整体锻焊式氨合成塔主要设备材料的选择及论证

整体锻焊式氨合成塔电加热器设计1.1 电加热器的作用及其结构氨合成塔内的电加热器主要用于触媒的升温还原，操作不正常时调节进触媒层气体的温度或有些塔由于操作压力低，触媒活性差，反应热不足维持反应气体的自身热平衡，电加热器需经常连续运行。

电加热器加热能力可通过电压调节器调节。

1.1.1 电加热器设计的一般要求1．电加热器功率应满足触媒在升温、还原过程中，所需要的热量。

使触媒得到充分的还原，发挥触媒的活性；2．密封、绝缘性能可靠；3．气流通过电加热器阻力降小；4．结构简单、制造、安装、维修方便；5．材料消耗少，节省贵重金属；6．使用寿命长，电热元件的局部温度，不超过其允许值。

1.1.2 电加热器结构型式选择电加热器一般由上下电极杆、绝缘套管、绝缘垫块、中心吊杆（管）、绝缘子、绝缘子框（夹）、电炉丝（带）、电炉丝导电衬管、联接极、定位环、接线卡等零部件组成。

电加热器的电热元件通过合成塔顶盖开孔用中心吊杆，悬挂在触媒筐中心管内，或悬挂在触媒筐上部。

其引出线通过密封绝缘套管固定在塔堵头（小盖）上，电源进线与此相连。

电加热器的结构型式按电热元件与中心吊杆（管）的组装方式划分，常用的有以下三种。

1．直挂式电炉丝与中心吊杆（管）平行，直挂。

电炉丝穿过绝缘子用绝缘子框（夹）与中心吊杆（管）相联接并定位，这种结构简单，但热效率稍差。

直挂式夹持绝缘子的屏蔽面积较小。

电炉丝均匀布置在气流空间内，电炉丝间距离较大，热辐射的相互吸收和屏蔽较小，电炉丝与空间气流接触面积较大，设计合理时，也能获得较大的传热系数，在三相电加热器中，一般用Y形接线。

在单相中常用V形或W形接线。

无论采用那种接线方式，电热元件与电加热器中心轴线均应平行。

电热元件与中心吊杆（管）及触媒筐中心管管壁间绝缘距离，根据温度和500伏电压等级，应不小于5毫米。

以免产生击穿现象，电热元件下端不固定，以免受热弯曲，而减少绝缘距离，甚至短路。

2．双路螺旋式用两根电炉丝通过耐高温绝缘体旋绕在中心吊杆（管）上。

1800整体锻焊式氨合成塔设计氨合成塔是化工厂中的重要设备，用于合成氨气。

本文将讨论1800整体锻焊式氨合成塔的设计。

1.设计目标氨合成塔的主要目标是实现高效率的氨气合成，并且能够满足生产要求。

设计目标包括：-高产氨量：确保氨合成塔可以产生大量的氨气。

-高氨气纯度：确保合成的氨气纯度达到要求。

-高效能：确保氨合成塔的能源利用率高。

-安全可靠：确保氨合成塔在运行时的安全可靠性。

2.设计要点在设计1800整体锻焊式氨合成塔时，需要考虑以下几个要点：-塔的尺寸与形状：合成塔的尺寸和形状应该能够满足产量要求，并且具备良好的气流流动性。

-塔壁材料选择：由于氨合成反应有较高的温度和压力，塔壁材料需要耐高温、耐腐蚀，并且具备良好的焊接性能。

常用的材料包括碳钢、不锈钢等。

-强化传热设计：氨合成反应需要大量的热量，塔内需要进行传热操作。

通过设计合适的传热设备，如管束或换热器，在保证传热效果的同时，也能减少能量损失。

-催化剂选择：氨合成反应需要催化剂，常见的催化剂有铁、铁铝合金等。

催化剂的选择要考虑其催化活性、稳定性和抗中毒性等因素。

-操作控制：氨合成塔需要进行自动化控制，以确保操作的稳定性和可靠性。

设计合适的控制系统，包括温度、压力和进料流量等参数的监测和控制。

3.安全设计安全是氨合成塔设计的重要考虑因素之一、在设计过程中需要考虑以下安全因素：-压力容器设计：氨合成塔作为一个高压容器，需要符合相关标准和规范，确保其安全可靠性。

