Quinto sistema de cristalización por evaporación de triple efecto de cloruro de sodio para empresas químicas de pigmentos.

En la industria química de pigmentos, el tratamiento de aguas residuales salinas siempre ha sido un aspecto crucial para la protección del medio ambiente y el reciclaje de recursos en las empresas. Una reconocida empresa química de pigmentos, especializada en la producción de pigmentos orgánicos de alta gama, como los pigmentos azoicos y de ftalocianina, tiene una capacidad de producción anual de 30.000 toneladas. Durante su proceso de producción, genera diariamente una gran cantidad de aguas residuales de cloruro de sodio, con concentraciones que fluctúan entre el 8 % y el 15 %. Estas aguas residuales contienen trazas de impurezas orgánicas, como pigmentos y aditivos, con un color intenso y un valor de DQO cr superior a 2000 mg/L. El vertido directo contaminaría gravemente los cuerpos de agua y desperdiciaría valiosos recursos salinos.

I. Antecedentes del proyecto

Ante las crecientes exigencias de las normativas ambientales y la necesidad de desarrollo sostenible, esta empresa requería urgentemente un sistema de evaporación y cristalización de cloruro de sodio altamente eficiente, de bajo consumo y respetuoso con el medio ambiente para lograr cero vertidos de aguas residuales y la recuperación de recursos de cloruro de sodio. Tras un estudio de mercado y una comparación de tecnologías, se seleccionó el quinto sistema de evaporación y cristalización de cloruro de sodio de triple efecto. Este sistema fue bien recibido por el cliente gracias a su excelente ahorro de energía, su estable rendimiento operativo y su alto nivel de automatización.

II. Ruta del proceso

1. Etapa de pretratamiento

Decoloración y degradación: El agua cruda ingresa primero al tanque de ecualización. Tras la homogeneización y la ecualización, se bombea al reactor de decoloración. Se añade un agente decolorante especial (reactivo de Fenton) y se lleva a cabo una reacción de oxidación en condiciones ácidas (pH = 3-4) para descomponer las moléculas grandes de pigmento y decolorarlas. El tiempo de reacción es de 2 horas, con una tasa de decoloración superior al 95 % y una DQO cr inferior a 500 mg/L.

Neutralización y ablandamiento: Tras la decoloración, las aguas residuales entran en el tanque de neutralización. Se añade hidróxido de sodio para ajustar el pH a 8-9, y simultáneamente carbonato de sodio para eliminar los iones de calcio y magnesio y evitar la formación de incrustaciones en el evaporador posterior. Tras el ablandamiento, la dureza del agua (calculada como CaCO₃) se reduce a menos de 50 mg/L.

Filtración y precalentamiento: El agua descalcificada se filtra a través de un filtro prensa de placas y marcos para eliminar los sólidos en suspensión. El filtrado ingresa al precalentador, donde se precalienta a 80 °C mediante vapor secundario generado por el sistema de evaporación, preparándolo para la etapa de evaporación y cristalización.

2. Etapa de evaporación y cristalización de triple efecto

Evaporador de primer efecto: Tras el precalentamiento, las aguas residuales entran en el evaporador de película descendente de primer efecto. Se introduce vapor fresco en el lado de la carcasa, mientras que las aguas residuales se evaporan en el lado de los tubos a un vacío de -50 kPa y una temperatura de evaporación de 85 °C. Esto genera vapor secundario, que sirve como fuente de calor para el segundo efecto. La concentración de aguas residuales aumenta al 15 % y el cloruro de sodio comienza a precipitar. La suspensión de cristales se bombea mediante una bomba de circulación al separador de primer efecto, donde se separan inicialmente los cristales de cloruro de sodio. Las aguas madres se devuelven al evaporador de circulación de primer efecto.

Evaporador de segundo efecto: El vapor secundario del primer efecto ingresa al evaporador de circulación forzada de segundo efecto, concentrando aún más las aguas residuales al 25% a una temperatura de evaporación de 70 °C y un vacío de -70 kPa. Precipita una gran cantidad de cristales de cloruro de sodio. La suspensión de cristales se bombea a través de la bomba de descarga del segundo efecto a un espesador. Tras el espesamiento, ingresa a una centrífuga para su deshidratación, reduciendo el contenido de humedad de la sal húmeda a menos del 3%. Las aguas madres se devuelven al segundo efecto para su posterior evaporación.

