Sistema de evaporación y cristalización de triple efecto de 12,5 t/h para aguas residuales de vitaminas de una fábrica farmacéutica

I. Antecedentes del proyecto 

Una planta de producción de vitamina B5 produce 8000 t de pantotenato de calcio anualmente, descargando 300 m³ de licor madre de proceso diariamente. Este licor madre contiene 10-12 % de Na₂SO₄, trazas de ácido pantoténico, DQO 25000-35000 mg/L y pH 4,5. El proceso original de evaporación de triple efecto + centrifugación consumía 0,42 kg/kg de vapor de agua, y la pureza del sulfato de sodio era de tan solo el 93 %, incumpliendo los estándares de uso. Además, la externalización del licor madre de centrifugación costaba hasta 420 RMB/t. En 2024, la empresa planea construir un nuevo sistema de cristalización por evaporación de triple efecto de 12,5 t/h con los siguientes objetivos: consumo de vapor ≤0,28 kg/kg de agua, subproducto de sulfato de sodio anhidro ≥99 % y volumen de licor madre ≤2 %.

II. Ruta del proceso

2.1 Descripción general del proceso

El proceso consta de cinco etapas: neutralización y desgasificación → concentración de película descendente de triple efecto en paralelo → cristalización por circulación forzada OSLO → centrifugación espesante → secado de las aguas madres. El cuerpo principal está fabricado en acero inoxidable dúplex 2205, y las superficies en contacto con los materiales se pulen electrolíticamente a Ra ≤ 0,4 μm.

• Pretratamiento: Las aguas residuales se ajustan a pH 7.0 con NaOH y se desgasifican al vacío a 50 °C para recuperar CO₂ y componentes ligeros de DQO. El vapor secundario se somete a lavado ácido y adsorción con fibra de carbón activado, lo que reduce los COV en un 90 %.

• Triple efecto de corriente paralela: el vapor vivo a 0,5 MPa y 152 ℃ ingresa al lado de la carcasa del efecto I, con un punto de ebullición de 120 ℃; el vapor secundario ingresa secuencialmente al efecto II a 95 ℃ y al efecto III a 68 ℃, -0,073 MPa, con un coeficiente de transferencia de calor específico general de 1850 W/m²·K. 

• Separación por cristalización: La concentración de salida del cristalizador de efecto III es del 28 %, bombeada a un cristalizador de circulación forzada tipo OSLO a una temperatura de funcionamiento de 80 °C, con una densidad de la suspensión cristalina del 25 %. Tras el lavado y la clasificación, se obtienen partículas con un diámetro de 500,45 mm. Una centrífuga de pistón de dos etapas tiene una capacidad de procesamiento de 6 t/h de sal, con un contenido de humedad de la sal húmeda ≤3 %.

•  Secado de licor madre: El licor madre centrifugado presenta una DQO de 120.000 mg/L. Tras pasar por un secador de paletas, se obtienen 0,8 t/h de sal mixta con un contenido de humedad del 5%, que se envía a la incineración de residuos peligrosos.

2.2 Parámetros clave del equipo

Capacidad de evaporación: 12,5 t/h --agua de entrada 11% contenido de sal

Área de intercambio de calor: Efecto I 420 m², Efecto II 380 m², Efecto III 340 m²

Consumo de vapor: 0,27 kg/kg de agua (incluida la bomba termocompresora)

Circulación de agua de refrigeración: 140 m³/h 28→36℃

Sistema de vacío: Roots de tres etapas + anillo de agua, vacío máximo -0,085 MPa

III. Innovaciones tecnológicas

3.1 Recompresión de vapor del termocompresor TVR

El vapor secundario del Efecto I a 120 ℃ se presuriza a 135 ℃ mediante una bomba de chorro de vapor de potencia de 0,6 MPa y se reutiliza en el lado de la carcasa del Efecto I, ahorrando un 22 % de vapor.

3.2 Control de la cristalización del sulfato de sodio

Al utilizar la tecnología de "cristalización a alta temperatura de 80 ℃ + lavado graduado", se suprime la formación de sal decahidratada, lo que da como resultado cristales densos con una blancura del 88 % y una pureza del 99,2 %. 

3.3 Prevención de incrustaciones y CIP: El tubo de película descendente utiliza un tubo de ranura interna de Φ32×1,2 mm con una velocidad de flujo de 2,0 m/s, y la fuerza de corte inhibe las incrustaciones de sulfato de calcio. El CIP en línea utiliza una limpieza alterna con NaOH al 3 % + agente quelante HEDP al 2 % a 75 °C, con un ciclo de 12 días y un tiempo de limpieza de 4 horas.

3.4 Tratamiento Profundo de Condensado: El condensado secundario con una DQO de 400 a 600 mg/L se trata con ozono catalítico + BAF, lo que resulta en un efluente con una DQO ≤30 mg/L y una conductividad ≤80 μS/cm. Este efluente se reutiliza posteriormente para el agua de reposición de la caldera, alcanzando una tasa de reutilización del 96 %.

I V. Datos operativos

• Puesta en marcha exitosa en junio de 2024. Evaluación de desempeño de 72 horas:

• Tasa de evaporación: 12,7 t/h

• Consumo de vapor: 0,265 kg/kg de agua

• Producción de sulfato de sodio anhidro: 1,35 t/h

• Disponibilidad de la unidad: >99%

V. Beneficios económicos y ambientales

5.1 Indicadores económicos

• Costo operativo anual: 2,85 millones de RMB, vapor, electricidad, productos químicos.

• Ahorro anual en tarifas de eliminación subcontratada: 16,8 millones de RMB;

• Ingresos por ventas del subproducto sulfato de sodio: 5,2 millones de RMB;

• Beneficio neto anual: 19,15 millones de RMB.

5.2 Indicadores ambientales

• Reducción anual de la descarga de aguas residuales de alta salinidad: 90.000 t; reducción de emisiones de DQO: 2.700 t;

• Reducción de emisiones de CO₂: 6.200 t/año;

• 600 t de sales de residuos peligrosos incineradas en cumplimiento de la normativa, logrando “reducción y valorización de recursos”.