جهاز تبخير ثنائي التأثير من كلوريد الصوديوم بقدرة 1 طن/ساعة لمصنع كيميائي جيد

خلفية المشروع 

شركة كيميائية راقية تُنتج بشكل رئيسي إضافات طلاء مائية، مُنتجةً 8000 طن من مياه الصرف الصحي من كلوريد الصوديوم سنويًا كمنتج ثانوي. تشمل المكونات النموذجية: كلوريد الصوديوم (12-15%)، وCOcr (8000-12000 ملغم/لتر)، ودرجة حموضة (pH) تتراوح بين 6.5 و7.5، وكميات ضئيلة من جلايكول الإيثيلين، وبنزوات الصوديوم، والمواد الصلبة العالقة. عولجت المياه الخام باستخدام وحدة قديمة تتكون من عمليات التخثر، والتبخير ثلاثي التأثير، والطرد المركزي. بلغ استهلاك البخار 0.48 طن من الماء لكل طن من الماء، ونظرًا لانخفاض سعة المعالجة بشكل كبير عن الحمل التصميمي، فقد أدى التشغيل طويل الأمد بحمل منخفض إلى انخفاض معامل انتقال الحرارة وانسداد أنابيب الملاط البلوري. في عام ٢٠٢٤، قررت الشركة إنشاء مُبخِّر جديد ثنائي التأثير من كلوريد الصوديوم، بطاقة ١ طن/ساعة، يتطلب مساحة لا تتجاوز ٣٦ مترًا مربعًا، واستهلاكًا للبخار لا يتجاوز ٠.٣٥ طن من الماء لكل طن من الماء، ونسبة إجمالية للمكثفات لا تتجاوز ١٠٠ ملغم/لتر، وإعادة استخدام كاملة في عملية البلمرة. بلغت فترة استرداد الاستثمار أقل من سنتين ونصف. بدأ المشروع بنجاح في يونيو ٢٠٢٤، وهو يعمل حاليًا بثبات.

مسار العملية

1. إعادة تقييم جودة المياه والديناميكية الحرارية

أظهرت الاختبارات المعملية أن ارتفاع درجة غليان مياه الصرف الصحي هذه هو Δbpe = 5.8 درجة مئوية (15% كلوريد الصوديوم، 90 درجة مئوية)، وتنخفض إلى 4.1 درجة مئوية تحت ضغط فراغ -0.075 ميجا باسكال. يُعدّ الجمع بين تدفق التيار المزدوج التأثير + الدوران القسري + تبلور أوسلو خيارًا مناسبًا. تترسب كمية كبيرة من الرغوة العضوية عند تركيز COD بنسبة 25%، مما يتطلب إزالة الرغوة مباشرةً.

2. نظرة عامة على العملية الشاملة

مساحة خزان المواد الخام (10 متر مكعب، بولي إيثيلين) → فلتر السلة (200 ميكرومتر) → سخان اللوحة المسبق (استعادة الحرارة الحسية للمكثف إلى 65 درجة مئوية) → مبخر التأثير الأول → مبخر التأثير الثاني → جهاز تبلور أوسلو → جهاز طرد مركزي دافع للمكبس (HR315-N) → مجفف السرير المميع (90 درجة مئوية، وقت الإقامة 2 ثانية) → تعبئة أكياس طن من الملح المكرر.

يُضخ البخار الثانوي عبر نفث هيدروليكي ومضخة تفريغ حلقية سائلة حتى -0.075 ميجا باسكال. بعد مرور المكثف عبر طبقة تلميع مختلطة، تكون موصليته الكهربائية ≤40 ميكرو سيميز/سم، ويُعاد استخدامه لتنظيف مفاعل البلمرة. يُفرّغ السائل الأم دوريًا إلى وحدة تجريبية للتجفيف بالرش، مما يُحقق تفريغًا "صفريًا" للسائل عالي الملح.

٣. المعلمات الرئيسية للتأثير المزدوج: سعة التبخير المقدرة ١.٠ طن/ساعة، تغذية كلوريد الصوديوم ١٥٪، محتوى المواد الصلبة الخارجة ٣٨-٤٠٪. **التأثير ١:** درجة الحرارة ٩٢ درجة مئوية، الفراغ -٠.٠٢ ميجا باسكال، معدل التبخير ٠.٥٥ طن/ساعة؛

التأثير 2: درجة الحرارة 72 درجة مئوية، الفراغ -0.075 ميجا باسكال، معدل التبخر 0.45 طن/ساعة؛

معامل انتقال الحرارة الإجمالي: التأثير 1 ≥ 3200 واط·م⁻²·ك⁻¹، التأثير 2 ≥ 2100 واط·م⁻²·ك⁻¹؛ استهلاك البخار 0.32 طن/ساعة (0.32 طن/طن ماء)، دوران مياه التبريد 12 متر مكعب/ساعة (Δt=6 درجة مئوية).

