نظام التبلور بالتبخير ثلاثي التأثير باستخدام كلوريد الصوديوم الخامس للمؤسسات الكيميائية المتخصصة في الصبغات

في صناعة كيماويات الأصباغ، لطالما كانت معالجة مياه الصرف الصحي المالحة جانبًا أساسيًا لحماية البيئة وإعادة تدوير الموارد للمؤسسات. وتبلغ الطاقة الإنتاجية السنوية لشركة كيماويات الأصباغ المعروفة، المتخصصة في إنتاج أصباغ عضوية عالية الجودة، مثل أصباغ الآزو والفثالوسيانين، 30,000 طن. وخلال عملية الإنتاج، تُنتج الشركة كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي من كلوريد الصوديوم يوميًا، بتركيزات تتراوح بين 8% و15%. وتحتوي هذه المياه على كميات ضئيلة من الشوائب العضوية، مثل الأصباغ والمواد المضافة، مما يُظهر لونًا عاليًا وقيمة CODcr تتجاوز 2000 ملغم/لتر. ويُؤدي التصريف المباشر إلى تلويث المسطحات المائية بشدة وإهدار موارد الملح القيّمة.

أولا: خلفية المشروع

في ظلّ تزايد صرامة اللوائح البيئية وحاجة الشركة إلى التنمية المستدامة، احتاجت هذه الشركة بشكل عاجل إلى نظام تبخير وتبلور كلوريد الصوديوم عالي الكفاءة، موفّر للطاقة، وصديق للبيئة، لتحقيق عدم تصريف مياه الصرف الصحي واستعادة موارد كلوريد الصوديوم. بعد دراسة السوق ومقارنة التقنيات، وقع الاختيار في النهاية على نظام التبخير والتبلور ثلاثي التأثير الخامس لكلوريد الصوديوم. وقد نال هذا النظام استحسان العميل بفضل فعاليته الممتازة في توفير الطاقة، وأدائه التشغيلي المستقر، وآليته العالية.

II. مسار العملية

1. مرحلة المعالجة المسبقة

إزالة اللون والتحلل: يدخل الماء الخام أولاً إلى خزان المعادلة. بعد التجانس والمعادلة، يُضخ إلى مفاعل إزالة اللون. يُضاف عامل إزالة لون خاص (كاشف فينتون)، ويُجرى تفاعل أكسدة في ظروف حمضية (درجة الحموضة = 3-4) لتفكيك جزيئات الصبغة الكبيرة وإزالة لونها. يستغرق التفاعل ساعتين، بمعدل إزالة لون يتجاوز 95%، ونسبة CODcr أقل من 500 ملغم/لتر.

التحييد والتليين: بعد إزالة اللون، تدخل مياه الصرف الصحي إلى خزان التحييد. يُضاف هيدروكسيد الصوديوم لضبط الرقم الهيدروجيني (pH) إلى 8-9، ويُضاف كربونات الصوديوم في الوقت نفسه لإزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ومنع الترسب في المبخر التالي. بعد التليين، تنخفض صلابة الماء (المحسوبة بـ CaCO₃) إلى أقل من 50 ملغم/لتر.

الترشيح والتسخين المسبق: يُرشَّح الماء المُعالَج عبر مكبس ترشيح ذي صفيحة وإطار لإزالة المواد الصلبة العالقة. يدخل المُرشَّح إلى جهاز التسخين المسبق، حيث يُسخَّن مسبقًا إلى 80 درجة مئوية باستخدام البخار الثانوي المُولَّد من نظام التبخير، تمهيدًا لمرحلة التبخير والتبلور.

2. مرحلة التبخير والتبلور ذات التأثير الثلاثي

مبخر التأثير الأول: بعد التسخين المسبق، تدخل مياه الصرف إلى مبخر الغشاء الساقط ذي التأثير الأول. يُدخل بخار جديد إلى جانب الغلاف، بينما تتبخر مياه الصرف في جانب الأنبوب تحت ضغط -50 كيلو باسكال عند درجة حرارة تبخر 85 درجة مئوية. يُولّد هذا بخارًا ثانويًا، يُستخدم كمصدر حرارة للتأثير الثاني. يرتفع تركيز مياه الصرف إلى 15%، ويبدأ كلوريد الصوديوم بالترسيب. يُضخّ خليط البلورات عبر مضخة دوران إلى فاصل التأثير الأول، حيث تُفصل بلورات كلوريد الصوديوم أولًا. يُعاد السائل الأم إلى مبخر التأثير الأول.

مبخر التأثير الثاني: يدخل البخار الثانوي الناتج عن التأثير الأول إلى مبخر الدوران القسري ذي التأثير الثاني، مما يزيد من تركيز مياه الصرف إلى 25% عند درجة حرارة تبخر 70 درجة مئوية وضغط فراغ -70 كيلو باسكال. تترسب كمية كبيرة من بلورات كلوريد الصوديوم. يُضخ خليط البلورات عبر مضخة التفريغ ذات التأثير الثاني إلى مُكثِّف. بعد التكثيف، يدخل إلى جهاز طرد مركزي للتجفيف، مما يُقلل نسبة رطوبة الملح الرطب إلى أقل من 3%. يُعاد السائل الأم إلى التأثير الثاني لمزيد من التبخير.

