عملية التبلور بالتبخير الثلاثي التأثير باستخدام كبريتات الأمونيوم وكلوريد الأمونيوم في مصنع كيميائي دقيق بقدرة 30 طنًا في الساعة

مخطط العملية

1. إعادة تقييم خصائص المواد

أكدت الاختبارات المعملية التي أُجريت على مياه الصرف الصحي المختلطة بمحلول ملحي عند درجة حرارة 180 درجة مئوية أن كبريتات الأمونيوم تبدأ بالتحلل عند درجة حرارة ≥95 درجة مئوية، بينما يتسامى كلوريد الأمونيوم بسرعة أكبر عند درجة حرارة ≥85 درجة مئوية. وباستخدام أنماط حيود الأشعة السينية (XRD)، تم تحديد تسلسل ترسب البلورات: يترسب Na₂SO₄·10H₂O أولاً، يليه (NH₄)₂SO₄، وأخيراً NH₄Cl. واستناداً إلى هذا النمط، تم اعتماد مزيج من "تدفق التيار المشترك ثلاثي التأثير + التبلور على مرحلتين + نزع النتروجين بالتبريد العميق" لتجنب التبلور المشترك لكبريتات الأمونيوم وكلوريد الأمونيوم.

2. وصف التدفق العام

مساحة خزان المواد الخام → ضبط درجة الحموضة (إضافة 20 جزء في المليون من H₂SO₄ لقمع هروب الأمونيا) → تسخين اللوحة مسبقًا (استعادة الحرارة الحسية من المكثف إلى 62 درجة مئوية) → التأثير الأول (غرفة التسخين φ38 × 3 مم، جانب أنبوب 316L، جانب غلاف Q345R) → التأثير الثاني → التأثير الثالث → جهاز التبلور أوسلو في المرحلة الأولى (كبريتات الأمونيوم) → المكثف → جهاز الطرد المركزي الأفقي WH-800 → تجفيف تدفق الهواء (120 درجة مئوية، وقت الإقامة 3 ثوانٍ) → تعبئة أكياس طن.

يخضع السائل الأم من مُبخِّر التأثير الثالث لعملية تنقية بواسطة مكبس ترشيح لوحي وإطاري، ثم عملية تبلور بالتجميد (-5 درجات مئوية، ضغط تفريغ 0.09 ميجا باسكال) لإزالة Na₂SO₄·10H₂O قبل دخوله إلى مُبخِّر DTB الثانوي (كلوريد الأمونيوم). بعد ذلك، يخضع لعملية طرد مركزي، وتجفيف في طبقة مُميَّعة، وتعبئة آلية.

3. المعلمات الرئيسية للمبخر ثلاثي التأثير:

• قدرة التبخر المقدرة: 30 طن/ساعة؛ 

• تركيز العلف: 15٪؛ 

• محتوى المواد الصلبة في التفريغ: 38%-40%.

• التأثير الأول: درجة الحرارة 88 درجة مئوية، الفراغ -0.02 ميجا باسكال، سعة التبخر: 11.5 طن/ساعة؛

• التأثير الثاني: درجة الحرارة 72 درجة مئوية، الفراغ -0.06 ميجا باسكال، سعة التبخر: 10.0 طن/ساعة؛

• التأثير الثالث: درجة الحرارة 58 درجة مئوية، الفراغ -0.085 ميجا باسكال، سعة التبخر: 8.5 طن/ساعة.

• معامل انتقال الحرارة الإجمالي: ≥3800 واط·م⁻²·ك⁻¹ للتبريد أحادي التأثير، ≥2200 واط·م⁻²·ك⁻¹ للتبريد ثلاثي التأثير؛ استهلاك البخار: 11 طن/ساعة (0.45 طن/طن ماء)؛ معدل دوران مياه التبريد: 520 متر مكعب/ساعة (Δt=8 درجة مئوية).

اختيار المعدات والمواد

1. السخان: يستخدم التأثير الأول لوحة مركبة من الفولاذ الكربوني/316L؛ أما التأثيران الثاني والثالث فهما من الفولاذ الكربوني/316L لتجنب التآكل الناتج عن أيونات الكلوريد.

2. غرفة التبخير: φ3600×8000 مم، مزودة في الأعلى بشبكة سلكية مزدوجة الطبقات (316L، معدل احتفاظ 99.5٪)، وفي الأسفل بزاوية مخروطية 60 درجة + مضخة دوران قسرية مثبتة على الجانب (معدل تدفق 6000 م³ / ساعة، رأس 6 م، تحويل التردد)، مما يضمن معدل تدفق الملاط البلوري 2.8 م / ثانية ودورة تكسير ≥ 12 يومًا.

3. المكثف: مكثف مزدوج المرحلة من النوع المختلط + السطحي، مكثف بخار ثانوي TDS ≤50mg/L، يُعاد استخدامه لتغذية مياه الغلاية.

