¿Cuáles son los tipos de dispositivos de evaporación y cristalización de salmuera concentrada?

Los dispositivos de evaporación y cristalización de salmuera concentrada se presentan en varios tipos, que pueden clasificarse según cuatro dimensiones: "tipo de evaporador", "método de cristalización", "método de utilización de vapor" y "si se combina con tecnología de membrana". Los principales tipos disponibles actualmente en el mercado nacional, comercialmente viables y con un funcionamiento estable previsto para 2025 se resumen a continuación:

I. Clasificación por estructura del evaporador

1. Evaporador de simple efecto: La estructura más sencilla, que utiliza vapor fresco en una sola pasada, con un consumo de vapor de aproximadamente 1 tonelada de agua. Adecuado para pequeños volúmenes de agua (≤3 t/h) o para empresas con calor residual económico o vapor residual a baja presión.

2. Evaporador multiefecto: De 3 a 8 efectos conectados en serie, cuyos efectos subsiguientes utilizan vapor secundario de los anteriores, lo que produce de 0,25 a 0,35 toneladas de vapor por tonelada de agua. Inversión moderada, alta estabilidad operativa y un dispositivo fundamental para proyectos iniciales de cero emisiones.

3. Evaporador MVR: Los compresores centrífugos/Roots calientan el vapor secundario a 18-25 °C para su reutilización, consumiendo solo 25-35 kWh de electricidad por tonelada de agua, lo que prácticamente no requiere vapor fresco. Las capacidades de evaporación de 1 a 150 t/h son modulares, lo que las convierte en la solución preferida para el ahorro energético en capacidades superiores a 5 t/h.

4. Evaporador de película descendente/ascendente: El líquido de alimentación forma una película dentro de un tubo vertical, lo que resulta en un alto coeficiente de transferencia de calor y un tamaño compacto. Al combinarse con un evaporador de película múltiple (MVR), el consumo de energía por tonelada de agua puede reducirse aún más entre un 10 y un 15 %. Adecuado para salmueras concentradas de baja viscosidad y sin incrustaciones, como las aguas residuales de desulfuración de tipo NaCl.

5. Evaporador de circulación forzada: la alta velocidad de flujo (2–4 m/s) lava la superficie de calentamiento, lo que proporciona una fuerte capacidad antiincrustante; a menudo se combina con un MVR y un cristalizador para aguas residuales de sulfato de sodio y ácido fosfórico con alto contenido de sólidos y que cristalizan fácilmente.

II. Clasificación por tipo de sección de cristalización

1. Cristalizador DTB (DraftTube & Baffle): tubo guía incorporado + zona de sedimentación anular, tamaño de partícula ajustable de 0,6 a 1,2 mm, alta capacidad, adecuado para la cristalización fraccionada de cloruro de sodio y sulfato de sodio.

Cristalizador Fraccionario 2.SL (Krystal): Los cristales crecen en suspensión dentro de las etapas de fraccionamiento, lo que resulta en una baja sobresaturación del licor madre y un tamaño de partícula más uniforme. Se utiliza comúnmente para sales industriales de alta pureza.

3. Cristalizador flash de circulación forzada: enfriamiento flash + calentamiento por circulación externa, adecuado para materiales sensibles al calor o sistemas que requieren cristalización en dos etapas (por ejemplo, MgS₄·7H₂).

4. Cristalizador con enfriamiento superficial/enfriado por vacío: El calor se elimina mediante intercambiadores de calor de vacío o de placas. No tiene sección de evaporación; puede conectarse en serie con una unidad de evaporación para reducir el volumen final de licor madre.

III. Clasificación por método de utilización de la fuente de vapor/calor

1. Cristalizador multiefecto de vapor fresco: impulsado por vapor de caldera, alto consumo de energía pero sin necesidad de un motor de alta potencia, adecuado para parques industriales del norte con altos precios de electricidad y bajos precios de vapor.

2. Tipo de compresión eléctrica MVR (corriente principal): accionamiento totalmente eléctrico, se puede combinar con energía fotovoltaica, electricidad fuera de horas punta y generación de energía de calor residual en la planta, con el menor coste operativo y el menor tamaño.

