Способ и устройство для очистки теплообменников-конденсаторов от осадка фталевого ангидрида
METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING CONDENSER HEAT EXCHANGERS FROM DEPOSITED PHTHALIC ANHYDRIDE

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.
0
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 150С. 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.
2
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/см  (измерения производятся  U–образным манометром),  необходимо очищать теплообменники-конденсаторы  5 и 6.
Пример.
2
2
2
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/см,    (нормальное рабочее давление равно  0,03кг/см).  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/см.
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.