Un evaporador MVR de cloruro de sodio para una industria química fina con una capacidad de procesamiento de 100 T/d para resina epoxi

Antecedentes del proyecto

Esta empresa de productos químicos de alta calidad tiene una capacidad de producción anual de resina epoxi de 180.000 toneladas, generando aproximadamente 100 toneladas diarias de aguas residuales con alto contenido de sal (equivalente a 16-20 % de NaCl). Estas aguas residuales sin tratar tienen una DQOcr de 30.000-45.000 mg/L, un pH de 11-12 y contienen resina envejecida, epiclorhidrina, tolueno, glicerol y trazas de bisfenol A. El vertido directo provocaría niveles superiores a los de los contaminantes característicos. La evaporación tradicional de triple efecto consume 0,42 toneladas de vapor por tonelada de agua, lo que genera elevados costes operativos. En 2023, la empresa decidió adoptar la tecnología de cristalización por evaporación MVR (Recompresión Mecánica de Vapor) para construir una unidad de demostración de un evaporador MVR de cloruro de sodio de 100 toneladas diarias para la industria de la resina epoxi, logrando la recuperación de recursos de cloruro de sodio, la reutilización del condensado y un coste operativo de ≤30 yuanes por tonelada de agua. Ha estado funcionando de manera estable y continua hasta la fecha.

Ruta de proceso

1. Reevaluación de la calidad del agua

Las pruebas de laboratorio demostraron que, con una concentración de NaCl ≥ 24 %, el punto de ebullición de la solución aumentaba 9,5 °C; con una DQO > 35 000 mg/L, el proceso de evaporación generaba fácilmente una gran cantidad de espuma y provocaba slugging de líquido en el compresor. Por lo tanto, se diseñó un proceso de tres etapas: pretratamiento + concentración y cristalización de MVR + incineración de licor madre para garantizar la estabilidad del sistema a largo plazo.

2. Descripción general del proceso

Aguas residuales de alta salinidad → Tanque de ecualización (30 m³, agitación de aire) → Flotación por aire disuelto de alta eficiencia (DAF, tasa de eliminación de aceite ≥ 90 %) → Oxidación catalítica con ozono (O₃/H₂O₂, tasa de eliminación de DQO 40-50 %, reduce la formación de espuma) → Filtración de bolsas (100 μm) → Evaporador MVR → Cristalizador tipo Oslo → Centrífuga de pistón de dos etapas → Secado en lecho fluidizado (120 ℃, tiempo de residencia 3 s) → Envasado en bolsas de una tonelada de sal industrial.

El vapor secundario se calienta a 18 °C mediante un compresor de titanio y se reutiliza. El condensado, tras la desalinización por ósmosis inversa, tiene una conductividad ≤80 μS/cm y se reutiliza en su totalidad como agua de reposición para el sistema de agua de refrigeración circulante. Las aguas madres se descargan periódicamente a un secador por aspersión y un horno rotatorio para su incineración. El calor residual de los gases de combustión se utiliza en una caldera de recuperación de calor para generar vapor a baja presión de 0,6 MPa para la oxidación inicial con ozono y la limpieza in situ (CIP) de los equipos.

3. Parámetros principales del MVR: Capacidad nominal 100T/d (4,2m³/h), alimentación NaCl 18%, contenido de sólidos de salida 38-40%. 

Cámara de evaporación: φ2800×6000mm, volumen efectivo 35m³, construida con placa compuesta de aleación de titanio + acero dúplex 2205, presión de diseño -0,09MPa;

Calentador: Tipo de placa, área de placa única 1,0 m², 120 placas en total, área total de intercambio de calor 120 m², temperatura de diseño 95 ℃, coeficiente de transferencia de calor ≥4200 W·m⁻²·K⁻¹;

Compresor: Tipo centrífugo de una sola etapa, impulsor de aleación de titanio, caudal 6,5 t/h, relación de compresión 1,8, potencia instalada 280 kW, rango de ajuste de velocidad 20-105 %, eficiencia isentrópica ≥82 %;

Bomba de circulación: Tipo de flujo axial, caudal 3000m³/h, altura 4m, control de conversión de frecuencia, asegurando una velocidad de flujo de suspensión cristalina de 3,2m/s, ciclo de escalado ≥30 días.

