Результат интеллектуальной деятельности: Способ и устройство для очистки теплообменников-конденсаторов от осадка фталевого ангидрида

Способ и устройство для очистки теплообменников–конденсаторов от осадка фталевого ангидрида

Изобретение относится к химической и лакокрасочной промышленности и предназначено для интенсификации технологических процессов, проводимых на установках синтеза алкидных смол, которые широко используются в лакокрасочной промышленности.

Синтез алкидных смол проводится в одном реакторе периодическим методом двухстадийным способом: 1) получение сложных эфиров – переэтерификация растительных масел многоатомным спиртом; 2) поликонденсация сложных эфиров с фталевым ангидридом. Изобретение относится ко второй стадии – поликонденсации.

Процесс поликонденсации – это процесс взаимодействия сложных эфиров с фталевым ангидридом, который проводится в реакторе, оборудованном рубашкой обогрева при температуре 180-200°С. Для возможности дополнительного подвода тепла предусмотрена циркуляция реакционной смеси через выносной подогреватель (кожухотрубчатого типа), обогреваемый горячим высокотемпературным органическим теплоносителем. Реакция поликонденсации является обратимой и, чтобы она шла в нужном направлении, необходимо из зоны реакции непрерывно удалять образующуюся реакционную воду, потому что она является ингибитором реакции поликонденсации. Для вывода реакционной воды из зоны реакции в реактор вводится ортоксилол в количестве 2 – 3% от количества реакционной массы, образующий с реакционной водой азеотропную смесь, которая испаряется и выводится из реактора. Вместе с азеотропом частично выводится фталевый ангидрид. Для улавливания ортоксилола и фталевого ангидрида и возврата в реактор на стадии поликонденсации предусмотрена система конденсации азеотропа ортоксилол-вода с фталевым ангидридом, а также конденсация водяного пара. Возврат в реактор испаренного из реакционной смеси ортоксилола и фталевого ангидрида и удаление реакционной воды происходит следующим образом: испарившиеся ортоксилол и вода, уносящие с собой частички не прореагированного фталевого ангидрида, поступают в парциальный теплообменник-конденсатор, где при температуре 100-120°С избыточное над азеотропом количество ортоксилола конденсируется и смывает часть унесенного фталевого ангидрида обратно в реактор, а пары азеотропа ортоксилол-вода поступают на конденсацию в следующий по ходу после парциального теплообменника-конденсатора водяной теплообменник-конденсатор. В этом конденсаторе азеотроп ортоксилол-вода конденсируется, и конденсат поступает в разделительный сосуд (флорентину), где происходит разделение азеотропа на ортоксилол и воду, откуда ортоксилол возвращается в реактор а вода удаляется. В процессе работы в трубках парциального и водяного теплообменниках-конденсаторах происходит постепенное накопление осадка фталевого ангидрида. Это приводит к тому, что сечения трубок теплообменников-конденсаторов постепенно зарастают, гидравлическое сопротивление теплообменников увеличивается, что отрицательно сказывается на времени протекания процесса. Возникает необходимость чистки теплообменников-конденсаторов.

Самый простой способ очистки теплообменников – механический способ. Для этого необходимо произвести обязательную разборку установки. Недостатком этого способа являются большие затраты сил, средств и времени, а также финансовые потери от прекращения выпуска продукции. Кроме этого, при механической очистке можно легко повредить тонкие стенки трубок теплообменников.

Известен способ очистки теплообменников промывкой растворами моющих средств (пат. РФ № 2110031, кл. F28G9/00), включающий операции соединения устройства, подлежащего очистке, к устройству для входа-выхода промывочной жидкости, создание замкнутого циркуляционного контура для осуществления циркуляции промывочной жидкости. Недостатком данного способа является то, что требуется специальная промывочная установка, необходимость проведения дополнительных операций присоединения установки с промывочным раствором к устройству, подлежащему очистке, что приводит к усложнению установки и потери времени на снятие устройства, подлежащего очистке и установке его обратно в рабочее положение.

Известен способ очистки теплообменников от парафиновых отложений на пункте подогрева нефти, заключающийся в том, что очистку проводят потоком горячей нефти с выносом нагретого и разжиженного парафина этим же потоком нефти (пат. RU № 2319096, кл. F28G9/00). Недостатком указанного способа является необходимость перекрытия подачи холодной нефти и предварительного нагрева достаточно большого количества промывочной нефти до температуры плавления парафинов, а также создания специальной промывочной установки, что сильно усложняет процесс эксплуатации.