-防爆措施：在氨合成塔内部设置合适的爆破片和压力安全装置，以防止过压。

-泄漏监测和报警：设置相应的泄漏监测装置，及时发现和报警，确保操作人员的安全。

-废气处理：在氨合成塔的设计中，需要考虑气体排放的处理问题，以减少对环境的影响。

4.经济性考虑在设计过程中，还需要考虑氨合成塔的经济性问题。

包括设备的购买成本、运行成本和维护成本等。

通过合适的设计和设备选择，可以降低成本并提高经济效益。

综上所述，1800整体锻焊式氨合成塔的设计应该考虑高产量、高氨气纯度、高效能、安全可靠等方面的要求。

氨合成塔被称为合成氨厂的心脏，它是整个合成氨厂生产过程中的主要关键设备之一。

本次氨合成塔设计的内容包括工艺流程的设计、内件结构、材料、外壳结构的选择、工艺计算、强度计算、消防及其它辅助设备的设计、主要零部件的制造工艺、安装、检查与维修。

是以提高其工作能力、生产效率为目的而设计的操作方案。

本题目涉及的知识面很广，包括工程制图、材料力学、机械原理、机械设计、化工原理、过程机械制造、过程流体机械、过程设备设计、GB12337-1998及GB150-1998等。

关键字: 氨合成塔工艺计算强度计算辅助设备设计Synthetic ammonia tower known as the heart of synthetic ammonia plant, which is the synthetic ammonia plant production process one of the key equipment.This is the design of synthetic ammonia tower, the design includes processes for the design, within a structure, materials, mechanical structure choice, crafts calculation, the calculation of intensity, fire and other ancillary equipment design, the main components of manufacturing processes, installation, inspection and maintenance. Is working to enhance its capacity, efficiency of production design for the purpose of the operation. The topics covered a wide range of knowledge, including engineering mapping, materials mechanics, mechanical principles, mechanical design, chemical engineering principles, process engineering, process fluid machinery process equipment design, GB12337-1998 and GB150-1998Key word: synthetic ammonia tower；crafts calculation；the calculation of intensity；ancillary equipment design目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 氨合成塔的发展状况 (1)1.2 氨合成塔的设计要求 (1)1.3氨合成塔的设计原则 (1)第2章氨合成塔的工艺设计 (3)2.1氨合成塔的工艺流程 (3)2.2工艺条件 (3)2.3 物料衡算 (4)2.4 热量衡算 (4)第3章氨合成塔的结构设计 (6)3.1 材料选用 (6)3.2触媒筐方案计算 (6)3.2.1已知条件 (6)3.2.2 内件结构选型 (6)3.2.3 触媒筐结构方案 (7)3.2.4 各传热系数的计算 (8)3.2.5 对计算结果进行校验 (12)3.3 热交换器的计算 (14)3.3.1 设备选型及设计条件 (14)3.3.2 换热器热量计算 (14)3.3.3 换热器有效长度的计算 (16)3.3.4 计算总传热系数K (20)3.3.5 换热器管板厚的确定 (21)3.3.6 换热管稳定性校核 (22)3.4 氨合成塔筒体设计 (23)3.5 氨合成塔封头的设计 (24)3.5.1 封头的结构形式 (24)3.5.2 封头的设计计算 (24)3.6确定群座壁厚 (25)3.7 风载荷计算 (26)3.8 地震载荷的计算 (28)3.9 各种载荷产生的轴向应力计算 (28)3.10 塔体强度及轴向稳定性校验 (29)3.11 裙座强度及轴向稳定性校验 (30)3.12 基础环设计 (31)第4章氨合成塔的安装和维护检查 (33)4.1 氨合成塔的安装 (33)4.1.1 底座的安装 (33)4.1.2 外筒的氨装 (33)4.1.3 内件的安装 (34)4.3 氨合成塔的检查 (35)4.3.1 定期检查 (36)4.3.2 非定期检查 (36)结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)第1章绪论1.1 氨合成塔的发展状况我国的氨合成工业从薄弱迅速发展起来，在短短几年里设计和采用了三套管、单管并流、两次合成等多种新型氨合成塔；换热器的型式也发生了很大的变化，从单一转化为多样化，高效传热，回收热能、节省能源，使氨合成塔的生产能力大大提高，技术经济指标有所改善。