Evaporador de Triple Efecto: El vapor secundario del segundo efecto sirve como fuente de calor para el tercer efecto, concentrando las aguas residuales casi hasta la saturación. La temperatura de evaporación es de 55 °C y el grado de vacío es de -85 kPa. Los cristales residuales de cloruro de sodio precipitan y la suspensión se bombea a una centrífuga mediante la bomba de descarga de triple efecto. El licor madre ingresa a un tanque de licor madre y se devuelve periódicamente al sistema de pretratamiento para garantizar el equilibrio salino y la eliminación de impurezas.

3. Etapa posterior al tratamiento

1. Deshidratación centrífuga: La suspensión del primer y segundo efecto se deshidrata mediante una centrífuga para obtener sal húmeda. Esta sal húmeda ingresa a un secador de lecho fluidizado, donde se calienta a 100 °C con vapor y se seca durante 30 minutos para obtener cloruro de sodio refinado con un contenido de humedad ≤0,5 % y una pureza ≥99 %, cumpliendo con los estándares de sal industrial refinada. Se puede vender directamente como subproducto.

2. Recuperación de condensado: El vapor secundario generado durante la evaporación se condensa en agua en un condensador. El condensado es puro, con una conductividad ≤50 μS/cm, y se reutiliza íntegramente en el proceso de producción, lo que permite reciclar el agua y ahorrar hasta 15 000 toneladas de agua dulce al año.

III. Equipos y materiales clave

1. Evaporador: El evaporador de película descendente de efecto simple utiliza tubos de intercambio de calor de titanio, que son resistentes a la corrosión y tienen un alto coeficiente de transferencia de calor; los evaporadores de circulación forzada de segundo y tercer efecto están hechos de acero inoxidable dúplex 2205, que tiene una fuerte resistencia a la corrosión por picaduras y grietas y una larga vida útil.

2. Centrífuga: Equipada con una centrífuga de descarga de tornillo horizontal, tiene una gran capacidad de procesamiento, alta eficiencia de deshidratación y un alto grado de automatización, reduciendo la intervención manual.

3. Sistema de vacío: se utiliza una bomba de vacío de anillo de agua para proporcionar un entorno de vacío estable para el evaporador, lo que garantiza una evaporación eficiente.

IV. Datos operativos

El sistema funciona de manera estable, con una capacidad de procesamiento de 5 t/h, un consumo unitario de vapor de 0,35 t/t de agua, un consumo energético integral de 35 kWh/t de agua, una tasa de recuperación de cloruro de sodio de más del 90% y una recuperación anual de 3000 toneladas de sal refinada, generando beneficios económicos de aproximadamente 1,5 millones de yuanes, al tiempo que reduce la descarga de aguas residuales en 18.000 toneladas y reduce los costos de producción en 2 millones de yuanes. 

V. Aspectos técnicos destacados

1. Alta eficiencia y ahorro de energía: El sistema de evaporación de triple efecto utiliza vapor secundario en etapas, ahorrando más del 40% de energía que la evaporación de efecto simple, reduciendo significativamente el consumo de vapor y los costos operativos.

2. Alto grado de automatización: El control DCS completo permite el monitoreo en tiempo real y el ajuste automático de parámetros clave, logrando una operación desatendida y reduciendo los costos laborales y los riesgos de errores operativos.

3. Reciclaje de recursos: el cloruro de sodio se recicla y el condensado se reutiliza, logrando cero descargas de aguas residuales y maximizando la utilización de recursos, alineándose con los principios de producción ecológica.

VI. Valor para el cliente

Con la introducción del sistema de cristalización por evaporación de triple efecto de cloruro de sodio de quinta etapa, esta empresa no solo resolvió el problema del tratamiento de aguas residuales salinas, logrando el cumplimiento ambiental y una producción limpia, sino que también obtuvo subproductos de sal refinada adicionales, generando nuevos puntos de crecimiento económico. El sistema opera de forma estable y fiable, ofreciendo una sólida garantía ambiental para la expansión de la capacidad de producción de pigmentos de la empresa, ayudándola a mantenerse a la vanguardia de la industria química de pigmentos y estableciendo un nuevo referente ambiental para el sector.