مبخر ثلاثي التأثير بمزيج من الملح بسعة 72 مترًا مكعبًا يوميًا لمصنع كيميائي دقيق

خلفية المشروع

ينتج المالك 6000 طن من مواد التبييض الفلوري عالية الجودة سنويًا، مُنتجًا 72 مترًا مكعبًا يوميًا (3 أمتار مكعبة في الساعة) من مياه الصرف الصحي عالية الملوحة كمنتج ثانوي. تتكون مياه الصرف الصحي من تركيبة معقدة: كلوريد الصوديوم 10-12%، كبريتات الصوديوم 6-8%، أملاح أمينية عضوية 1-2%، كربيد الأكسيد 15000 ملغم/لتر، لونها 800 مرة، درجة حموضة 9-10، وكميات ضئيلة من الميثانول والزيلين. يُسبب التفريغ المباشر للمياه الخام في محطة معالجة مياه الصرف الصحي التابعة للمنطقة الصناعية تأثيرًا كبيرًا على اللون، بينما يستهلك جهاز التبخير أحادي التأثير ووحدة الطرد المركزي الحالية 0.52 طن/طن من البخار لكل طن من الماء، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل وتشوهات لونية حادة في البلورات. في عام 2024، تخطط الشركة لبناء "مبخر ثلاثي التأثير بمزيج من الملح 72 متر مكعب/يوم" جديد، ويتطلب استهلاك البخار ≤ 0.35 طن/طن من الماء، ومكثف COD ≤ 500 ملجم/لتر، ولون ≤ 20 مرة، ومعدل فصل كلوريد الصوديوم وكبريتات الصوديوم ≥ 85%، وفترة استرداد الاستثمار ≤ 2 سنة.

مسار العملية

1. إعادة تقييم جودة المياه ومخطط الطور

أكدت الاختبارات المعملية، بالإضافة إلى مخطط الطور الثلاثي NaCl-Na₂SO₄-H₂O، أن Na₂SO₄·10H₂O يترسب بشكل تفضيلي عند درجة حرارة -15 درجة مئوية، بينما يصل كلوريد الصوديوم إلى التشبع عند درجة حرارة 70 درجة مئوية. بناءً على ذلك، صُممت عملية من مرحلتين تتضمن "تدفق تيار مشترك ثلاثي التأثير + نزع النتروجين بالتبريد العميق + تبلور كلوريد الصوديوم" لتحقيق فصل عالي الجودة للأملاح المختلطة.

2. نظرة عامة على العملية الشاملة

مياه صرف عالية الملوحة ← خزان معادلة (50 متر مكعب، بلاستيك مدعم بالألياف الزجاجية) ← تعويم هواء مذاب عالي الكفاءة (DAF، معدل إزالة الزيت ≥ 90%) ← ضبط الرقم الهيدروجيني (H₂SO₄) ← التأثير الأول ← التأثير الثاني ← التأثير الثالث ← فصل بالطرد المركزي (كلوريد الصوديوم) ← التكثيف ← التجفيف ← التعبئة. يُبرَّد السائل الأم من مفاعل التأثير الثالث ويُبلور تحت التفريغ (-5 درجات مئوية، درجة تفريغ 0.09 ميجا باسكال) للحصول على Na₂SO₄·10H₂O، والذي يُعالَج بعد ذلك بتبلور الصهر والتبلور بالتبخير للحصول على منتج Na₂SO₄ اللامائي. يُعاد السائل الصافي المبرد إلى مفاعل التأثير الثالث، ولا يُفرَّغ أي سائل أم عالي الملوحة من النظام.

٣. المعلمات الرئيسية لمفاعل التأثير الثالث: سعة التبخير المقدرة ٣.٠ طن/ساعة، إجمالي ملح التغذية ١٨٪، محتوى المواد الصلبة الناتجة ٣٥-٣٨٪. التأثير الأول: درجة الحرارة ٩٥ درجة مئوية، الفراغ -٠.٠٢ ميجا باسكال، معدل التبخير ١.١٥ طن/ساعة؛

التأثير الثاني: درجة الحرارة 80 درجة مئوية، الفراغ -0.06 ميجا باسكال، معدل التبخر 1.00 طن/ساعة؛

التأثير الثالث: درجة الحرارة 62 درجة مئوية، الفراغ -0.085 ميجا باسكال، معدل التبخر 0.85 طن/ساعة؛ معامل انتقال الحرارة الكلي: التأثير الأول ≥ 3500 واط·م⁻²·ك⁻¹، التأثير الثالث ≥ 2200 واط·م⁻²·ك⁻¹؛ استهلاك البخار 1.05 طن/ساعة (0.35 طن/طن ماء)، دوران مياه التبريد 60 متر مكعب/ساعة (Δt=8 درجة مئوية).