Известно устройство для очистки теплообменников-конденсаторов от осадка фталевого ангидрида на установке синтеза алкидных смол (пат. РФ № 154275, МПК F28G9/00, опубл.20.08.2015), в котором упомянут способ очистки теплообменников-конденсаторов реверсивной подачей горячей реакционной массы через них. Устройство содержит реактор синтеза алкидных смол, циркуляционный насос, смеситель, выносной подогреватель, состоящий из двух теплообменников, установленных последовательно, парциальный теплообменник-конденсатор, водяной теплообменник-конденсатор, разделительный сосуд (флорентина), сосуд для ксилола, насос-дозатор и трубопроводы, соединяющие аппараты в указанной последовательности в систему, а между выходом выносного подогревателя и выходом водяного теплообменника-конденсатора установлена трубчатая перемычка, имеющая на входе и выходе задвижки. Достоинством способа является то, что очистку можно производить без демонтажа теплообменников. Однако это устройство не обеспечивает полной очистки всех трубок теплообменников от осадка фталевого ангидрида, т.к трубки в теплообменниках зарастают осадками неравномерно. Данное техническое решение принято за прототип.

Трубки в теплообменниках зарастают осадками неравномерно, какие-то трубки больше, какие-то меньше, и, когда применяют промывочные жидкости, то жидкость проходит через те трубки, где гидравлическое сопротивление меньше, т.е., через те трубки, которые забиты меньше, а сильно забитые трубки остаются забитыми, образуются т.н. «пробки».

Задачей изобретения является обеспечение полной очистки всех трубок теплообменников-конденсаторов без разборки установки, без остановки рабочего процесса, на уже используемой установке.

Задача решается за счёт использования в качестве промывочной жидкости реакционной массы с температурой 220-240°С, причём очистку (промывку) трубчатых теплообменников-конденсаторов, осуществляют путём прокачки реакционной массы с температурой 220–240°С через межтрубное пространство теплообменников-конденсаторов, а установку оснащают дополнительными трубчатыми перемычками с задвижками, установленными между трубопроводом циркуляции реакционной массы и рубашками теплообменников-конденсаторов.

Технический результат состоит в полном очищении всех трубок теплообменников-конденсаторов, без остановки рабочего процесса и без применения дополнительных промывочных устройств, за счёт предварительного разогрева забитых трубок теплообменников-конденсаторов и использования реакционной массы в качестве промывочной жидкости, простым перераспределением потока горячей реакционной массы с помощью регулирования потока посредством задвижек, установленных на трубчатых перемычках.

Сущность способа заключается в том, что реакционную массу, разогретую до температуры 220-240°С, прокачивают через межтрубное пространство теплообменников-конденсаторов в течение одного часа, что позволяет разогреть все трубки и их содержимое, затем реакционную массу направляют на промывку теплообменников-конденсаторов, пропуская поток реакционной массы с выхода теплообменников-конденсаторов на их вход, и далее, в реактор. Трубки забиты осадками фталевого ангидрида, температура плавления которого 150⁰С. Под воздействием высокой температуры фталевый ангидрид в «пробках» расплавляется и вытекает, гидравлическое сопротивление всех трубок выравнивается и промывочная жидкость очищает все трубки от осадка.

Для реализации описанного способа усовершенствована конструкция установки для производства алкидных смол.

На Фигуре изображена схема устройства для очистки теплообменников-конденсаторов от осадка фталевого ангидрида на установке синтеза алкидных смол.

Устройство для очистки теплообменников-конденсаторов от осадка фталевого ангидрида на установке синтеза алкидных смол иллюстрируется графическими материалами, где показано размещение на установке дополнительных трубчатых перемычек, через которые прокачивают разогретую реакционную массу, осуществляющую очистку теплообменников-конденсаторов.

Устройство для производства алкидных смол содержит: реактор 1, циркуляционный насос 2, теплообменники-подогреватели 3 и 4, парциальный теплообменник-конденсатор 5, водяной теплообменник-конденсатор 6, разделительный сосуд (флорентина) 7, ёмкость для ортоксилола 8, насос-дозатор 9, смеситель 10, трубопровод 11, задвижки 12 13, 14 и 15. Как показано на Фиг. (Схема устройства), между трубопроводом 11, соединяющим выход выносного подогревателя 4 с выходом водяного теплообменника-конденсатора 6, и входом в рубашку водяного теплообменника-конденсатора 6 установлена первая дополнительная трубчатая перемычка 16, а с выхода из рубашки водяного теплообменника-конденсатора 6 установлена вторая дополнительная трубчатая перемычка 17 на вход в рубашку парциального теплообменника-конденсатора 5, с выхода из рубашки парциального теплообменника-конденсатора 5 установлена третья дополнительная трубчатая перемычка 18 до линии возврата реакционной массы от теплообменника-подогревателя 4 в реактор 1. На дополнительных перемычках 16, 17 и 18 размещены задвижки, соответственно, 19, 20 и 21. Стрелками на схеме показано направление перемещения реакционной массы.