3. TVR (Recompresión Térmica de Vapor) + Tipo Híbrido Multiefecto: Utiliza vapor fresco a alta presión para inducir vapor secundario, con menor consumo de energía que el MVR, pero aún requiere aproximadamente un 30 % de vapor fresco. Adecuado para plantas con presión de vapor ≥ 0,6 MPa.

4. Dispositivo de acoplamiento de destilación-cristalización por membrana con fuente de calor de baja temperatura: Agua caliente/calor residual a 40-70 °C + membrana microporosa hidrófoba. Primero se realiza la concentración por destilación por membrana, seguida de la precipitación de sales en un cristalizador. El consumo de energía es de 8-15 kWh por tonelada de agua. Actualmente, se encuentra en fase de demostración.

IV. Clasificación por Proceso Integrado de Cristalización por Membrana y Evaporación

1.Separación de sales NF (Nanofiltración) + Cristalización por evaporación MVR: Primero separa las sales divalentes/monovalentes, luego las alimenta por separado al evaporador, obteniendo NaCl y Na₂S₄ con una pureza > 97% y una tasa de sales misceláneas < 5%.

2. Concentración máxima R/DTR de alta presión + cristalización por evaporación: concentra TDS de 50 000 mg/L a 180 000–220 000 mg/L, una reducción del 70 %, antes de introducirlo en el evaporador, lo que reduce significativamente la inversión en evaporación.

3. Ósmosis Directa (F) + Destilación por Membrana (MD) + Cristalización: Concentra los TDS a temperatura y presión ambiente mediante F, recupera el líquido impulsor mediante MD y cristaliza. Adecuado para aguas residuales farmacéuticas sensibles a la temperatura o con alta concentración de CD.

V. Dispositivos especializados para escenarios especiales

1. Torre de cristalización y secado por aspersión de gases de combustión: Utiliza gases de combustión a 150-200 °C para atomizar directamente la salmuera concentrada. Tras la evaporación del agua, un colector de polvo recoge el polvo de sal, evitando así la descarga de líquidos. Baja inversión, pero menor calidad de la sal.

2. Dispositivo flotante de evaporación-cristalización interfacial/energía solar: Una película fototérmica a base de carbono flota en la superficie de un tanque de agua, evaporándose bajo la luz solar. La cristalización ocurre en el fondo. Ideal para zonas mineras o islas con escasez de agua y energía. La capacidad de procesamiento es generalmente inferior a 1 t/día.

3. Cristalizador de congelación: Primero se reduce la temperatura a -5-5 °C. Aprovechando las características de cristalización a baja temperatura del Na₂S₄, se separan la sal de Glauber y el NaCl. Suele combinarse con la sección de evaporación para reducir el consumo de energía y aumentar el valor añadido de la sal.

VI. Resumen de los puntos de selección

1. Volumen de agua <3t/h, vapor abundante: seleccione cristalizadores de efecto simple o de efecto múltiple;

2. Volumen de agua de 5 a 100 t/h, precio de electricidad razonable; se prefiere la circulación forzada MVR;

3. Altos requisitos de tamaño de partículas de cristal y pureza: utilice cristalizadores DTB/SL;

4. Contiene sales mixtas divalentes/monovalentes y requiere recuperación de recursos: primero use NF para la separación de sales, luego líneas de evaporación duales;

5.Tiene calor residual o gases de combustión a baja temperatura: considere película descendente + TVR, destilación por membrana o secado por aspersión de gases de combustión.

Todos los dispositivos mencionados se han industrializado en parques industriales de carbón químico, desulfuración de centrales eléctricas, aguas residuales de baterías de litio, metalúrgicos y químicos. Las empresas pueden optar por una tecnología única o un proceso combinado según la calidad del agua, la estructura de la fuente de calor/energía, los objetivos de utilización de recursos salinos y el presupuesto de inversión único para lograr los objetivos de reducción, cristalización y utilización de recursos, y cero emisiones de salmuera concentrada.