Selección de equipos y materiales

1. Protección contra la corrosión: Las piezas en contacto con el líquido de alimentación están hechas de aleación de titanio TA2/acero dúplex 2205 para evitar la corrosión por picaduras de Cl⁻; la tubería de vapor secundaria está revestida con PTFE para evitar que el condensado de DQO corroa el acero al carbono.

2. Antiobstrucción: La superficie de la placa de película descendente se pule electrolíticamente a Ra≤0,4 μm, y se instala un filtro de titanio extraíble (malla 40) en el puerto de distribución de líquido, con retrolavado periódico en línea.

3. Vacío: Combinación de bomba de anillo líquido + Roots de tres etapas, vacío máximo -0,098 MPa, el vacío de diseño se puede establecer en 5 minutos, capacidad de bombeo 120 kg/h.

4. Limpieza: El sistema CIP está equipado con 5% HNO₃, 3% NaOH e inhibidor de incrustaciones (PAA-Na, 20 ppm), y se inicia automáticamente cada 15 días de funcionamiento o cuando la presión del sistema cae >50 kPa, tiempo de limpieza ≤3 h.

Consumo energético y ahorro: La tasa de evaporación real de la unidad es de 3,6 t/h, lo que equivale a un consumo de vapor de 0,035 t/t de agua (basado en el equivalente estándar de carbón para electricidad), lo que supone un 88 % más de eficiencia energética que el evaporador de triple efecto original. Ahorra 28 000 toneladas de vapor y 21 000 toneladas de agua al año, con un coste operativo total de 28 yuanes/tonelada de agua, inferior al promedio del sector de 45 yuanes/tonelada de agua. Los ingresos anuales adicionales por ventas (sal industrial + agua reciclada) ascienden a 12,6 millones de yuanes.

Protección y seguridad del medio ambiente :

1. Gas de cola: Después de la condensación de vapor secundaria, los gases no condensables (tolueno ≤ 2 mg/m³, epiclorhidrina ≤ 1 mg/m³) ingresan a un proceso de adsorción de resina de dos etapas + pirólisis de plasma, lo que da como resultado una concentración de emisiones de COV < 20 mg/m³.

2. Licor Madre: El licor madre descargado representa ≤ 3% del volumen de alimentación. Tras el secado por aspersión y la incineración en horno rotatorio (1100 °C), los gases de combustión se someten a desnitrificación SNCR, enfriamiento rápido, recolección de polvo con filtro de mangas y lavado alcalino antes de cumplir con las normas de emisiones. Los residuos se funden para producir vidrio, logrando así un vertido cero. 

3. Ruido: recinto insonorizado del compresor + absorción de sonido de la planta, ruido límite ≤55dB(A) durante el día.

4. Seguridad: Parte superior del evaporador equipada con disco de ruptura + válvula de seguridad para doble alivio de presión; detección de fugas de amoníaco/epoxicloropropano de 24 puntos en el área de la unidad, interbloqueado para iniciar el rociado y el ventilador.

Control automático: Utiliza un control redundante dual de Siemens con 1800 puntos de E/S. Indicadores clave como la intensidad de la evaporación, el tamaño de las partículas de cristal y la densidad del licor madre se optimizan en tiempo real mediante el algoritmo de control APC, con una fluctuación de la corriente del compresor <±1,5 %. Una aplicación móvil permite la visualización remota de la producción, el consumo de energía y los planes CIP, logrando un modo de "operación autónoma + inspección con personal mínimo", reduciendo la dotación de personal de 8 a 2 personas por turno.

Resultados operativos:

1. Capacidad: La capacidad real de procesamiento de la unidad es de 105 T/d, superando el diseño en un 5 %; la sal industrial como subproducto es de 1,9 t/h, con una capacidad anual de 6300 toneladas. La pureza del NaCl es ≥98,5 % y la blancura ≥80, lo que cumple con los requisitos de sal industrial refinada y se ha vendido de forma estable a plantas de cloro-álcali. 

2. Efluente: condensado MVR DQO ≤ 80 mg/L, conductividad ≤ 80 μS/cm, todo reciclado para agua de refrigeración circulante, volumen de reciclaje anual 33.000 toneladas.

3. Confiabilidad: 97% de tiempo de actividad, ciclo de limpieza planificado de 30 días, tiempo de funcionamiento real de hasta 48 días; tasa de fallas del equipo de 0,3 veces al mes, mucho menor que el promedio de la industria de 1,2 veces al mes.