مُبخِّر ثلاثي التأثير: يُستخدم البخار الثانوي الناتج عن التأثير الثاني كمصدر حرارة للتأثير الثالث، مما يُركِّز مياه الصرف الصحي حتى تصل إلى درجة التشبع تقريبًا. تبلغ درجة حرارة التبخير 55 درجة مئوية، ودرجة الفراغ -85 كيلو باسكال. تترسب بلورات كلوريد الصوديوم المتبقية، ويُضخ الملاط إلى جهاز طرد مركزي عبر مضخة التفريغ ثلاثية التأثير. يدخل السائل الأم إلى خزان السائل الأم، ويُعاد دوريًا إلى نظام المعالجة الأولية لضمان توازن الأملاح وإزالة الشوائب.

3. مرحلة ما بعد العلاج

١. التجفيف بالطرد المركزي: يُجفف الملاط الناتج عن المرحلتين الأولى والثانية بواسطة جهاز طرد مركزي للحصول على ملح رطب. يُدخل الملح الرطب إلى مجفف ذي طبقة مميعة، حيث يُسخّن إلى ١٠٠ درجة مئوية باستخدام البخار، ويُجفف لمدة ٣٠ دقيقة للحصول على كلوريد الصوديوم المكرر بنسبة رطوبة ≤ ٠.٥٪ ونقاء ≥ ٩٩٪، مُطابقًا لمعايير الملح الصناعي المكرر. يُمكن بيعه مباشرةً كمنتج ثانوي.

٢. استعادة المكثفات: يُكثف البخار الثانوي الناتج عن عملية التبخير إلى ماء في مكثف. يكون المكثف نقيًا، بموصلية كهربائية ≤ ٥٠ ميكروثانية/سم³، ويُعاد استخدامه بالكامل في عملية الإنتاج، مما يُحقق إعادة تدوير موارد المياه ويوفر ما يصل إلى ١٥,٠٠٠ طن من المياه العذبة سنويًا.

ثالثًا: المعدات والمواد الرئيسية

1. المبخر: يستخدم مبخر الفيلم المتساقط ذو التأثير الفردي أنابيب تبادل حراري من التيتانيوم، وهي مقاومة للتآكل ولها معامل نقل حرارة مرتفع؛ المبخرات ذات الدورة القسرية ذات التأثير الثاني والثالث مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205، والذي يتميز بمقاومة قوية للتآكل الحفري والشقوق وعمر خدمة طويل.

2. أجهزة الطرد المركزي: مجهزة بجهاز طرد مركزي بتفريغ لولبي أفقي، ولديها قدرة معالجة كبيرة، وكفاءة تجفيف عالية، ودرجة عالية من الأتمتة، مما يقلل من التدخل اليدوي.

3. نظام الفراغ: يتم استخدام مضخة فراغ حلقة الماء لتوفير بيئة فراغ مستقرة للمبخر، مما يضمن التبخر الفعال.

رابعًا. بيانات التشغيل

ويعمل النظام بثبات، مع قدرة معالجة تبلغ 5 أطنان في الساعة، واستهلاك بخار الوحدة يبلغ 0.35 طن/طن من الماء، واستهلاك شامل للطاقة يبلغ 35 كيلوواط/ساعة/طن من الماء، ومعدل استرداد كلوريد الصوديوم يزيد عن 90%، واسترداد سنوي يبلغ 3000 طن من الملح المكرر، مما يولد فوائد اقتصادية تبلغ حوالي 1.5 مليون يوان، مع تقليل تصريف مياه الصرف الصحي بمقدار 18 ألف طن وخفض تكاليف الإنتاج بمقدار 2 مليون يوان. 

خامسًا: أهم النقاط الفنية

1. كفاءة عالية وتوفير الطاقة: يستخدم نظام التبخير ثلاثي التأثير البخار الثانوي على مراحل، مما يوفر أكثر من 40% من الطاقة مقارنة بالتبخير أحادي التأثير، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك البخار وتكاليف التشغيل.

2. درجة عالية من الأتمتة: يتيح التحكم الكامل في DCS مراقبة الوقت الفعلي والتعديل التلقائي للمعلمات الرئيسية، مما يحقق التشغيل دون مراقبة ويقلل من تكاليف العمالة ومخاطر الأخطاء التشغيلية.

3. إعادة تدوير الموارد: يتم إعادة تدوير كلوريد الصوديوم وإعادة استخدام المكثفات، مما يحقق عدم تصريف مياه الصرف الصحي وتحقيق أقصى استفادة من الموارد، بما يتماشى مع مبادئ الإنتاج الأخضر.

سادسا. قيمة العميل

من خلال طرح نظام التبلور بالتبخير ثلاثي التأثير لكلوريد الصوديوم في المرحلة الخامسة، لم تقتصر هذه الشركة على حل مشكلة معالجة مياه الصرف الصحي المالحة، وتحقيق الامتثال البيئي والإنتاج النظيف فحسب، بل اكتسبت أيضًا منتجات ثانوية إضافية من الملح المكرر، مما خلق فرص نمو اقتصادي جديدة. يعمل النظام بثبات وموثوقية، مما يوفر ضمانًا بيئيًا قويًا لتوسيع طاقة إنتاج الشركة من الأصباغ، ويساعدها على مواصلة ريادتها في صناعة كيماويات الأصباغ، ويضع معيارًا بيئيًا جديدًا لهذه الصناعة.