Quinto evaporador MVR de cloruro de sodio en una planta farmacéutica

I. Descripción general del proyecto

Una planta de materias primas farmacéuticas produce 800 toneladas de medicamentos antivirales al año y descarga diariamente 120 m³ de aguas residuales de proceso con alto contenido de DQO y sal. Estas aguas residuales contienen entre un 6 % y un 8 % de NaCl, un 0,5 % de metanol, entre 1000 y 3000 mg/L de intermedios de API y entre 20 000 y 35 000 mg/L de DQO. El coste inicial de la eliminación externalizada era de 380 RMB/tonelada, con importantes riesgos de transporte y almacenamiento. En 2023, la empresa construyó una unidad de cristalización por evaporación de triple efecto de 5 t/h (en adelante, "esta unidad"), que procesa el 90 % del volumen de aguas residuales de una sola vez, recupera y reutiliza el condensado y externaliza el aprovechamiento de la sal húmeda industrial como subproducto, reduciendo así el coste total de eliminación a 85 RMB/tonelada.

II. Ruta del proceso

2.1 Resumen del proceso

El proceso consta de cinco etapas: pretratamiento → concentración de película descendente a contracorriente de triple efecto → cristalización por circulación forzada → separación centrífuga → secado de las aguas madres. Todo el sistema está construido en acero inoxidable dúplex 316L/2205, con una superficie en contacto con los materiales de Ra ≤ 0,6 μm, lo que cumple con los requisitos de las BPM para una fácil limpieza.

• Pretratamiento: Las aguas residuales se filtran a través de un filtro de canasta de 100 μm → desgasificación al vacío a baja temperatura (45 ℃, -0,085 MPa) para recuperar el 95 % de metanol → oxidación catalítica con ozono, reduciendo la DQO a 12000 mg/L.

• Película descendente de efecto I: el vapor vivo a 0,6 MPa (158 ℃) ingresa al lado de la carcasa del efecto I; el agua residual precalentada a 45 ℃ ingresa al lado del tubo, concentrándose 1,5 veces; el vapor secundario a 120 ℃ sirve como fuente de calor para el efecto II.

• Contracorriente de efecto II/III: el punto de ebullición del efecto II es de 95 ℃, el punto de ebullición del efecto III es de 72 ℃; una bomba de vacío mantiene la presión en el último efecto a -0,075 MPa; el coeficiente de transferencia de calor específico general es de 1800 W/m²·K, la tasa de evaporación es de 12 kg/m²·h.

• Separación por cristalización: La concentración de descarga de III-Effect es del 28% (casi saturación), bombeada a un cristalizador de circulación forzada tipo OSLO; la temperatura de funcionamiento es de 82 ℃, la densidad de la suspensión es del 20%; la centrifugación produce sal húmeda con un contenido de agua ≤3% y una blancura del 80%. ⑤ Secado de licor madre: El licor madre centrifugado, con una DQO de 100.000 mg/L, se seca utilizando un secador de paletas para obtener 0,6 t/d de sales mixtas con un contenido de agua del 5%, que luego se envían para la incineración de residuos peligrosos.

2.2 Configuración del equipo

• Capacidad de evaporación: 5t/h (8% de salinidad en el afluente)

• Área de intercambio de calor: Efecto I 180 m², Efecto II 160 m², Efecto III 140 m²

• Consumo de vapor: 0,32 kg de vapor/kg de agua (bomba de triple efecto + termocompresión)

• Circulación de agua de refrigeración: 60 m³/h (28℃→35℃)

• Sistema de vacío: Anillo de agua + Roots de dos etapas, vacío máximo -0,085 MPa

• Material: Lado del tubo 2205, lado de la carcasa 316L

III. Aspectos técnicos clave

3.1 Recompresión con vapor por termocompresión (TVR)

El vapor secundario del Efecto I a 120 ℃ se presuriza a 135 ℃ mediante una bomba de chorro de vapor de potencia de 0,8 MPa antes de regresar al lado de la carcasa del Efecto I, ahorrando un 18 % de vapor y reduciendo el consumo general de vapor a 0,32 kg/kg de agua.

3.2 Prevención de incrustaciones y CIP

El CIP en línea utiliza una limpieza alterna a 80 ℃ con 2 % de NaOH + 1 % de HNO₃, con un ciclo de 10 días y un tiempo de limpieza de 4 horas. 3.3 Control de calidad de la sal

Los productos químicos se procesan mediante un proceso de clasificación y lavado OSLO, lo que da como resultado un tamaño de cristal D50 de 0,7 mm. Tras la centrifugación, los cristales se enjuagan con agua desionizada fría a 2 °C durante 5 segundos, alcanzando una pureza de NaCl del 97 %.

3.4 Tratamiento profundo de condensados

El condensado secundario con una DQO de 300 a 500 mg/L y un contenido de metanol ≤5 mg/L se trata con un filtro biológico y ozono catalítico, logrando una DQO del efluente ≤30 mg/L. Este efluente se reutiliza en el sistema de agua de refrigeración circulante, alcanzando una tasa de reutilización del 95%.

I V. Resultados Operacionales La unidad arrancó exitosamente en el primer intento en noviembre de 2023. Datos de evaluación de desempeño de 72 horas:

• Tasa de evaporación: 5,2 t/h (diseño 5 t/h)

• Consumo de vapor: 0,31 kg/kg de agua

• Producción de sal: 0,42 t/h

• Tasa de recuperación de condensado: 95%

• Disponibilidad de la unidad: >98% (4320 horas de funcionamiento durante 6 meses)

V. Beneficios económicos y ambientales

5.1 Indicadores económicos

Coste operativo anual: aproximadamente 1,28 millones de RMB (vapor: 180 RMB/t, electricidad: 0,65 RMB/kWh, mano de obra + productos químicos). Ahorro anual en costes de eliminación externalizada: aproximadamente 12,6 millones de RMB. Tras deducir los costes operativos, el beneficio neto anual es de aproximadamente 11,32 millones de RMB.

5.2 Indicadores ambientales

Se reducen anualmente 36.000 toneladas de descarga de aguas residuales de alta salinidad y 1.080 toneladas de emisiones de DQO; se recupera un 95% de metanol y se reducen 55 toneladas de COV; se reducen 2.800 toneladas de emisiones de CO₂ al año; y se incineran 180 toneladas de sales de residuos peligrosos en cumplimiento de la normativa, logrando así "reducción y utilización de recursos".