Proceso de cristalización por evaporación de triple efecto de sulfato de amonio y cloruro de amonio de 30 t/h de una planta de productos químicos finos

Esquema de proceso

1. Reevaluación de las características del material

Las pruebas de laboratorio realizadas en aguas residuales de salmuera mixta a 180 °C confirmaron que el sulfato de amonio comienza a descomponerse a ≥95 °C, y el cloruro de amonio sublima más rápidamente a ≥85 °C. Mediante patrones de difracción de rayos X (DRX), se determinó la secuencia de precipitación de cristales: primero precipita Na₂SO₄·10H₂O, seguido de (NH₄)₂SO₄ y, finalmente, NH₄Cl. Con base en este patrón, se adoptó una combinación de flujo en paralelo de triple efecto + cristalización en dos etapas + desnitrificación criogénica para evitar la cocristalización del sulfato de amonio y el cloruro de amonio.

2. Descripción general del flujo

Área del tanque de materia prima → Ajuste fino de pH (adición de 20 ppm de H₂SO₄ para suprimir el escape de amoníaco) → Precalentamiento de la placa (recuperación de calor sensible del condensado a 62 ℃) → Efecto I (cámara de calentamiento φ38 × 3 mm, lado del tubo 316L, lado de la carcasa Q345R) → Efecto II → Efecto III → Cristalizador Oslo de primera etapa (sulfato de amonio) → Espesador → Centrífuga horizontal WH-800 → Secado por flujo de aire (120 ℃, tiempo de residencia 3 s) → Envasado en bolsas de una tonelada.

Las aguas madres del evaporador de tercer efecto se purifican mediante un filtro prensa de placas y marcos y se cristalizan por congelación (-5 °C, vacío de 0,09 MPa) para eliminar Na₂SO₄·10H₂O antes de entrar en el cristalizador secundario DTB (cloruro de amonio). Posteriormente, se centrifugan, se secan en lecho fluidizado y se envasan automáticamente.

3. Parámetros principales del evaporador de triple efecto:

• Capacidad nominal de evaporación: 30 t/h; 

• Concentración del alimento: 15%; 

• Contenido sólido de descarga: 38%–40%.

• Primer efecto: Temperatura 88℃, Vacío -0,02MPa, Capacidad de evaporación: 11,5 t/h;

• Segundo efecto: Temperatura 72℃, Vacío -0,06MPa, Capacidad de evaporación: 10,0 t/h;

• Tercer efecto: Temperatura 58℃, Vacío -0,085MPa, Capacidad de evaporación: 8,5 t/h.

• Coeficiente de transferencia de calor global: ≥3800 W·m⁻²·K⁻¹ para enfriamiento de efecto simple, ≥2200 W·m⁻²·K⁻¹ para enfriamiento de efecto triple; consumo de vapor: 11 t/h (0,45 t/t de agua); tasa de circulación del agua de enfriamiento: 520 m³/h (Δt=8℃).

Selección de equipos y materiales

1. Calentador: El primer efecto utiliza una placa compuesta de acero al carbono/316L; el segundo y tercer efecto son todos 316L para evitar la corrosión por picaduras de iones de cloruro.

2. Cámara de evaporación: φ3600×8000mm, equipada en la parte superior con un desempañador de malla de alambre de doble capa (316L, tasa de retención del 99,5%), parte inferior con un ángulo de cono de 60° + bomba de circulación forzada montada lateralmente (caudal de 6000m³/h, altura de 6m, conversión de frecuencia), lo que garantiza un caudal de suspensión de cristales de 2,8m/s y un ciclo de escalado ≥12 días.

3. Condensador: Condensador de doble etapa tipo mezcla + superficie, condensado de vapor secundario TDS ≤50 mg/L, reutilizado para agua de alimentación de caldera.

4. Sistema de vacío: Combinación de bomba de anillo líquido + Roots de tres etapas, potencia instalada de 45 kW, puede establecer un vacío de -0,09 MPa en 5 minutos.

5. Limpieza en línea: Equipado con conmutación automática de limpieza ácida CIP (5%HNO3) + limpieza alcalina (3%NaOH), comenzando automáticamente cada 10 días de operación o cuando la presión del sistema cae >30kPa.

Consumo de energía y economía

En comparación con el sistema de efecto único anterior, el sistema ahorra aproximadamente 72.000 toneladas de vapor al año, equivalentes a 15,84 millones de yuanes (basado en un precio de 220 yuanes/tonelada); se ahorran 180 MWh de electricidad y 240.000 toneladas de agua.

Protección y seguridad del medio ambiente

1. Gases de escape: Después de la condensación, el gas no condensable (NH3 ≤ 5 mg/m3) del vapor secundario de triple efecto ingresa a una torre de decapado de dos etapas (circulación de ácido sulfúrico diluido) + adsorción de carbón activado, lo que da como resultado una concentración de emisión de amoníaco < 1,3 mg/m3 en la salida de descarga.

2. Licor madre: La relación de circulación del licor madre de sulfato de amonio es de 4,5 y la relación de circulación del licor madre de cloruro de amonio es de 3,8, lo que genera que no haya emisiones de alto contenido de sal en el sistema; el sulfato de sodio obtenido de la desnitrificación criogénica se vende a fabricantes de vidrio.

3. Polvo: Las secciones de secado y envasado están equipadas con campanas selladas y filtros de mangas pulsantes (bolsas de filtro de membrana, 500 g/m²), lo que resulta en partículas ≤ 10 mg/m³. 4. Seguridad: El área de la unidad está equipada con 12 puntos de detección de fugas de amoníaco GDS, interconectados con el sistema de pulverización; la parte superior del evaporador está equipada con un sistema de doble alivio de presión con disco de ruptura y válvula de seguridad; el sistema SIS logra un triple enclavamiento para cortar el vapor en caso de sobretemperatura, sobrepresión y bajo nivel de líquido.

Ahorro de mano de obra y operación conveniente: La producción, el consumo de energía y los planes CIP se pueden ver de forma remota a través del sistema operativo, logrando un modo de "operación no tripulada + inspección con personal mínimo", reduciendo la cantidad de personal por turno de 12 a 4.

Resultados operativos:

1. Capacidad de producción: La capacidad de evaporación real de la unidad es de 31,2 t/h, superando la capacidad de diseño en un 4%; la producción de sulfato de amonio es de 15,8 t/h y la producción de cloruro de amonio es de 6,5 t/h, equivalente a una capacidad de producción anual de 126.000 toneladas de sulfato de amonio y 52.000 toneladas de cloruro de amonio.

2. Calidad: Sulfato de amonio N ≥ 21,1 %, H₂O ≤ 0,3 %; Cloruro de amonio N ≥ 25,4 %, Na ≤ 0,25 %. 3. Fiabilidad: El tiempo de funcionamiento es del 96 %, el ciclo de limpieza planificado es de 12 días y el tiempo de funcionamiento real puede alcanzar los 18 días; la tasa de fallos del equipo es de 0,42 veces al mes, muy inferior al promedio de la industria de 1,5 veces al mes.

Valor para el cliente: A través de la implementación de este proyecto, la empresa no solo resolvió por completo el problema de la descarga de aguas residuales de alta salinidad, sino que también transformó los subproductos sulfato de amonio y cloruro de amonio en nuevos puntos de crecimiento de ganancias, generando 180 millones de yuanes adicionales en ingresos por ventas anuales y 42 millones de yuanes en ganancias; al mismo tiempo, estableció un punto de referencia de la industria para la "industria química verde y la fabricación inteligente", proporcionando un sólido soporte técnico y de datos para proyectos de recaudación de fondos de IPO posteriores.