Evaporador MVR de doble efecto de sulfato de sodio de 1200 t/d de una planta química

I. Descripción general del proyecto

En 2019, nuestra empresa diseñó y construyó para este cliente un evaporador MVR de doble efecto de sulfato de sodio de 1200 t/d, basado en el volumen de agua de evaporación. Arrancó con éxito en su primer intento en marzo de 2020, reduciendo el consumo de vapor a 0,08 t/t de agua y el consumo de electricidad a ≤22 kWh/t de agua. El coste energético total se redujo un 62 %, ahorrando 11 000 toneladas de carbón estándar al año.

II. Ruta del proceso

1. Características del material

• Elevación del punto de ebullición Δb = 11℃, 25 % Na₂SO₄, 65 kPa·A

• Sobresaturación crítica ΔCmax = 6 g/L, propensa a la nucleación a 45–50 ℃

• Altos niveles de Ca²⁺ y SiO₂, factor de escala RF = 0,85, lo que indica una salmuera con fuerte incrustación

2. Resumen del proceso

Materia prima → Clarificador de alta densidad → Añadir NaOH + Na₂CO₃ para eliminación del endurecimiento, Ca²⁺ ≤ 30 mg/L → Clarificador de placas y marcos → Lodos con 60 % de contenido de humedad transportados → Tanque de amortiguación → Precalentamiento primario → Condensado → Precalentamiento secundario → Vapor vivo → MVR de doble efecto

Primer efecto: Película descendente + compuesto de circulación forzada, 65 ℃, concentrado al 18 %

Segundo efecto: FC de circulación forzada + pierna de sal, 48 ℃, concentrado al 28 % → Cristalizador Oslo → Centrifugación → Secado con flujo de aire → Envasado en bolsas de una tonelada

El vapor secundario experimenta un aumento de temperatura de 20℃ después de pasar por un compresor centrífugo de alta velocidad de una sola etapa, con una relación de compresión de 1,8 y una eficiencia adiabática del 83%.

3. Aspectos innovadores destacados

MVR de doble efecto: el primer efecto utiliza una película descendente para manejar el 80% de la evaporación, mientras que el segundo efecto utiliza cristalización a baja temperatura, equilibrando el consumo de energía y el tamaño de las partículas de cristal.

Eliminación de silicio en línea: se agrega MgO + floculante en la sección de precalentamiento, SiO₂ ≤ 25 mg/L, lo que reduce la tasa de formación de incrustaciones en un 70%.

Compresión Parcial: Todo el vapor secundario en el primer efecto se comprime, mientras que el segundo efecto comprime parcialmente el vapor secundario + lo complementa con vapor vivo, logrando una operación estable bajo un vacío de -95 kPa sin reducción de capacidad en verano.

El lavado de las patas con sal + la clasificación Oslo garantizan un tiempo de residencia de los cristales ≥ 60 min, d50 = 0,95 mm, CV ≤ 6 %. Limpieza inteligente: La limpieza CIP se activa cuando el gradiente de temperatura de la pared de la tubería supera los 3 °C o el nivel de vacío disminuye 3 kPa. La acción alternada de ácido/álcali/agente quelante extiende el ciclo de limpieza de 7 a 20 días.

III. Equipo básico

Evaporador: El evaporador de película descendente de primer efecto utiliza acero dúplex; el evaporador de circulación forzada de segundo efecto utiliza tubos compuestos de acero inoxidable 2205 + titanio con un margen de diseño del 20 % para garantizar cinco años de funcionamiento sin fugas.

Compresor: Impulsor de titanio fresado de una sola pieza, diámetro de 1,4 m, velocidad lineal ≤285 m/s, cojinetes levitados magnéticamente, vida útil diseñada 100.000 horas, vibración <1,5 mm/s.

Centrífuga: Centrífuga de pistón de dos etapas, espacio entre filtros de 0,15 mm, sección de lavado con pulverizador de licor madre enfriado a 2 ℃ para reducir el arrastre de NaCl al 0,2 %.

Secado: secado con flujo de aire de circuito cerrado, protección de nitrógeno, contenido de oxígeno <3%, temperatura del producto ≤55 ℃ para evitar la erosión del decahidrato.

IV. Datos operativos (Evaluación del desempeño, junio de 2022)

Tasa de evaporación: 50.000 kg/h (Diseño: 50.000 kg/h)

Vapor vivo: 0,08 t/t de agua (Diseño: 0,10 t/t)

Consumo de energía: 22 kWh/t agua (Compresor + Bomba de circulación + Bomba de vacío)

Agua de refrigeración: 1,5 t/t de agua (32℃→38℃)

Producción de Na₂SO₄ anhidro: 18 t/d, blancura ≥88%, pureza 99,2%, Cl⁻≤300ppm, Ca²⁺≤200ppm

V. Beneficios económicos y ambientales

Ahorro anual de vapor: 108.000 toneladas (equivalente a 11.000 toneladas de carbón estándar), reducción de carbono: 29.000 toneladas

Ahorro en costos operativos: 26 millones de RMB/año (ahorro de vapor: 17.000 RMB/día + reducción del consumo de energía). El precio de venta externo del sulfato de sodio de alta pureza aumentó de 350 a 550 yuanes/tonelada, generando unos ingresos anuales adicionales de 13 millones de yuanes. El periodo de recuperación de la inversión es de 1,8 años.

VI. Comentarios de los clientes

El sistema MVR de doble efecto ha estado funcionando durante cuatro meses sin ninguna falla del compresor. El nivel de vacío se mantiene en -96 kPa incluso en verano. El tamaño de las partículas de los cristales es uniforme y no se forman grumos después del secado. El proyecto ha logrado el doble objetivo de cero vertidos de aguas residuales químicas con alto contenido en sal y un aprovechamiento óptimo del sulfato de sodio.