Sistema de cristalización por evaporación de flujo cruzado de triple efecto de hidroxilo de sodio de 5 t/h

I. Antecedentes del proyecto 

Este fabricante de nuevos materiales de fluorosilicona tiene una capacidad de producción anual de 20.000 toneladas de alcoholes fluorocarbonados y monómeros modificados con fluorosilicona. El proceso de producción genera 5 t/h de licor madre de hidróxido de sodio (equivalente a la evaporación de agua), con los siguientes componentes: glicolato de sodio (hidroxiacetato de sodio) 220-250 g/L, NaCl 60-80 g/L, NaF 15-25 g/L, coloide de SiO₂ 300 mg/L, DQO 8000 mg/L, color 3000 veces mayor y temperatura de 55 °C. El evaporador original de simple efecto consumía 0,48 t/t de vapor de agua, y el equipo presentaba una alta coquización e incrustaciones de SiO₂. Además, la pureza del hidróxido de sodio era inferior al 90 %, lo que lo hacía invendible. En 2024, la empresa decidió implementar una actualización tecnológica de cero emisiones. Entregamos un sistema de cristalización por evaporación de flujo cruzado de triple efecto de hidroxilo de sodio de 5 t/h bajo un modelo EPC. Se puso en marcha con éxito en marzo de 2025 y ha estado funcionando ininterrumpidamente durante más de 7200 horas hasta la fecha, con un consumo de vapor de 0,25 t/t de agua, una pureza de hidroxilo de sodio ≥99,0 % y un aumento anual de ingresos de 22 millones de yuanes.

II. Ruta del proceso

1. Características influyentes

Elevación del punto de ebullición Δb = 13℃ (TDS 320 g/L, 70 kPa·A)

Termosensible: el hidroxilo de sodio > 100 ℃ se descarboxila fácilmente para formar etilenglicol; la solubilidad del NaF > 60 ℃ cae drásticamente y se codeposita fácilmente.

Alto SiO₂, alta DQO, factor de escala RF = 0,90, altamente corrosivo

2. Descripción general del proceso

Licor madre → Enfriamiento y desiliconización (MgO + PAC, SiO₂ ≤ 50 mg/L) → Precipitación de alta densidad (Ca²⁺ ≤ 30 mg/L) → Microfiltración tubular (SDI ≤ 3) → Precalentamiento en dos etapas (condensado + vapor secundario) → Evaporador de flujo cruzado de triple efecto → Cristalizador DTB A (precipitación de NaF a baja temperatura) → Cristalizador DTB B (precipitación de hidroxilo de sodio a temperatura media) → Centrifugación → Secado en lecho fluidizado → Envasado automático

El vapor vivo opera a 0,4 MPa(g) y 152 °C. La cámara de calentamiento de primer efecto utiliza una placa tubular compuesta de titanio 2507, mientras que el segundo y el tercer efecto utilizan titanio 2205, lo que garantiza un margen de corrosión por iones de fluoruro y cloruro.

3. Innovación de procesos

Flujo cruzado + Primer efecto a baja temperatura: Primer efecto 65 °C, segundo efecto 55 °C, tercer efecto 45 °C. La precipitación de NaF a baja temperatura en el primer efecto reduce el arrastre de hidroxilo de sodio en <2 %.

Cristalización separada: control de la densidad de cada efecto para introducir cristales semilla, segmento de NaF ΔC <1,5 g/L, segmento de hidroxilo de sodio ΔC <2,5 g/L, pureza de sal ≥99 % para todos los segmentos.

Enfriamiento flash al vacío + reutilización de la bomba de calor: la compresión parcial y la presurización del vapor secundario en el tercer efecto a 18 ℃ impulsa la evaporación en el primer efecto, ahorrando un 15 % de vapor.

Desfluoración en línea: Se instala una torre de depuración alcalina en la tubería de vapor secundaria, logrando una tasa de absorción de F⁻ >99% y una concentración de F⁻ en el gas de cola ≤0,5 mg/m³.

III. Configuración del equipo

1. Evaporadores: Simple efecto 60m², Doble efecto 50m², Triple efecto 40m², superficie total de intercambio de calor 150m², margen de diseño 25%.

2. Cristalizadores: Dos unidades DTB, material 2507 + revestimiento de caucho, presión de diseño -0,1 MPa, densidad de la lechada 25-30%.

3. Centrífugas: LW450×1800-N, factor de separación 1400, convertidor de frecuencia, espacio entre tamices de 0,08 mm, la sección de lavado utiliza licor madre enfriado a 3 ℃.

4. Secado: lecho fluidizado circulante de circuito cerrado, protección de nitrógeno, contenido de oxígeno <3%, temperatura del producto ≤50℃, para evitar la descomposición térmica del hidróxido de sodio.

IV. Automatización y ahorro energético

1. DCS+APC: Control predictivo multivariable de tasa de evaporación, nivel de líquido, densidad y grado de vacío, fluctuación ±3%.

2. Sistema de doble circuito cerrado con alimentación anticipada del flujo de vapor y retroalimentación de temperatura. Consumo de vapor vivo: 0,25 t/t de agua, superior al valor de diseño de 0,30 t. El condensador de vapor secundario utiliza un intercambiador de calor de placas de titanio, que consume tan solo 2,5 t/t de agua de refrigeración, lo que supone un ahorro de electricidad del 15 % superior al de los condensadores de superficie tradicionales.

3. SIS doblemente redundante: 14 enclavamientos que incluyen nivel bajo de líquido, alto vacío, vibración de centrífuga y concentración excesiva de F⁻, con un tiempo de respuesta de <500 ms.

V. Datos operativos (evaluación del desempeño en junio de 2025)

• Capacidad de procesamiento: 5t/h (Diseño 5)

• Tasa de producción de agua: 80% (incluida la reutilización de condensado)

• Vapor vivo: 0,25 t/t de agua (Diseño 0,30)

• Consumo de energía: 20kWh/t de agua (bomba de circulación + bomba de vacío + centrífuga)

• Producción: Hidróxido de sodio 1,8 t/d, pureza 99,2%; NaF 0,3 t/d, pureza 98,5%; NaCl 0,4 t/d, pureza 98,8%, todos alcanzando una base seca industrial de primera clase.

• Condensado: TDS ≤ 100 mg/L, F⁻ ≤ 3 mg/L, SiO₂ ≤ 5 mg/L, reutilizado en agua de refrigeración circulante, lo que reduce el consumo total de agua de la planta en un 10 %.

VI. Beneficios económicos y ambientales

Ahorro anual de 0,6 millones de toneladas de vapor, equivalente a 700 toneladas de carbón estándar, lo que reduce las emisiones de carbono en 1.800 toneladas. Ahorro de 3 millones de yuanes anuales en costos de transporte de residuos peligrosos (originalmente 2.500 yuanes/t × 1.200 t). El hidroxilo de sodio se vende a 12.000 yuanes/t y el NaF a 6.000 yuanes/t, lo que genera 22 millones de yuanes adicionales en ingresos anuales.

VII. Comentarios de los clientes

El sistema de triple efecto de flujo cruzado de 5 t/h ha estado funcionando durante seis meses, con un nivel de vacío estable a -88 kPa y una pureza de hidroxilo de sodio consistentemente por encima del 99 %, solucionando por completo los problemas de incrustaciones y consumo energético de las aguas madres con flúor.