Evaporador de triple efecto de 5 t/h para cloruro de sodio, cloruro de amonio y sulfito de sodio

I. Antecedentes del proyecto 

Una empresa de materiales fluorados produce 30.000 toneladas de refrigerante HFC-32 anualmente, generando 5 t/h de aguas residuales de lavado como subproducto con la siguiente composición: NaCl 140-160 g/L, NH₄Cl 45-55 g/L, Na₂SO₃ 25-35 g/L, F⁻ 1,2 g/L, DQO 3000 mg/L, color 2000 veces mayor y temperatura 50 °C. El evaporador original de simple efecto consumía 0,45 t/t de vapor de agua, y el equipo presentaba coquización, olor a amoníaco y una pureza de sales mixtas inferior al 90 %, lo que lo hacía apto únicamente para ventas externas de bajo coste. En 2024, el cliente decidió construir una modernización tecnológica de cero emisiones. Kang Jinghui suministró un sistema de evaporador de triple efecto de 5 t/h bajo el modelo EPC. Arrancó con éxito en su primer intento en marzo de 2022 y ha estado operando ininterrumpidamente desde entonces. El consumo de vapor es de 0,27 t/t de agua, y las concentraciones de NaCl, NH₄Cl y Na₂SO₃ satisfacen las necesidades del cliente, generando unos ingresos anuales adicionales de 18 millones de yuanes.

II. Ruta del proceso

1. Características del agua afluente

Elevación del punto de ebullición Δb = 12℃ (TDS 230 g/L, 70 kPa·A)

Termosensible: el NH₄Cl se descompone significativamente a >85 ℃, la tasa de oxidación del Na₂SO₃ se acelera a >60 ℃

Alto F⁻, alta DQO, factor de escala RF = 0,88, altamente corrosivo

2. Descripción general del proceso

Agua de enjuague → Enfriamiento y desfluoración (Ca(OH)₂ + PAC, F⁻ ≤ 15 mg/L) → Precipitación de alta densidad (Mg²⁺ ≤ 20 mg/L) → Microfiltración tubular (SDI ≤ 3) → Precalentamiento de dos etapas (condensado + vapor secundario) → Evaporador a contracorriente de triple efecto → Cristalizador DTB A (precipitación de Na₂SO₃ a baja temperatura) → Cristalizador DTB B (precipitación de NH₄Cl a temperatura media) → Cristalizador Oslo C (precipitación de NaCl a alta temperatura) → Centrifugación → Secado en lecho fluidizado → Envasado automático El vapor vivo funciona a 0,4 MPa (g) y 152 ℃. La cámara de calentamiento de primer efecto utiliza una lámina tubular compuesta de acero inoxidable 2507 + titanio, mientras que el segundo y tercer efecto utilizan acero inoxidable 2205, lo que garantiza un margen para la corrosión de iones de cloruro y fluoruro.

3. Innovación de procesos

Primer efecto de contracorriente + baja temperatura: El gradiente de temperatura del tercer efecto es de 65-55-45 °C. El primer efecto precipita Na₂SO₃ a baja temperatura, lo que reduce la pérdida por oxidación en <3 %.

Cristalización separada: El control de densidad en cada efecto garantiza la formación de cristales semilla. ΔC <2 g/L para Na₂SO₃, ΔC <3 g/L para NH₄Cl y ΔC <4 g/L para NaCl, con una pureza de sal ≥98 %.

Enfriamiento instantáneo al vacío + reciclaje de bomba de calor: el vapor secundario del segundo efecto se comprime parcialmente y se presuriza a 18 ℃ para impulsar la evaporación en el primer efecto, ahorrando un 12 % de vapor.

Eliminación de amoníaco en línea: se instala una torre de lavado ácido en la tubería de vapor secundaria, logrando una tasa de absorción de NH₃ >99% y una concentración de amoníaco en el gas de cola ≤1mg/m³. 

III. Configuración del equipo

Evaporadores: 80m² para simple efecto, 70m² para doble efecto y 60m² para triple efecto, superficie total de intercambio de calor 210m², margen de diseño 25%.

Cristalizadores: Tres unidades DTB, acero inoxidable 2507 con revestimiento de caucho, presión de diseño -0,1 MPa, densidad de la pulpa 25-30%.

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 ℃.

Secado: Lecho fluidizado circulante de circuito cerrado, protección de nitrógeno, contenido de oxígeno <3%, temperatura del producto ≤50℃, evitando la descomposición de NH₄Cl.

IV. Automatización y ahorro energético

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

Sistema de doble circuito cerrado con alimentación anticipada del flujo de vapor y retroalimentación de temperatura, con un consumo de vapor vivo de 0,27 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 2,8 t/t de agua de refrigeración, lo que supone un ahorro energético del 15 % en comparación con los condensadores de superficie tradicionales.

SIS doblemente redundante: 14 enclavamientos que incluyen nivel bajo de líquido, alto vacío, vibración centrífuga y concentración excesiva de amoníaco, 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: 82% (incluida la reutilización de condensado)

• Vapor vivo: 0,27 t/t de agua (Diseño 0,30)

• Consumo de energía: 22kWh/t de agua (bomba de circulación + bomba de vacío + centrífuga)

• Producción: NaCl 1,2 t/d, pureza 99,2 %; NH₄Cl 0,5 t/d, contenido de nitrógeno 25,2 %; Na₂SO₃ 0,3 t/d, pureza 97,5 %, todos alcanzando una base seca industrial de primera clase.

• Condensado: TDS≤120 mg/L, F⁻≤5 mg/L, NH₃≤10 mg/L, reutilizado en agua de refrigeración circulante, lo que reduce el consumo total de agua de la planta en un 8 %.

VI. Beneficios económicos y ambientales

Ahorro anual de vapor de 0,45 millones de toneladas, equivalente a 500 toneladas de carbón estándar, lo que reduce las emisiones de carbono en 1300 toneladas. Ahorro de 2,4 millones de yuanes al año en costos de transporte de residuos peligrosos (originalmente 2000 yuanes/t × 1200 t). Precios de venta de las diferentes sales: NaCl 480 yuanes/t, NH₄Cl 900 yuanes/t, Na₂SO₃ 1200 yuanes/t, lo que genera 18 millones de yuanes adicionales en ingresos anuales. Plazo de amortización de la inversión: 1,3 años.

VII. Comentarios de los clientes

Tras seis meses de funcionamiento del sistema de triple efecto de 5 t/h, el nivel de vacío se ha estabilizado en -88 kPa. La pureza de las tres sales cumple con los estándares y el olor a amoníaco ha desaparecido por completo. Realmente transforma tres residuos en tres productos.