اختيار المعدات والمواد

1. السخان: يستخدم التأثير الأول أنابيب تبادل حراري من الفولاذ المزدوج 2205 بطول 4 أمتار وقطر φ38×3 مم، وجانب الغلاف Q345R، وضغط التصميم 0.4 ميجا باسكال؛ يستخدم التأثيران الثاني والثالث كلاهما 2205 لتجنب التآكل الناتج عن أيونات الكلوريد.

2. حجرة التبخير: φ1600×5000 مم، مزودة في الأعلى بشبكة سلكية من سبائك التيتانيوم (معدل احتفاظ 99٪)، زاوية مخروطية سفلية 60 درجة + مضخة دوران قسرية مثبتة على الجانب (معدل التدفق 800 م³ / ساعة، رأس 6 م، تحويل التردد)، سرعة تدفق الملاط البلوري 2.8 م / ثانية، دورة القياس ≥ 15 يومًا.

3. الفراغ والتكثيف: مضخة هيدروليكية ثنائية المرحلة + مضخة حلقة سائلة، فراغ نهائي -0.090 ميجا باسكال، طاقة مثبتة 15 كيلو وات؛ مساحة المكثف السطحي 40 متر مربع، مكثف البخار الثانوي COD ≤400 ملجم/لتر، اللون ≤15 مرة، يتم إعادة تدويرها بالكامل لتنظيف معدات الورشة.

4. التنظيف عبر الإنترنت: نظام التنظيف المكاني (CIP) المجهز بـ 5% HNO₃ و3% NaOH ومثبط الترسبات (PAA-Na، 20 جزء في المليون)، يبدأ تلقائيًا كل 10 أيام من التشغيل أو عندما ينخفض ضغط النظام >30 كيلو باسكال، ووقت التنظيف ≤2.5 ساعة.

استهلاك الطاقة والاقتصاد: تعمل الوحدة لمدة 330 يومًا سنويًا، وتبخر 9900 طن من المياه، مما يوفر 1683 طنًا من البخار (0.52 إلى 0.35 طن / طن من المياه)، مما يترجم إلى وفورات سنوية قدرها 370 ألف يوان عند 220 يوان / طن؛ كما توفر 18 ميجاوات ساعة من الكهرباء و6000 طن من المياه، مما يولد 2.1 مليون يوان إضافية في إيرادات المبيعات السنوية (كلوريد الصوديوم + كلوريد الصوديوم + المياه المعاد تدويرها).

حماية البيئة والسلامة:

1. الغاز الخلفي: بعد التكثيف الثانوي للبخار، تدخل الغازات غير القابلة للتكثيف (المركبات العضوية المتطايرة ≤ 20 ملغ/م³) عملية امتصاص الراتينج ذات المرحلتين؛ ولم يتم الكشف عن التولوين.

2. السائل الأم: يتم إعادة تدوير السائل الأم الناتج عن عملية نزع النتروجين بالتبريد العميق، مما يؤدي إلى عدم وجود تصريف عالي الملح من النظام؛ ويبلغ إنتاج كبريتات الصوديوم 0.35 طن/يوم، ويتم بيعها لمصنعي الزجاج.

التحكم الآلي: يستخدم النظام وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) من سيمنز S7-1200 مزودة بشاشة لمس و260 نقطة إدخال/إخراج؛ حيث تُحسَّن المعلمات الرئيسية، مثل شدة التبخر، وكثافة السائل الأم، وعزم الطرد المركزي، آنيًا باستخدام خوارزمية انعكاس تكاملي تفاضلي تفاضلي (PID) + خوارزمية عكس مؤقتة، مع تقلبات في تدفق البخار أقل من ±2%. تتيح شاشة اللمس التشغيل/الإيقاف بزر واحد، وتدعم المراقبة عن بُعد، مما يتيح وضع "التشغيل والتفتيش بدون تدخل بشري"، مما يقلل عدد الموظفين من 3 لكل وردية إلى شخص واحد.

نتائج التشغيل

1. القدرة الإنتاجية: تبلغ القدرة الفعلية على التبخير للوحدة 3.2 طن/ساعة، متجاوزة القدرة التصميمية بنسبة 6%؛ ويبلغ الناتج الثانوي NaCl 0.45 طن/ساعة، مع قدرة إنتاج سنوية تبلغ 3300 طن، ونقاء ≥98.8%، وبياض ≥80؛ ويبلغ Na₂SO₄ 0.12 طن/ساعة، مع قدرة إنتاج سنوية تبلغ 900 طن، ونقاء ≥99%.

2. مياه الصرف الصحي: مكثفات COD ≤ 400 ملغم/لتر، لون ≤ 15 مرة، يتم إعادة تدويرها بالكامل في الورشة، مع حجم إعادة تدوير سنوي يبلغ 9900 طن.

3. الموثوقية: معدل التشغيل هو 96٪، دورة التنظيف المخطط لها هي 15 يومًا، وقت التشغيل الفعلي يصل إلى 25 يومًا؛ معدل فشل المعدات هو 0.2 مرة / شهر، وهو أقل بكثير من متوسط الصناعة البالغ 0.8 مرة / شهر.