4. نظام الفراغ: مجموعة مضخة الجذور + حلقة السائل ثلاثية المراحل، الطاقة المركبة 45 كيلو وات، يمكنها إنشاء فراغ -0.09 ميجا باسكال في غضون 5 دقائق.

5. التنظيف عبر الإنترنت: مزود بتنظيف حمض CIP (5%HNO3) + تنظيف قلوي (3%NaOH) بالتبديل التلقائي، ويبدأ تلقائيًا كل 10 أيام من التشغيل أو عندما ينخفض ضغط النظام >30 كيلو باسكال.

استهلاك الطاقة والاقتصاد

وبالمقارنة مع نظام التأثير الفردي السابق، يوفر النظام ما يقرب من 72 ألف طن من البخار سنويًا، أي ما يعادل 15.84 مليون يوان (على أساس سعر 220 يوان/طن)؛ كما يتم توفير 180 ميجاوات ساعة من الكهرباء و240 ألف طن من المياه.

حماية البيئة والسلامة

1. غاز العادم: بعد التكثيف، يدخل الغاز غير القابل للتكثيف (NH3 ≤ 5 ملغ/م3) من البخار الثانوي ذي التأثير الثلاثي إلى برج التخليل ثنائي المرحلة (دورة حمض الكبريتيك المخفف) + امتصاص الكربون المنشط، مما يؤدي إلى تركيز انبعاث الأمونيا < 1.3 ملغ/م3 عند مخرج التفريغ.

2. المحلول الأم: تبلغ نسبة دوران المحلول الأم لكبريتات الأمونيوم 4.5، وتبلغ نسبة دوران المحلول الأم لكلوريد الأمونيوم 3.8، مما يؤدي إلى عدم انبعاثات عالية الملح من النظام؛ ويتم بيع كبريتات الصوديوم التي يتم الحصول عليها من عملية نزع النتروجين بالتبريد العميق إلى مصنعي الزجاج.

٣. الغبار: أقسام التجفيف والتعبئة مُجهزة بأغطية محكمة الغلق ومرشحات أكياس نفث نبضي (أكياس ترشيح غشائية، ٥٠٠ جم/م²)، مما يُنتج جسيمات دقيقة أقل من ١٠ ملجم/م³. ٤. السلامة: منطقة الوحدة مُجهزة باثنتي عشرة نقطة كشف تسرب الأمونيا GDS، مُتشابكة مع نظام الرش؛ الجزء العلوي من المُبخّر مُجهز بنظام تخفيف ضغط مزدوج مُكوّن من قرص تمزق وصمام أمان؛ ويُحقق نظام SIS تشابكًا ثلاثيًا لإيقاف البخار في حالة ارتفاع درجة الحرارة أو الضغط أو انخفاض مستوى السائل.

توفير القوى العاملة والتشغيل المريح: يمكن عرض خطط الإنتاج واستهلاك الطاقة وCIP عن بعد من خلال نظام التشغيل، مما يحقق وضع "عملية بدون طيار + تفتيش بأقل عدد من الموظفين"، مما يقلل عدد الموظفين لكل وردية من 12 إلى 4.

نتائج التشغيل:

1. الطاقة الإنتاجية: تبلغ الطاقة التبخيرية الفعلية للوحدة 31.2 طن/ساعة، متجاوزة الطاقة التصميمية بنسبة 4%؛ ويبلغ إنتاج كبريتات الأمونيوم 15.8 طن/ساعة، وإنتاج كلوريد الأمونيوم 6.5 طن/ساعة، وهو ما يعادل طاقة إنتاج سنوية تبلغ 126 ألف طن من كبريتات الأمونيوم و52 ألف طن من كلوريد الأمونيوم.

٢. الجودة: كبريتات الأمونيوم (N) ≥ ٢١.١٪، ماء ≤ ٠.٣٪؛ كلوريد الأمونيوم (N) ≥ ٢٥.٤٪، صوديوم ≤ ٠.٢٥٪. ٣. الموثوقية: معدل التشغيل ٩٦٪، ودورة التنظيف المخطط لها ١٢ يومًا، ويمكن أن يصل وقت التشغيل الفعلي إلى ١٨ يومًا؛ معدل تعطل المعدات ٠.٤٢ مرة شهريًا، وهو أقل بكثير من متوسط الصناعة البالغ ١.٥ مرة شهريًا.

قيمة العميل: من خلال تنفيذ هذا المشروع، لم تحل الشركة مشكلة تصريف مياه الصرف الصحي عالية الملوحة فحسب، بل حولت أيضًا المنتجات الثانوية كبريتات الأمونيوم وكلوريد الأمونيوم إلى نقاط نمو جديدة للأرباح، مما أدى إلى توليد 180 مليون يوان إضافية في إيرادات المبيعات السنوية و42 مليون يوان في الأرباح؛ في الوقت نفسه، أنشأت معيارًا صناعيًا لـ "الصناعة الكيميائية الخضراء والتصنيع الذكي"، مما يوفر دعمًا فنيًا وبيانات قويًا لمشاريع جمع الأموال للاكتتاب العام الأولي اللاحقة.