Способ очистки теплообменников-конденсаторов реализуется следующим образом.

Для очищения трубок теплообменников-конденсаторов от осадка фталевого ангидрида на установке закрывают задвижки 13, 14 и 15, открывают задвижки 12, 19, 20 и 21 и прокачивают насосом 2 реакционную массу из реактора 1 через задвижку 12, через перемычку 11, через перемычку 16, задвижку 19, через кожух водяного теплообменника-конденсатора 6, через перемычку 17 и задвижку 20 через кожух парциального теплообменника-конденсатора 5, через перемычку 18 и задвижку 21 реакционная масса уходит в реактор 1. Реакционная масса заполняет межтрубное пространство теплообменников 5 и 6, все трубки прогреваются до температуры 220-240°С, фталевый ангидрид в трубках расплавляется. Прогрев необходимо производить в течение примерно одного часа (уточняется опытным путём, время зависит от массы установки, массы теплообменников и др.). После прогрева межтрубного пространства теплообменников-конденсаторов 5 и 6 открывают задвижку 13 и реакционную массу направляют через трубки теплообменников-конденсаторов 6 и 5 в обратном направлении, с выхода на вход, осадок фталевого ангидрида смывается и с потоком жидкости возвращается в реактор 1. Никаких отходов и потерь нет, смытый осадок фталевого ангидрида перерабатывается в реакторе 1. Контроль процесса очистки производится по давлению газовой фазы в линии конденсации ортоксилола: по мере зарастания теплообменников-конденсаторов 5 и 6 перепад давления между давлением газовой фазы на входе в парциальный теплообменник-конденсатор 5 и на выходе из водяного теплообменника-конденсатора 6 растёт и когда оно превысит на 30-40% нормальное рабочее давление газовой фазы – 0,03 кг/см² (измерения производятся U–образным манометром), необходимо очищать теплообменники-конденсаторы 5 и 6.

Пример.

В процессе производства алкидной смолы ПФ-060 (рабочее время операции – 18 часов) через 12 часов от начала операции замечено значительное повышение давления газовой фазы: перепад давления между давлением газовой фазы на входе в парциальный теплообменник-конденсатор 5 и на выходе из водяного теплообменника-конденсатора 6 (измеренное по U – образному манометру) равно 0,042 кг/см², (нормальное рабочее давление равно 0,03кг/см²). Необходимо произвести очистку теплообменников-конденсаторов 5 и 6. Для очистки трубок теплообменников-конденсаторов 5 и 6 закрывали задвижки 13, 14, 15, установленные на трубопроводе 11, при этом открывали задвижки 12, 19, 20, 21 и прокачивали насосом 2 реакционную массу из реактора 1 через задвижку 12, через трубчатую перемычку 11, через трубчатую перемычку 16, задвижку 19, через кожух теплообменника-конденсатора 6, через трубчатую перемычку 17 и задвижку 20, через кожух теплообменника-конденсатора 5 , через трубчатую перемычку 18 и задвижку 21, через линию возврата реакционной массы из теплообменника-подогревателя реакционная масса уходит в реактор 1. Реакционная масса заполняет межтрубное пространство теплообменников-конденсаторов 5 и 6, все трубки прогреваются до температуры 220°С, осадок фталевого ангидрида в трубках расплавляется. Прогрев производили в течение одного часа. После прогрева межтрубного пространства теплообменников-конденсаторов открывали задвижку 13 и реакционную массу направляли через трубки теплообменников-конденсаторов 5 и 6 в обратном направлении, с выхода на вход. Реакционная масса имеет температуру 220°С, протекает одновременно через трубки теплообменников-конденсаторов 5 и 6 и через межтрубное пространство, при этом осадок фталевого ангидрида смывается и с потоком жидкости возвращается в реактор 1. Промывку производили в течение 0,5 часа. После промывки теплообменников-конденсаторов 5 и 6 открывали задвижку 14, закрывали задвижки 12, 13, 19, 20, 21. Из теплообменников сливали заполняющую их промывочную реакционную массу. Открывали задвижку 15. Восстановили рабочий режим установки. В процессе работы измеряли перепад давления газовой фазы на входе в парциальный теплообменник-конденсатор 5 и на выходе из водяного теплообменника-конденсатора 6 по U – образному манометру. Давление было в норме – 0,03 кг/см².

Установлено, что предложенный способ обеспечивает 100% очистку теплообменников-конденсаторов от осадка фталевого ангидрида.

Реализация данного способа позволяет обеспечить очистку теплообменников-конденсаторов без остановки работы установки, в рабочем режиме, не прерывая технологический процесс.

Таким образом, поставленная задача решена.