Sistema de cristalización por evaporación de triple efecto CBC Water, aditivos para caucho de 250 t/d

I. Antecedentes del proyecto 

Las aguas madre y el agua de lavado vertidos durante la producción de CBC (N-ciclohexil-2-(4-morfolina tio)benzotiazol), un acelerador de vulcanización del caucho, presentan cuatro características destacadas: alto contenido de sal (Na₂SO₄ 12-16 %, NaCl 3-5 %), alta DQO (30 000-40 000 mg/L), alta toxicidad (morfolina, derivados de benzotiazol) y color intenso (color platino-cobalto 3000). El proceso tradicional de dilución + tratamiento bioquímico + estanque de evaporación ya no satisface las necesidades de la región en cuanto al aprovechamiento de sales diversas. Después de comparar múltiples opciones, la empresa finalmente decidió adoptar la ruta de "pretratamiento para endurecimiento y eliminación de DQO → evaporación y cristalización con circulación forzada de triple efecto → extracción de sal fraccionada por congelación → secado de licor madre", construyendo un sistema de evaporación y cristalización de triple efecto de 250 t/d para lograr una descarga cero de aguas residuales y la utilización de recursos de sulfato de sodio.

II. Diseño de la calidad del agua y objetivos

III. Ruta del proceso

1. Pretratamiento

Acoplamiento "Ablandamiento con Cal-Ceniza de Sodio + Flotación por Aire de Alta Eficiencia + Oxidación Catalítica con Ozono", dureza reducida a 50 mg/L, tasa de eliminación de DQO 45%, reducción de color 80%, asegurando que no haya riesgo de incrustaciones de carbonato de calcio y sulfato de calcio en la evaporación posterior.

2. Cristalización por evaporación por circulación forzada de triple efecto

El proceso emplea un modo de triple efecto: "cocorriente + calentamiento externo + circulación forzada": El primer efecto calienta a 108 °C, utilizando vapor vivo saturado de 0,5 MPa de la planta; el segundo efecto calienta a 92 °C y el tercero a 72 °C. El vapor secundario del efecto final ingresa al condensador de superficie, manteniendo un vacío de -0,088 MPa. Las bombas de circulación en cada efecto tienen un caudal de 5500 m³/h, con una velocidad de flujo de 3,2 m/s dentro de las tuberías, lo que resulta en un bajo cizallamiento de cristales y un gran tamaño de partícula. El cristalizador Oslo DTB se encuentra en el tercer efecto, produciendo un contenido de sólidos en suspensión del 25-30 %, un tamaño promedio de partícula de 0,50 mm y un contenido de agua ≤3 % después de la centrifugación.

3. Extracción de sal por congelación y separación

Las aguas madres centrifugadas ingresan a un cristalizador de congelación (-5 °C), donde el Na₂SO₄ precipita como Na₂SO₄·10H₂O. Este precipitado se devuelve a la sección frontal mediante fusión en caliente, logrando así una calidad dual para el sulfato de sodio y el cloruro de sodio.

4. Secado de licor madre: El licor madre congelado se reintroduce en un evaporador de película rascada para su secado. Los sólidos secos contienen ≤5 % de agua, lo que produce 0,8 t/d de sales mixtas, que posteriormente se envían al centro de residuos peligrosos del parque industrial. El sistema no produce vertido de licor madre.

5. Tratamiento de condensados: El condensado mixto, tras pasar por un tanque de ecualización + biorreactor anaeróbico + MBR aeróbico + proceso BAF con ozono, presenta una DQO ≤60 mg/L y una conductividad ≤300 μS/cm. Todo este condensado se reutiliza en los procesos de tratamiento de agua de reposición y sal de la torre de refrigeración.

