Sistema de evaporación y cristalización MVR de solución de sulfato de sodio de 6 t/h de una planta química

I. Antecedentes del proyecto 

Este cliente produce 20.000 toneladas de ácido hidrogenado al año. El licor madre centrifugado contiene entre un 6 % y un 8 % de Na₂SO₄, una DQO de 15.000 mg/L y una intensidad de color 3.000 veces superior. El coste inicial del tratamiento externalizado ascendía a 280 RMB/tonelada. La empresa decidió construir un nuevo sistema de cristalización por evaporación MVR de sulfato de sodio de 6 t/h, basado en un volumen de agua de evaporación, que requiere "cero descarga", un consumo de vapor <0,12 t/t de agua, una pureza de cristal ≥99 % y una integración perfecta con el sistema DCS existente. Nuestra empresa llevó a cabo el proyecto utilizando el modelo EPC. El sistema se puso en marcha con éxito en enero de 2025 y ha estado funcionando de forma continua durante más de 7.200 horas, convirtiéndose en un modelo para el tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sal y DQO en la industria de los tintes.

II. Ruta del proceso

1. Características de la materia prima

Elevación del punto de ebullición Δb = 10℃, 20 % Na₂SO₄, 70 kPa·A

Sobresaturación crítica ΔCmax = 5 g/L, propensa a nucleación explosiva

Alto color, alta DQO, requiere decoloración antes de la evaporación

2. Resumen del proceso

Materia prima → Oxidación avanzada --Ozono + Peróxido de hidrógeno, DQO ↓ 60% → Microfiltración tubular --SDI ≤ 3 → Precalentamiento primario --Condensado → Precalentamiento secundario --Vapor vivo → Evaporador de circulación forzada MVR → Cristalizador Oslo → Centrifugación → Secado por flujo de aire → Envasado automático

El vapor secundario experimenta un aumento de temperatura de 18 °C mediante un compresor centrífugo de alta velocidad, con una relación de compresión de 1,7 y una eficiencia adiabática del 82 %. La cámara de evaporación mantiene una temperatura de -88 kPa y una temperatura de evaporación de 58 °C, evitando eficazmente la zona de temperatura de descomposición del colorante.

3. Innovaciones clave

Estructura compuesta integrada de "película descendente + circulación forzada": La sección de película descendente gestiona el 70 % de la evaporación, mientras que la sección de circulación forzada se encarga del crecimiento de los cristales, reduciendo el área de transferencia de calor unitaria en un 22 %. Lavado en línea de las patas de sal: Tiempo de residencia de los cristales ≥50 min, d50 = 0,8 mm, CV ≤5 %, contenido de humedad tras la centrifugación ≤3 %.

Limpieza inteligente: el CIP se activa cuando la diferencia de temperatura de la pared del tubo es >2 ℃ o el grado de vacío cae 2 kPa, alternando entre agentes ácidos/alcalinos/quelantes, lo que extiende el ciclo de limpieza de 5 días a 15 días.

La relación de reflujo de las aguas madres se puede ajustar entre 0 y 30%, lo que garantiza la tolerancia del sistema al enriquecimiento de DQO durante un período ≥20 días.

III. Configuración del equipo

Evaporador: acero dúplex 2205, área de intercambio de calor 1200m², margen de diseño 20%, asegurando cinco años de funcionamiento sin fugas.

Compresor: Impulsor fresado de una sola pieza de material de titanio, diámetro 1,1 m, velocidad lineal ≤270 m/s, cojinetes con levitación magnética, vida útil de diseño 100.000 h, valor de vibración <1,2 mm/s.

Centrífuga: Centrífuga horizontal de malla espiral con una separación de malla de 0,12 mm. La sección de lavado está equipada con un sistema de pulverización de licor madre refrigerado a 2 °C para reducir la acumulación de DQO.

Secado: Secado con circuito cerrado de flujo de aire y protección con nitrógeno. Contenido de oxígeno <3%, temperatura del producto ≤55 °C, para evitar la erosión por decahidratos.

IV. Automatización y seguridad

Sistema de control automático Kang Jinghui: Control predictivo multivariable de la tasa de evaporación, la relación de compresión y la densidad del licor madre, con fluctuaciones de ±2%.

SIS redundante dual: 16 enclavamientos que incluyen sobretensión del compresor, alto nivel de líquido, contenido de oxígeno >8 % y temperatura >65 ℃, con un tiempo de respuesta <300 ms.

Zonificación a prueba de explosiones: Área del compresor ExdⅡBT4; todos los instrumentos, iluminación y enchufes de mantenimiento están certificados a prueba de explosiones.

V. Datos operativos (evaluación del desempeño, abril de 2025)

• Tasa de evaporación: 6000 kg/h Diseño: 6000

• Vapor vivo: 0,10 t/t de agua Diseño: 0,12

• Consumo de energía: 26 kWh/t Compresor de agua + Bomba de circulación + Bomba de vacío

• Agua de refrigeración: 2 t/t de agua -32℃→38℃

• Na₂SO₄ anhidro Rendimiento: 2,1 t/d, Blancura ≥90%, Pureza 99,3%, Cl⁻≤200 ppm, DQO≤100 mg/kg

VI. Beneficios económicos y ambientales

Ahorro anual de vapor: 18.000 toneladas equivalentes a 1.900 t de carbón estándar, reducción de carbono: 5.000 t

Ahorro anual en costos operativos: 4,5 millones de RMB en vapor + gastos de eliminación subcontratados. El precio de venta externo del sulfato de sodio de alta pureza aumentó de 400 a 600 yuanes/tonelada, lo que generó unos ingresos anuales adicionales de 1,5 millones de yuanes. El periodo de recuperación de la inversión es de 2,3 años.

VII. Testimonios de clientes

El sistema MVR ha estado funcionando durante siete meses sin ninguna falla del compresor. Los cristales tienen un tamaño uniforme y no se aglomeran después del secado. El proyecto ha logrado el doble objetivo de cero vertidos de aguas residuales con alto contenido de DQO y salinidad, y un aprovechamiento óptimo del sulfato de sodio.