Evaporador de triple efecto de 5 t/h para aguas residuales farmacéuticas de una fábrica farmacéutica

I. Descripción general del proyecto 

Una planta de materias primas farmacéuticas produce 800 toneladas de medicamentos antivirales al año y descarga diariamente 120 m³ de aguas residuales de proceso con alto contenido de DQO y sal. Estas aguas residuales contienen entre un 6 % y un 8 % de NaCl, un 0,5 % de metanol, entre 1000 y 3000 mg/L de intermedios de API y entre 20 000 y 35 000 mg/L de DQO. El coste original de la eliminación externalizada era de 380 RMB/tonelada, con importantes riesgos de transporte y almacenamiento. En 2023, la empresa construyó una nueva unidad de evaporación y cristalización de triple efecto de 5 t/h (en adelante, "esta unidad"), que soluciona el 90 % del problema de las aguas residuales de una sola vez, recupera y reutiliza el condensado y externaliza el aprovechamiento de la sal húmeda industrial como subproducto, reduciendo el coste total de eliminación a 85 RMB/tonelada.

II. Ruta del proceso

2.1 Descripción general del proceso

El proceso consta de cinco etapas: pretratamiento → concentración de película descendente a contracorriente de triple efecto → cristalización por circulación forzada → separación centrífuga → secado de las aguas madres. Todo el sistema está fabricado en acero inoxidable dúplex 316L/2205, con una superficie de contacto Ra≤0,6 μm, lo que cumple con los requisitos de las BPF para una fácil limpieza.

·  Pretratamiento: Las aguas residuales se filtran a través de un filtro de canasta de 100 μm → desgasificación al vacío a baja temperatura (45 ℃, -0,085 MPa) para recuperar el 95 % del metanol → oxidación catalítica con ozono, reduciendo la DQO a 12000 mg/L.

·   Película descendente de primer efecto: el vapor vivo a 0,6 MPa (158 ℃) ingresa al lado de la carcasa del proceso de primer efecto; las aguas residuales se precalientan a 45 ℃ antes de ingresar al lado del tubo, concentrándose 1,5 veces; el vapor secundario a 120 ℃ sirve como fuente de calor para el proceso de segundo efecto.

·   Funcionamiento en contracorriente del Efecto II/III: punto de ebullición del Efecto II 95℃, Efecto III 72℃, mantenido a -0,075MPa mediante una bomba de vacío; coeficiente de transferencia de calor específico general 1800W/(m²·K), tasa de evaporación 12kg/(m²·h).

·   Separación por cristalización: Concentración de descarga del Efecto III 28% (cerca de la saturación), bombeada a un cristalizador de circulación forzada tipo OSLO, temperatura de operación 82℃, densidad de la suspensión 20%, centrifugada para obtener sal húmeda con contenido de agua ≤3% y blancura 80%.

·  Secado de licores madre: Licor madre centrifugado DQO 100000mg/L, secado mediante secador de paletas para obtener 0,6 t/d de sal mixta con contenido de agua 5%, enviado a incineración de residuos peligrosos.

2.2 Configuración del equipo

·   Capacidad de evaporación: 5t/h (8% de salinidad en el influente)

·   Área de intercambio de calor: Efecto I 180m², Efecto II 160m², Efecto III 140m²

·   Consumo de vapor: 0,32 kg de vapor/kg de agua (triple efecto + bomba de autoclave)

Circulación   de agua de refrigeración: 60 m³/h (28℃→35℃)

·   Sistema de vacío: Anillo de agua + Roots de dos etapas, vacío máximo -0,085 MPa

·   Material: Lado del tubo 2205, lado de la carcasa 316L

III. Aspectos tecnológicos clave

3.1 Recompresión térmica de vapor (TVR)

El vapor secundario de la etapa de primer efecto, inicialmente a 120 ℃, se presuriza a 135 ℃ mediante una bomba de chorro de vapor de potencia de 0,8 MPa antes de regresar al lado de la carcasa de primer efecto, lo que genera un ahorro de vapor del 18 % y reduce el consumo general de vapor a 0,32 kg/kg de agua.

3.2 Prevención de incrustaciones y CIP

El CIP en línea utiliza una limpieza alterna con 2% NaOH + 1% HNO₃ a 80℃, con un ciclo de 10 días y un tiempo de limpieza de 4 horas.

3.3 Control de calidad de la sal

A través de la clasificación y enjuague OSLO, el tamaño del cristal D50 es de 0,7 mm; después de la centrifugación, el enjuague con agua desionizada fría a 2 ℃ durante 5 segundos produce una pureza de NaCl del 97%.

3.4 Tratamiento de condensado profundo

El condensado secundario con DQO 300~500 mg/L y metanol ≤5 mg/L se somete a un tratamiento de filtro biológico + ozono catalítico, lo que da como resultado un efluente DQO ≤30 mg/L, que luego se reutiliza en el sistema de agua de enfriamiento circulante con una tasa de reutilización del 95%.

IV. Resultados operativos 

La unidad arrancó con éxito en el primer intento en noviembre de 2023. Datos de evaluación del rendimiento de 72 horas:

·   Tasa de evaporación: 5,2 t/h (diseño 5 t/h)

·   Consumo de vapor: 0,31 kg/kg de agua

·   Producción de sal: 0,42 t/h

·   Tasa de recuperación de condensado: 95%

·   Disponibilidad de la unidad: >98% (4320 horas de funcionamiento en 6 meses)

V. Beneficios económicos y ambientales

5.1 Indicadores económicos

Coste operativo anual: aproximadamente 1,28 millones de RMB (vapor: 180 RMB/t, electricidad: 0,65 RMB/kWh, mano de obra + productos químicos). Ahorro anual en costes de eliminación externalizada: aproximadamente 12,6 millones de RMB. Tras deducir los costes operativos, el beneficio neto anual es de aproximadamente 11,32 millones de RMB.

5.2 Indicadores ambientales

Se reducen anualmente 36.000 toneladas de descarga de aguas residuales de alta salinidad y 1.080 toneladas de emisiones de DQO; se recupera un 95% de metanol y se reducen 55 toneladas de COV; se reducen 2.800 toneladas de emisiones de CO₂ al año; y se incineran 180 toneladas de sales de residuos peligrosos en cumplimiento de la normativa, logrando así "reducción y utilización de recursos".