整体锻焊式氨合成塔触媒的选择及触媒筐设计1.1 触媒的选择1.1.1 触媒选择的基本要求氨的合成反应是放热反应，要使氮、氢化合成氨的数量多，就要选择较低的温度，但是温度低了，反应所需时间就要延长。

为了解决这一矛盾关系，可以采用一种能加快反应速度而本身又不起化学变化的物质——触媒，使反应物在较低的温度下，能很快地进行反应。

工业上对触媒的要求，大致可分如下几方面：1．在较低温度下具有较好的活性；2．抗毒性能强；3．足够的机械强度；4．使用寿命长；5．耐热性能好；6．制造过程简单；7．原料来源容易，成本低。

第5章触媒的选择及触媒筐设计针对上述几点要求，目前合成氨工业中普遍采用铁触媒。

在工业生产中，合理地选择触媒型号、颗粒大小和装填方案，具有现实的意义。

如选择不当，将影响该塔型结构特点的发挥。

选择时一般应考虑如下几个方面：1．触媒层的温度分布，应符合触媒最佳的活性温度范围；2．触媒层的阻力，应在允许阻力降的范围之内；3．大颗粒触媒存在内扩散的影响，其活性较小颗粒触媒差；4．触媒层上部气体质量不好时，容易中毒；5．生产后期热点的下移。

1.1.2 触媒的类型选择根据触媒是否还原而分为两类：1．未还原型：如国产的A6，A9，A10型，国外的KM型等。

2．预还原型：如国外的KMR型、KMRC型等。

目前工业上广泛使用以氧化铁为主体，添加氧化铝、氧化钾、氧化钙等不可还原性氧化物的多组分铁触媒。

但是对合成反应有加快速度作用的是活性态的α-Fe，因此在触媒使用前，先需将Fe3O4还原成为α-Fe。

各类型触媒成分如下表：表5-1氨合成用铁触媒成分表第5章触媒的选择及触媒筐设计目前国内大多数工厂采用A6型触媒。

但A9型触媒最适宜反应温度比A6型低25℃，A9型、A10型的最终还原温度比A6型触媒低。

所以对于有条件的生产厂可以采用混装触媒，这样可以发挥各种触媒的特性，又有利于触媒还原的完全，但必须注意高温触媒不宜放在低温触媒上面，以免使低温触媒反复受上层高温触媒带来的水分的氧化，从而影响触媒活性。

整体锻焊式氨合成塔设备类型的选择及论证1.1氨合成塔的结构特点及基本要求氨合成塔是合成氨厂的心脏，作用是使氢氮混合气在塔内催化剂层中合成为氨。

由于氨合成反应在高温高压下进行，因此合成塔不仅应有较高的机械强度，而且应有在高温下抗蠕变和松弛的能力。

同时在高温高压下，氢、氮对碳钢有明显的腐蚀作用。

在合成塔操作介质中，氢、氮、氨是主要成份，氨也会分解为原子氢和氮。

高温高压下氢活性很高，对钢材有剧烈的腐蚀作用，称为“氢蚀”。

氢对钢材的腐蚀有两种形式：一是和钢材表面碳化合引起表面脱碳，使其机械性能恶化，这种现象称为“氢脆”；二是渗透到钢材内部和碳化合生成甲烷，甲烷积聚于金属晶格边界的边孔中，在钢材内部造成裂纹，这种现象“氢腐蚀”。

无论是分子状态或原子状态的氢，与碳都能起反应。

高温高压下，氮与钢材中的铁及其它合金元素也能化合生成硬而脆的氮化物，使钢材失去塑性和韧性而变脆，这称为“氮脆”。

为了适应氨合成的反应条件，合理解决存在的矛盾，氨合成塔第3章设备类型的选择及论证通常由内件与外筒两部分组成，内件置于外筒之中。

进入合成塔的气体（温度较低）先经过内件与外筒之间的环隙，内件的外面设有保温层，以减少向外筒散热。

因而，外筒主要承受高压（操作压力与大气压力之差），但不承受高温，可用普通合金钢或优质低碳钢制成。

内件在500℃左右高温下操作，但只承受环隙气流与内件气流的压差，一般仅为1~2MPa，即内件只承受高温不承受高压，从而可降低对内件材料和强度的要求。

内件一般用合金钢制作，塔径较小的内件也可用纯铁制作。

内件使用寿命比外筒短得多。

内件由触媒筐、换热器和电加热器等三个主要部分构成，大型氨合成塔的内件一般不设电加热器，而由塔外加热炉供热还原触媒。

外筒主要包括筒体、上下端部法兰、封头、电加热器端盖、接管及密封件等等。

在氨合成塔设计过程中，一般应考虑下列问题：1．容积利用率高。

充分利用高压容器空间，多装触媒，使单位容积的生产能力尽可能的大。

氨合成塔内件氨合成塔内件一、引言氨是一种重要的化学原料，广泛用于农业、工业和医药等领域。

氨合成是制备氨的主要方法之一，其核心设备是氨合成塔。

氨合成塔内件是影响氨合成效率和质量的关键因素之一，因此对其结构和性能进行研究和优化具有重要意义。

二、氨合成塔内件分类1.填料填料是氨合成塔内最常见的组件之一。

它们可以提高反应器表面积以增加反应速率，并提供通道以促进反应物混合。

常用的填料包括球形填料、环形填料、骨架网格等。

2.催化剂催化剂是促进反应速率的物质。

在氨合成中，铁钼催化剂被广泛使用。

这种催化剂可以通过增加表面积来提高反应速率，并且可以在低温下有效地促进反应。

3.分布器分布器用于将流体均匀地分配到塔床中。

它们通常由金属或陶瓷制成，具有多个孔洞以确保液体均匀分布。

4.收集器收集器用于将反应产物从塔床中收集。

它们通常由金属制成，具有多个孔洞以确保气体均匀流出。

三、氨合成塔内件的性能要求1.高效传质传质是氨合成过程中的关键步骤之一。

因此，氨合成塔内件需要具有优异的传质性能，以确保反应物在塔床中快速混合和反应。

为了实现高效传质，填料和分布器必须具有大量的表面积和细小的孔径。

2.低压降压降是流体通过塔床时遇到的阻力。

为了实现高效的氨合成，氨合成塔内件需要具有低压降特性，以确保反应物在塔床中快速流动并混合。

因此，在设计和选择填料、分布器和收集器时必须考虑其对压降的影响。

3.耐腐蚀性氨合成过程中产生的化学物质可能会对内部组件造成腐蚀。

因此，氨合成塔内件需要具有良好的耐腐蚀性能，以确保其长期稳定运行。

常用的耐腐蚀材料包括不锈钢、陶瓷和塑料等。

4.高强度和稳定性氨合成塔内件需要具有足够的强度和稳定性，以承受高压和高温等极端条件下的应力。

此外，它们还需要具有良好的耐久性，以确保长期稳定运行。

四、氨合成塔内件的优化为了提高氨合成效率和质量，氨合成塔内件需要不断优化。

以下是一些常见的优化措施：1.改进填料结构填料是氨合成塔内最常见的组件之一，其结构对传质效率和压降特性具有重要影响。

整体锻焊式氨合成塔主要设备材料的选择及论证1.1 氨合成塔材料的选择原则在氨合成塔设计过程中，选择材料是重要的一环。

材料选择的正确与否，将直接影响到设备的成本、订货、材料消耗量以及设备能否长期安全运行等。

通常选材时应当考虑以下几个方面：1．材料的资源符合国情、价格便宜、容易获得；2．使用安全，具有良好的综合机械性能。

即强度高、塑性和抗断性好，以及有较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性；3．制造和加工性能良好；4．具有良好的抗氢、氮腐蚀的能力。

由于氨合成塔的制造方法不同，各个组成部分工作条件不同，因而对材料的要求也不相同，例如对层板包扎式的内筒主要要求是：组织严密、质量好、强度高、延伸率大、冲击韧性好、可焊性好以及耐腐蚀等，而对层板则首先要求机械性能高及焊接性能良好。

一般对筒体和内件以及废热锅炉用材还有如下具体要求：1．宜用电炉、平炉或氧气顶吹转炉冶炼的镇静钢；2．有良好的可焊性；3．除了要求在使用温度下有较高强度外，还应有良好的塑性(内筒的材料通常要比层板或钢带有更好的塑性)，一般要求内筒s 16%δ≥、层板及钢带s14%δ≥，单层筒体s15%δ≥；同时还须有良好的冲击韧性和较低的缺口敏感性；4．和介质直接接触的材料（如内筒和单层容器等），还必须具有抗氢、氮、氨腐蚀的性能；5．热稳定性好。

1.2 外筒材料的选择与论证1.2.1 筒体材料的选择与论证整体锻焊式筒体常用材料有Q235-B，16Mn，Cr-Mo-V 钢，SAE3230，SAE6130，AOS1135E等。

本设计氨合成塔外筒的材料选择16Mn锻造用钢。

由查机械设计手册（第一卷）第3篇可知16Mn的许用应力及机械性能如表4-1和表4-2。

表4-1 16Mn的许用应力表4-2 16Mn的力学性能性和焊接性能良好，冲击韧性较好，一般在热轧或正火状态下使用，强度比Q235钢高约20%~30%，耐大气耐腐蚀性能提高了20%~38%。

锻造工艺性能及其它性能：始锻温度1220℃，终锻温度800℃，锻后900℃正火再冷却（空冷、砂冷或炉冷，可视尺寸不同而定），无回火脆性。

整体锻焊式氨合成塔的强度计算1.1 筒体的设计计算 1.1.1 设计条件设计压力：32MPa ；设计温度：220℃；筒体内径：2200mm ；筒体材料：16Mn 锻造用钢。

1.1.2 筒体厚度计算1．采用常规设计方法计算筒体厚度δ1由GB150-1998第28页可得仅受内压作用的圆筒，在t 0.4[]≤σφc p 时1t D 2[]δ=σφ-c icp p(8-1)式中 δ1——计算厚度，mm;D i ——筒体的内径，2200mm ；p c ——计算压力，此处取设计压力，32MPa ；φ——焊接接头系数，采用双面焊对接接头100%无损检测，φ取为1.00；[σ]t ——设计温度下材料的许用应力，由GB150-1998表4-5查得220℃下16Mn 锻件的许用应力为133MPa 。

由于t 0.4[]0.4133 1.0053.2MPa σφ=⨯⨯=>c p ，所以根据式(8-1)可得1t D 322200300.92[]2133 1.0032⨯δ===σφ-⨯⨯-c i c p p mm2．采用分析设计方法计算筒体厚度δ2由JB4732-1995第35~36页可得受仅内压作用的圆筒 当m 0.4KS ≤c p 时 2m D 2KS δ=-c i cp p(8-2)当m 0.4KS >c p 时 mKS 2D (e 1)2δ=-c pi(8-3)式中 δ2——计算厚度，mm ；D i ——筒体的内径，2200mm ；p c ——计算压力，根据 JB4732-95表3-1取为设计压力，32MPa ；K ——载荷组合系数，由JB4732-95表3-3查得为1.2；S m ——设计应力强度，由 JB4732-95表6-6查得220℃下16Mn 锻件的设计应力强度为141MPa ；e ——自然对数的底，e=2.71828……。

由于m 0.4KS 0.4 1.214167.68MPa =⨯⨯=>c p ，所以根据式(8-2)可得2m D 322200229.772KS 2 1.214132⨯δ===-⨯⨯-c i c p p mm3．确定筒体厚度综上可知，δ2<δ1，采用分析设计法的计算厚度比采用常规设计法的计算厚度薄，为了节约材料，降低成本，故选用分析设计法的计算厚度，取δ=229.7。

氨合成塔范文
氨合成塔
<p style="text-align:center;"><b>氨合成塔</b></p>
氨合成塔（Ammonia synthesis reactor）又称氨合成反应器，是化学工业上生产氨的核心设备。

它是将氮和氢在高温高压的条件下，采用选定的催化剂和其他添加剂进行反应产生氨的一个关键装置。

它的主要方式有加热型氨合成装置、沼气加热型氨合成装置以及电加热型氨合成装置等多种。

氨合成塔是一种非常复杂的装置，其非常严格的工艺要求和其特殊的环境要求，需要一定的技术水平和技能来运行和保持。

因此，设计和制造氨合成塔工程所需的资金，物料，人力和其他资源是非常丰富的，而且细节很复杂。

氨合成塔通常由下列部分组合而成：
一、基础及准备部分：包括钢筋混凝土基础、设备支撑床和设备固定支承，以及氨合成塔设备的安装和定位。

二、容器部分：主要是由塔身、塔顶、塔底和安全阀组成，容器的主要材料为不锈钢。

三、加热部分：一般氨合成塔采用外加热的方法，加热方式可以有电加热、沼气加热，和其他加热方式。

四、加料设备：通常由进料泵和补料泵组成。

五、催化剂设备：由加料系统组成，其主要功能是将催化剂输入到氨合成反应室中。

氨合成塔方案范文氨合成塔是一个用于生产氨气的装置，使用氮气和氢气作为原料，经过催化剂的作用，进行反应合成氨气。

氨合成塔的设计方案需要考虑多个因素，包括催化剂选择、塔床设计、进料和出料方式等。

催化剂选择是氨合成塔设计中的重要一环。

常用的催化剂有铁酸钾和铁酸铝等，其中铁酸铝具有较好的稳定性和催化活性，能够提高反应速率和产氨率。

在塔内，催化剂采用颗粒状形式填充，以增大反应表面积，提高催化效果。

氨合成塔的塔床设计需要考虑气体和催化剂的分布和传递情况，以最大限度地提高反应效率。

常见的设计方式包括隔板塔床和格子塔床。

隔板塔床通过设置多层隔板，分隔气体流通空间，增加塔床高度，增加反应时间，提高反应效率。

格子塔床通过悬挂催化剂格子，形成多个氨合成反应管道，增加催化剂表面积和反应速率。

进料和出料方式也是氨合成塔设计中需要考虑的重要因素。

进料方式有多种选择，包括顶部进料和底部进料等。

顶部进料能够提高气体与催化剂的接触效率，但气体流速较大时易造成局部喷泄现象。

底部进料则能够减小塔床空隙的堵塞，提高了整体的反应效果。

出料方式一般通过底部排气管进行，以确保反应产物的及时排出，并避免回流和堵塞等问题。

另外，氨合成塔的温度和压力控制也是设计中需要考虑的因素之一、合适的温度和压力可以提高反应速率和产氨率。

一般来说，较高的温度和适当的压力有利于催化剂的活性和反应效果。

然而，同时要注意温度和压力的过高可能会引起催化剂的变质和催化剂床的结焦和堵塞等问题。

总结起来，氨合成塔的设计方案需要综合考虑催化剂选择、塔床设计、进料和出料方式、温度和压力等多个因素。

合理的方案能够提高反应效率和产氨率，降低能耗和催化剂损耗，从而实现氨合成塔的良好运行和高效生产。