IV. Configuración de equipos clave

V. Desempeño operativo (promedio de 365 días de octubre de 2023 a septiembre de 2024)

• Capacidad: 255t/d (carga) (Eficiencia 102%)

• Consumo de vapor: 0,31 t/t de agua (incluido el secado)

• Consumo energético total: 19 kWh/t de agua

• Producción de sulfato de sodio: 31,5 t/d, pureza 97,5%, blancura 84, vendido a la industria del vidrio/detergentes, precio 360 yuanes/t

• Producción de cloruro de sodio: 7,8 t/d, pureza 98,2%, vendido a plantas de cloro-álcali

• Tasa de reutilización de condensado: 93%, ahorro anual de agua 82.000t

• Tasa de funcionamiento del sistema: 97 %. 1 % de las paradas no programadas, cada una con una duración inferior a 6 horas. Ciclo de limpieza: 110 días para el primer efecto, 110 días para el segundo efecto, 95 días para el tercer efecto, tres veces más largo que las soluciones tradicionales. Coste operativo: 39 RMB/t de aguas residuales (incluyendo vapor, electricidad, productos químicos y mano de obra). Periodo de amortización de la inversión: 1,7 años. 

Innovación tecnológica

1. Sinergia de alta sal y alta DQO: pretratamiento de oxidación catalítica con ozono + cristalización en etapas de tres efectos, tasa de eliminación total de DQO ≥99,5%, evitando la coquización a alta temperatura.

2. Material compuesto de titanio/2205: Resistente a la corrosión ácida mixta Cl⁻ + SO₄²⁻, vida útil del equipo de 10 años, lo que reduce los costos anuales de mantenimiento por corrosión en un 85% en comparación con la solución 316L.

3. Co-corriente + circulación forzada + tamaño de partícula DTB controlable: el tamaño de partícula promedio aumentó en un 40%, el consumo de energía de deshidratación centrífuga disminuyó en un 18% y la blancura de la sal aumentó en un 20%. 

4. Separación por congelación: utilizando el diagrama de fase ternaria Na₂SO₄-NaCl-H₂O, la precipitación de nitrato a baja temperatura y la recuperación de fusión en caliente aumentan la tasa de recuperación de sulfato de sodio en un 12%.

5. Módulo antical con IA: El monitoreo en línea de la diferencia de temperatura, vibración y conductividad predice tendencias de incrustación y activa automáticamente el programa de "lavado con agua + lavado con ácido", reduciendo los costos anuales de limpieza en un 60%.

Beneficios ambientales y económicos:  Las emisiones anuales de DQO se redujeron en 3650 t, los desechos peligrosos y las sales diversas se redujeron en un 70%, aprobando con éxito la certificación de nivel A de desempeño "Descarga cero" del Departamento de Ecología y Medio Ambiente de la provincia de Shandong.

Ahorro anual de 82.000 toneladas de agua primaria y 23.000 toneladas de vapor vivo, reduciendo los costos de eliminación de residuos peligrosos en 10,5 millones de yuanes, con un beneficio integral de 15,8 millones de yuanes.

Conclusión:  El sistema de cristalización por evaporación de triple efecto con agua CBC para aditivos de caucho, de 250 t/d, basado en pretratamiento, cristalización de triple efecto, separación por congelación y secado de aguas madres, logra con éxito la eliminación total de aguas residuales con alto contenido de sal y DQO, así como la recuperación dual de sulfato y cloruro de sodio. El proyecto validó la fiabilidad, la rentabilidad y la replicabilidad de la tecnología integrada de protección contra la corrosión de titanio + circulación forzada + control del tamaño de partícula DTB + prevención de incrustaciones mediante IA, lo que proporciona un paradigma maduro y escalable para el tratamiento de aguas residuales orgánicas con alto contenido de sal en la industria de aditivos de caucho. En el futuro, continuaremos iterando en tecnologías de vanguardia como la compresión de vapor y el acoplamiento multiefecto, el aprovechamiento de sales diversas y la operación y el mantenimiento digitales para ayudar a más empresas químicas a lograr una transformación ecológica y baja en carbono, así como un desarrollo de alta calidad.