اختيار المعدات والمواد:

١. المُبخِّر: تستخدم غرفة التسخين أنابيب تبادل حراري فولاذية مزدوجة من نوع 2205، بأبعاد φ25×2 مم، وبطول 3 أمتار. جانبي الأنبوب في كلٍّ من التأثير الأول والتأثير الثاني مصنوعان من نوع 2205 لتجنب تآكل أيونات الكلوريد. جانب الغلاف مصنوع من مادة Q345R، بضغط تصميمي يبلغ 0.4 ميجا باسكال. غرفة التبخير: φ1200×3000 مم، مزودة بشبكة سلكية من سبائك التيتانيوم مثبتة في الأعلى (معدل احتباس 99%)، بزاوية مخروط سفلية 60 درجة، ومضخة دوران قسرية مثبتة على الجانب (معدل تدفق 400 متر مكعب/ساعة، وارتفاع 5 أمتار، وتحويل ترددي)، مما يضمن سرعة تدفق ملاط البلورات 2.5 متر/ثانية ودورة تكسير ≥20 يومًا.

2. جهاز التبلور: نوع أوسلو، φ800×2500 مم، أنبوب توجيه مدمج، زمن الإقامة 1.8 ساعة، متوسط حجم الجسيمات 0.45 مم، معامل التباين CV ≤ 15%، محتوى الملح الرطب بعد الطرد المركزي ≤ 3%.

3. الفراغ والتكثيف: مضخة هيدروليكية ثنائية المرحلة + مضخة حلقة سائلة، الفراغ النهائي -0.085 ميجا باسكال، الطاقة المركبة 7.5 كيلو واط؛ مساحة المكثف السطحي 15 مترًا مربعًا، باستخدام أنبوب حلزوني رقيق الجدار 304، مكثف بخار ثانوي TDS ≤ 50 مجم / لتر.

٤. التنظيف المباشر: نظام التنظيف المكاني (CIP) مُجهّز بـ ٥٪ من هيدروكسيد الصوديوم (HNO₃) و٣٪ من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، ومثبط الترسبات الكلسية (PAA-Na، ١٥ جزءًا في المليون). يبدأ النظام تلقائيًا كل ١٥ يومًا من التشغيل أو عندما ينخفض ضغط النظام إلى أكثر من ٣٠ كيلو باسكال، مع مدة تنظيف لا تتجاوز ساعتين.

استهلاك الطاقة والاقتصاد: تعمل الوحدة لمدة 8000 ساعة سنويًا، وتبخر 8000 طن من المياه، مما يوفر 1280 طنًا من البخار (0.48→0.32 طن / طن من المياه)، والذي يترجم عند 220 يوانًا / طن إلى وفورات سنوية قدرها 282000 يوان؛ وفورات في الكهرباء تبلغ 15 ميجاوات ساعة؛ وفورات في المياه تبلغ 8000 طن؛ وزيادة سنوية في إيرادات المبيعات (الملح الصناعي + المياه المعاد تدويرها) بمقدار 960000 يوان.

حماية البيئة والسلامة: 

1. غاز العادم: بعد تكثيف البخار الثانوي، تدخل الغازات غير القابلة للتكثيف (المركبات العضوية المتطايرة ≤ 20 ملغ/م³) إلى خزان امتصاص الكربون المنشط؛ ولم يتم الكشف عن مركبات البنزين عند مخرج الانبعاث.

٢. السائل الأم: معدل التفريغ ≤٣٪ من معدل التغذية. بعد التجفيف بالرش على نطاق صغير (٥ كجم/ساعة)، تُعامل البقايا كنفايات صلبة وتُحرق خارجيًا. لا يُصدر النظام أي تصريف للسائل عالي الملوحة.

3. الضوضاء: حاوية عازلة للصوت + امتصاص صوت النبات؛ الضوضاء الحدودية أثناء النهار ≤55 ديسيبل (أ).

الأتمتة والرقمنة: يستخدم جهاز تحكم منطقي قابل للبرمجة (PLC) من طراز Siemens S7-1200 وشاشة لمس، مزودة بـ 180 نقطة إدخال/إخراج. تُحسَّن المعلمات الرئيسية، مثل شدة التبخر، وكثافة السائل الأم، وعزم الطرد المركزي، آنيًا باستخدام خوارزميات الانعكاس الزمني PID، مع تذبذب تدفق البخار <±2%. يعمل الجهاز بزر واحد فقط عبر شاشة اللمس، ويدعم عرض البرامج عن بُعد، مما يُتيح وضع "التشغيل والتفتيش بدون تدخل بشري"، مما يُقلل عدد الموظفين من شخصين لكل وردية إلى شخص واحد.

نتائج التشغيل:

1. الطاقة الإنتاجية: تبلغ الطاقة التبخيرية الفعلية للوحدة 1.05 طن/ساعة، وهو ما يتجاوز الطاقة التصميمية بنسبة 5%؛ ويبلغ ملح المنتج الثانوي الصناعي 160 كجم/يوم، مع طاقة إنتاج سنوية تبلغ 53 طنًا، ونقاء كلوريد الصوديوم ≥98.8%، وبياض ≥85.

2. النفايات السائلة: مكثفات COD ≤ 60 ملغم/لتر، الموصلية ≤ 40 ميكروسيمنز/سم، يتم إعادة تدويرها بالكامل لعملية البلمرة، حجم إعادة التدوير السنوي 8000 طن.

3. الموثوقية: 98% من وقت التشغيل، دورة تنظيف مخططة لمدة 20 يومًا، وقت تشغيل فعلي يصل إلى 30 يومًا؛ معدل فشل المعدات 0.1 مرة/شهر، وهو أقل بكثير من متوسط الصناعة البالغ 0.5 مرة/شهر.