Evaporador MVR de sulfato de amonio, fertilizante compuesto de 900.000 toneladas/año

Esquema de proceso

1. Materiales y termodinámica

El sulfato de amonio tiene un punto de ebullición (Δbpe) de 6,5 °C. Al 55 % en peso y a 90 °C, la solución es altamente corrosiva y rica en impurezas orgánicas, con una fuerte tendencia a la formación de espuma. El diseño emplea un sistema de reciclaje de medio vacío (MVR) de dos etapas: primero, concentración de película descendente al 35 %, seguida de cristalización por circulación forzada al 55 %, lo que equilibra el consumo de energía y las propiedades antiespumantes.

2. Descripción general del proceso

Licor madre de sulfato de amonio → Filtro de canasta (400 μm) → Precalentador (recuperación del calor sensible del condensado hasta el punto de ebullición) → Evaporador de película descendente de primera etapa → Evaporador de circulación forzada de segunda etapa → Cristalizador Oslo → Centrífuga de pistón de dos etapas → Secador de lecho fluidizado → Envasado. El vapor secundario se calienta a 18 °C mediante un compresor centrífugo de aleación de titanio y se reutiliza; el condensado, con una conductividad ≤30 μS/cm tras el tratamiento de lecho mixto de pulido, se utiliza íntegramente como agua de lavado para la granulación de fertilizantes compuestos, logrando un proceso de circuito cerrado.

3. Parámetros principales

• Caudal de agua de evaporación: 62 t/h

• Concentración del alimento: 12%

• Contenido sólido de descarga: 55%

• Compresor: Centrífugo de una etapa, diámetro del impulsor 1,6 m, potencia 5,2 MW, eficiencia isentrópica 86%, rango de velocidad 20-105%

• Coeficiente de transferencia de calor general: Sección de película descendente ≥4,2 kW·m⁻²·K⁻¹, sección de circulación forzada ≥3,0 kW·m⁻²·K⁻¹

• Consumo de electricidad por tonelada de agua: 26,8 kWh

• Ahorro anual estándar de carbón: 41.000 toneladas

• Reducción de emisiones de CO₂: 107.000 toneladas/año

Selección de equipos y materiales

1. Calentador: La sección de película descendente utiliza tubos de intercambio de calor de acero dúplex 2205 de φ25 × 1,5 mm, 6 m de largo, 11 000 tubos en total, lado de la carcasa Q345R; la sección de circulación forzada es de tipo placa, área de placa única de 2 m², área total de intercambio de calor 3500 m².

2. Cámara de evaporación: φ4,2 m × 14 m, 2205 + placa compuesta de titanio, desempañador de malla de alambre de titanio superior con 99,5 % de retención, ángulo de cono inferior de 60° + bomba de flujo axial montada lateralmente con un caudal de 18 000 m³/h, altura de 4 m, conversión de frecuencia, velocidad de flujo de suspensión cristalina de 3,5 m/s, ciclo de escalado ≥30 días.

3. Compresor: Impulsor integral de aleación de titanio TA19, fresado en cinco ejes, superficie recubierta con láser con una capa resistente a la corrosión; entrada equipada con ciclón + desempañador de doble etapa de malla de alambre para garantizar una densidad de gotas ≤20 mg/Nm³.

4. Limpieza en línea: Sistema CIP equipado con 5% HNO₃, 3% NaOH e inhibidor de incrustaciones especial PAA-Na, 25 ppm, se inicia automáticamente cada 25 días de funcionamiento o cuando la presión cae >50 kPa, tiempo de limpieza ≤4 h.

Ahorro de energía y economía: En comparación con el reactor original de cuatro efectos, este ahorra 343.000 toneladas de vapor, 2,4 millones de toneladas de agua circulante y 58 millones de yuanes en costos operativos anuales. El consumo energético unitario es de 28 kWh/t de agua.

Protección y seguridad del medio ambiente:

1. Gases de escape: Después de la condensación de vapor secundaria, los gases no condensables (NH₃ ≤ 2 mg/m³) ingresan a la torre de decapado de dos etapas.

2. Licor Madre: El licor madre centrifugado, rico en materia orgánica, se somete a secado por aspersión a pequeña escala e incineración en horno rotatorio. Tras la desnitrificación SNCR, el gas de combustión cumple con las normas de emisiones. Los residuos se funden para producir vidrio, logrando así un vertedero de "licor madre cero".

3. Ruido: El compresor está alojado en un recinto insonorizado y la planta utiliza tecnología de absorción de sonido, lo que da como resultado un ruido límite diurno ≤ 55 dB(A).

4. Seguridad: El evaporador está equipado con un disco de ruptura y una válvula de seguridad para doble alivio de presión.

Automatización: Mediante un sistema de control automático Kang Jinghui con 4200 puntos de E/S, se optimizan en tiempo real parámetros clave como la intensidad de evaporación, la línea de sobrepresión del compresor y el tamaño de las partículas de cristal, con fluctuaciones del consumo de energía < ±1 %. El sistema permite la monitorización remota, lo que facilita la operación sin personal y las inspecciones con personal reducido, reduciendo la plantilla de 18 personas por turno a 6.

Resultados operativos

1. Capacidad: La capacidad real de evaporación es de 64 t/h, superando la capacidad de diseño en un 3 %; el subproducto, sulfato de amonio, es de 3,2 t/h, lo que resulta en una capacidad anual de 26 000 toneladas. N ≥ 21 %, H₂O ≤ 0,3 %, todo reciclado a la línea de producción de fertilizantes compuestos.

2. Aguas residuales: DQO de condensado ≤ 40 mg/L, nitrógeno amoniacal ≤ 5 mg/L, con una capacidad de reciclaje anual de 520.000 toneladas.

3. Confiabilidad: 98% de tiempo de actividad, ciclo de limpieza planificado de 30 días, tiempo máximo de funcionamiento de 46 días; tasa de fallas del equipo de 0,3 veces/mes, significativamente menor que el promedio de la industria de 1,5 veces/mes.

Valor del cliente

Este proyecto reemplaza completamente la evaporación multiefecto tradicional con tecnología MVR, proporcionando una solución de concentración de sulfato de amonio "sin vapor, sin emisiones y de bajo costo" para una planta de fertilizantes compuestos de 900.000 toneladas/año, generando beneficios económicos anuales de 58 millones de yuanes y reduciendo las emisiones de CO₂ en 107.000 toneladas.