidor de frecuencia, asegurando una velocidad de flujo de suspensión cristalina de 3,2m/s, ciclo de escalado ≥30 días.

Sistema de deshidratación de licor madre

1. Prensa de filtro de diafragma de alta presión: área de filtración de 800 m², placas de diafragma de PP-EL, presión de alimentación de 1,2 MPa, presión de prensado de 2,0 MPa, ciclo de circulación de 60 min, producción de un solo lote de 1,8 t de torta de filtración de sal mixta (28 % de contenido de agua).

2. Secado de cinta a baja temperatura: Cinta de malla de acero inoxidable, temperatura del aire caliente 90 ℃, intensidad de evaporación 12 kg de agua·m⁻²·h⁻¹, potencia instalada 45 kW, contenido de humedad de la torta de filtración seca ≤15 %, valor calorífico ≥2000 kcal/kg.

3. Filtrado: DQO 50.000 mg/L, después de la homogeneización, devuelto al frente del MVR, sin descarga de líquido con alto contenido de sal del sistema.

Selección de equipos y materiales

1. Protección contra la corrosión: Las piezas en contacto con el líquido de alimentación están hechas de aleación de titanio TA2/acero dúplex 2205 para evitar la corrosión por picaduras de Cl⁻; las tuberías de vapor secundarias están revestidas con PTFE para evitar que el condensado de DQO corroa el acero al carbono. 

2. Antiobstrucción: La superficie de la placa de película descendente está electropulida a Ra≤0,4 μm, y se instala un filtro de titanio extraíble (malla 60) en el puerto de distribución de líquido, con retrolavado periódico en línea.

3. Vacío: Combinación de bomba de anillo líquido + Roots de tres etapas, vacío máximo -0,098 MPa, el vacío de diseño se puede establecer en 5 minutos, capacidad de bombeo 150 kg/h.

4. Limpieza en línea: El sistema CIP está equipado con 5% HNO₃, 3% NaOH e inhibidor de incrustaciones (PAA-Na, 25 ppm), y se inicia automáticamente cada 20 días de funcionamiento o cuando la presión del sistema cae >50 kPa, tiempo de limpieza ≤3 h.

Consumo energético y ahorro: La unidad opera 8000 h al año, evaporando 40 000 t de agua y ahorrando 16 800 t de vapor (0,42 → 0 t/t de agua), lo que, a un precio de 220 yuanes/t, se traduce en un ahorro anual de 3,696 millones de yuanes; un ahorro de electricidad de 2,8 GWh; y un ahorro de agua de 32 000 toneladas. Los ingresos anuales por nuevas ventas (sal industrial + sal diversa + agua reciclada) alcanzaron los 12,6 millones de RMB, con una ganancia de 5,2 millones de RMB.

Protección y seguridad del medio ambiente

1. Gases de escape: Después de la condensación de vapor secundaria, los gases no condensables (serie de benceno ≤2 mg/m³) ingresan a un proceso de adsorción de resina de dos etapas + pirólisis de plasma, con una concentración de emisión de COV <20 mg/m³.

2. Licor Madre: Cantidad de torta de filtración de sal miscelánea ≤5% de la tasa de alimentación, todo enviado al horno de cemento para coprocesamiento; el sistema no tiene descarga de líquido con alto contenido de sal.

Automatización

Gracias al sistema de control automático Kang Jinghui con 2800 puntos de entrada y salida, indicadores clave como la intensidad de la evaporación, el tamaño de las partículas de cristal, la densidad del licor madre y el contenido de humedad de la torta de filtración se optimizan en tiempo real mediante algoritmos de control, con una fluctuación de la corriente del compresor <±1,0 %. La producción, el consumo de energía y los planes CIP se pueden consultar a distancia, lo que permite un modo de "operación autónoma + inspección con personal mínimo", reduciendo el número de personal por turno de 12 a 3.

Resultados operativos

1. Capacidad de producción: La capacidad real de evaporación de la unidad es de 5,2 t/h, superando la capacidad de diseño en un 4 %; la sal industrial como subproducto es de 1,0 t/h, con una capacidad de producción anual de 8000 toneladas. La pureza del NaCl es ≥99,1 % y la blancura ≥85.

2. Licor Madre: El filtro prensa de diafragma de alta presión produce 1,8 t/lote (base seca), con una producción anual de 1.200 toneladas de sales mezcladas, que se envían íntegramente al horno de cemento.

3. Efluente: El condensado MVR tiene una DQO ≤50 mg/L y una conductividad ≤40 μS/cm, todo lo cual se recicla para salmuera primaria, con un volumen de reciclaje anual de 40.000 toneladas.

4. Confiabilidad: La tasa de operación es del 97%, el ciclo de limpieza planificado es de 30 días y el tiempo de operación real es de hasta 45 días; la tasa de falla del equipo es de 0,3 veces al mes, mucho menor que el promedio de la industria de 1,2 veces al mes.