К нам обратилось металлургическое предприятие с задачей реализовать локальные очистные сооружения сточных вод гидридно-кальциевого производства тугоплавких металлов. Было принято решение о внедрении вакуум-выпарной установки.
Вакуум выпарные аппараты с тепловым насосом
Вакуум-выпарные установки стали ключевым решением для рециклинга и концентрации промышленных растворов. Они активно применяются в металлообработке, где эффективно очищают воду и концентрируют СОЖ, кислотные и фосфатные растворы, а также стоки после вибрационного измельчения и пресс-литья. Выпарные аппараты позволяют восстанавливать и возвращать в производство электролиты, драгоценные металлы и разбавленные активные компоненты из промывных вод гальванических линий.
В фотографической, полиграфической и текстильной промышленности вакуумные испарители используются для концентрации проявителей, фиксажей, отбеливающих растворов, а также типографических красок и пигментов, извлекая их из сточных вод.
Металлургическое производство
Гидрометаллургия и порошковая металлургия
В цехе гидрометаллургии гидридно-кальциевым методом производится восстановление оксидов и смесей оксидов металлов IV-VI группы таблицы Менделеева (титана, хрома, циркония, ванадия) гидридом кальция (CaH2), а также оксидов железа, никеля и кобальта. Процесс спекания оксидов металлов с гидридом кальция проводят при 1200°C с изотермической выдержкой 8 часов по реакции:
MeO3 + 3CaH2 = Me + 3CaO + 3H2
После охлаждения и измельчения продуктов реакции проводят гидрометаллургическую обработку для отделения оксида кальция от металлического порошка, заключающуюся в обработке измельченного спека водой (гашение) и кислотной обработке продуктов гашения раствором соляной кислоты (выщелачивание). В результате гашения происходит взаимодействие оксида кальция с водой с образованием Ca(OH)2 по реакции:
CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q
Выщелачивание производится в центрифугах с тканевым фильтрующим мешком. При выщелачивании происходит взаимодействие Ca(OH)2 с соляной кислотой (HCl) при рН 2-4 с образованием CaCl2 c последующим растворением его в воде:
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
Сточные воды гидрометаллургического производства
Сточные воды с высоким содержанием хлорида кальция после выщелачивания и вода от промывки металлического порошка поступают из центрифуги в накопительную емкость. Из накопителя сточные воды металлургического производства подаются в колонну нейтрализации с доломитовым щебнем:
CaCO3*MgCO3 +4HCl = CaCl2 + MgCl2 + 2H2O + 2CO2
После колонны нейтрализации кальцийсодержащий солевой концентрат цеха гидрометаллургии сбрасывался в колодец принимающей организации. В связи с недостаточным разбавлением в общезаводской канализации и значительным превышением ПДК по солям жесткости и хлорид-ионам предприятию требовалась система локальной утилизации производительностью до 36 м3/сутки. Результаты физико-химического анализа сточных вод цеха гидрометаллургии приведены в таблице.
В результате проведенных работ нашей группой компаний была изготовлена и внедрена двухступенчатая вакуум-выпарная установка. Промышленное предприятие успешно решило задачу утилизации солевого концентрата. Твердые кристаллические соли передаются на реализацию в строительную отрасль. Дистиллят, соответствующий ГОСТ Р 58144-2018, поступает на повторное использование. К предприятию нет вопросов со стороны контролирующих органов.
Принцип работы вакуумного испарителя
- Создание вакуума. В системе поддерживается низкое давление (~0,05–0,1 бар), что позволяет кипеть раствору при 30-40°C вместо 100°C.
- Испарение и сжатие пара. Образовавшийся пар поступает в компрессор, работающий на фреоне R407c / R134a. Компрессор сжимает пар, повышая его температуру и давление, после чего он конденсируется на теплообменнике.
- Теплообмен и цикл фреона. Фреоновый контур (тепловой насос) отбирает тепло от горячего пара и передаёт его на испарение нового раствора. Охлаждённый фреон возвращается в компрессор, замыкая цикл.
- Конденсация вторичного пара. Конденсат (очищенная вода) собирается отдельно. Концентрированный раствор (соли, кислоты) выводится или возвращается в производство.
Такие установки широко применяются в гальваническом производстве, химической промышленности и переработке сточных вод.
Ключевые узлы вакуум-выпарной установки
- Несущая рама изготовлена из нержавеющей стали AISI 304L (EN 1.4301).
- Камера кипения с нагревательным теплообменником из супердуплексной стали SAF 2507 либо титана ВТ1-0.
- Камера конденсации с теплообменником из нержавеющей стали (EN 1.4404).
- Емкость дистиллята (конденсата) с датчиками уровней и насосом дистиллята.
- Контур теплового насоса, включающий: винтовой компрессор, краны отсечения компрессора от контура циркуляции, воздушный конденсатор для отвода избыточного тепла, термостатический расширительный клапан, фильтр - осушитель хладагента и бак хладагента (фреона).
- Вакуумный контур, включающий: емкость вакуумного насоса с теплообменником для охлаждения воды, водокольцевой вакуумный насос, вакуумметр и клапан девакуумизации.
- Контур концентрата с пневматическим клапаном удаления солевого концентрата.
- АСУТП позволяющая осуществлять работу вакуум-выпарной установки в полностью автоматическом режиме.
Выпарные установки в гальваническом производстве
В гальваническом производстве можно добиться значительного эффекта сокращения водопотребления при комбинированном подходе, используя на предварительном этапе очистки мембранное концентрирование сточных вод с выпариванием RO концентрата.
Целью обработки является концентрация промывных вод после операций нанесения покрытий с целью возврата воды в производство. Использование испарителя позволяет в несколько раз уменьшить количество исходных сточных вод благодаря применению технологии обратного осмоса.
При наличии в сточных водах активных кислот можно проводить нейтрализацию путем добавления соды. Для этого устанавливается автоматическая система, поддерживающая нужное значение pH, которая не требует постоянного присутствия оператора.
Создание системы замкнутого водооборота (ZLD)
За последние 25 лет вакуум-выпарные установки доказали свою эффективность при переработке концентрированных промывных вод после гальванических ванн - особенно в процессах хромирования и никелирования. Ключевая цель - не получение сухого осадка, а повышение концентрации растворённых металлических компонентов (Cr3+, Ni2+ и др.) в промывной воде до уровня, сопоставимого с составом рабочего электролита. Это позволяет возвращать концентрат непосредственно в рабочую ванну, полностью исключая сброс сточных вод.
Применение вакуум-выпарных установок с тепловым насосом обеспечивает кипение при температуре 30–40 °C, что критически важно: при таких условиях сохраняются органические добавки (блескообразователи, ПАВ, ингибиторы пассивации), которые разлагаются при более высоких температурах. Сохранение этих компонентов снижает потребность в корректировке электролита и упрощает его восстановление.
Экономическая эффективность системы обусловлена двойной выгодой: сокращением затрат на закупку химикатов и снижением расходов на обезвреживание и утилизацию сточных вод. Благодаря высокому КПД теплового насоса и низкому энергопотреблению, окупаемость установок зачастую достигает 2-5 лет даже при средних объёмах обработки.
Скачать опросный лист - Расчет стоимости выпарной установки.
Читайте на моем Дзен канале: