氨合成塔

氨合成塔结构设计优化氨合成塔是工业化生产氨气的重要装置之一，其结构设计优化对提高氨合成工艺效率、降低能耗具有重要意义。

本文将从塔体结构、填料设计和塔底设计三个方面进行优化设计。

首先是塔体结构的设计优化。

氨合成塔一般采用立式圆柱形结构，其直径和高度对塔内流体的压降、液相分布等性能有着重要影响。

在设计时应考虑经济性和操作性，合理确定塔体尺寸。

通过优化塔高和直径比，可以减少塔床高度，降低液位高度，提高液相分布效果，减少气液流分离带来的液滴带走和压降增大现象。

此外，塔体内部结构如分层板的设置也需要进行合理优化，以提高液相分布的均匀性。

其次是填料设计的优化。

填料在氨合成塔中起到支撑液体的作用，促进气液两相的充分接触和反应。

合理设计填料种类和布置方式，有助于提高氨合成塔的效率。

常用的填料有环形填料、波纹填料等，每种填料都有其特点和应用范围。

优化填料的选择和布置，可以增加填料表面积，增强气液传质和传质效果，提高氨合成反应的效率。

最后是塔底设计的优化。

氨合成塔底主要包括液相分配装置和气相分配装置。

液相分配装置的设计应合理并保证液体在塔底均匀分布，避免液体集中流向其中一位置，导致气液分离不均匀。

气相分配装置的设计应保证气体均匀分布，避免气体过量或不足引起的反应失效。

同时，可以考虑使用气体分配器件，如多孔板和喷嘴等，以提高气体分布的均匀性。

在氨合成塔的结构设计中，除了上述三个方面，还应考虑到塔体和填料的材料选择、首层填料的设置、塔床厚度等因素。

优化设计需要综合考虑工艺技术要求、经济性和可操作性等多个方面的因素，并进行模拟计算和实验验证。

通过合理的优化设计，可以提高氨合成塔的工艺效率，降低能耗，达到更好的生产效果。

GC型φ1800三轴一径氨合成塔的设计及运行总结1概述江苏灵谷化工有限公司总部原有合成氨系统两套，一套为老合成系统(φ1000合成系列)，规模为年产8万吨合成氨(于1998年10月份投产)，简称老系统；另一套为新合成系统(φ1200合成系列)，规模为年产12万吨合成氨(2002年4月投产)，简称新系统。

两套系统生产能力为20万吨合成氨。

老系统(φ1000合成)设备陈旧、管路复杂、系统阻力大，尤其是触媒已严重老化(设计寿命为3年，实际已使用了5年半)，严重影响了生产力，也不利于安全与节能。

为进一步增加市场竞争能力，为取得经济效益的最大化和发展空间，实现我公司的战略要求，公司于2003年10月份决定在合成工段再扩建一套18万吨合成氨系统(即φ1800合成)。

同时将拆除下来的φ1000合成塔、高压管道及附属设备等移至姜堰重组公司，配套了姜堰重组公司扩能技改工程。

公司领导和有关技术人员经过各方调研和细致分析、论证后，确定南京国昌公司作为设计、制造“GC型φ1800三轴一径合成塔内件及系统配套设备”单位。

合成塔外筒制造，选定由上海化机厂制作；所有高压管件均选定浙江工业大学设计、生产、制造，并交送现场安装；安装单位选定江苏省工业设备安装公司。

φ1800合成系统终于在2004年3月29日一次开车投运成功。

投运至今已有5个多月，从运行情况及各项技经数据显示，基本达到了设计的预期效果，为本公司的健康发展奠定了基础。

2合成系统设计：2.1设计参数及技术特性：合成系统压力25-28Mpa入塔气量295600Nm3／h新鲜气量72000Nm3／h冷却水温度34℃气氨总管压力0.2Mpa氨产量25TNH3／h合成塔阻力≤0.8Mpa系统压差≤2.0Mpa2.2工艺流程选择：由透平循环机出口油分来的气体分为两股，一股约占入塔总气量30％的气体通过塔主阀送至塔上部沿合成塔环隙自上而下，约升至86℃出塔后再分为两股，一股作为冷激气直接送至塔顶作为控制径向段触媒层温度。

叙述氨合成反应塔的结构氨合成反应塔是一种用于制备氨气的装置。

氨气作为重要的工业原料应用广泛，而氨合成反应塔作为一种成熟的技术设备已经被广泛应用于各行各业。

一般来说，氨合成反应塔包括反应器、加热器、冷却器、分离器、循环器、控制系统等几大部分。

其中，反应器是核心部分，它是进行氨合成反应的主要部位。

氨合成反应塔的反应器通常由一系列垂直圆柱状或矩形状容器组成，这些容器中充满了一种叫做催化剂的材料。

当气体在催化剂上通过时，它们会在催化剂表面发生反应，从而生成氨气。

在反应器中，气体和催化剂之间必须维持一定的物理和化学状态。

物理状态方面，要保证气体对催化剂表面的均匀通气，同时保持催化剂层的稠密度。

化学状态方面，要使反应器中的气体组分、气体速度、反应温度、反应压力等参数处于正确的区间范围内，以保证氨气的产量和质量。

除了反应器之外，氨合成反应塔还配备了加热器和冷却器，以保证反应器中正常的反应温度。

在加热器中，冷却液或蒸汽通过加热装置给反应器提供热量。

在冷却器中，水或其他冷却液通过冷却装置给反应器散热。

通过这样的加热和冷却措施，反应器中的温度可以在一定范围内控制，使氨气产量达到最大值或最大化。

反应器中产生的气体混合物还需要进行分离。

这是通过分离器完成的，分离器的作用是将氮、氢和氨等气体有效地分离开来。

分离器多采用洗涤塔、吸收塔或者膜分离器等技术实现。

循环器也是氨合成反应塔中的重要部分。

循环器将分离器中分离出的反应剂气体，经过压缩与冷却后，再回流至反应器中进行循环使用，以增加反应剂的利用率。

最后，氨合成反应塔还需要一个控制系统。

这个系统需要对反应器中的所有参数进行实时监控和调整，以保证反应器中物理和化学状态的稳定性，从而保证氨气的产量和质量。

控制系统包括多个传感器和控制器，可实现全自动化控制，保证整个系统的工作安全稳定和高产高效。

综上所述，氨合成反应塔是一种复杂的工业装置，它的结构涉及到多重设备与工艺过程，需要严密的设计与制造。

概述湖南安淳高新技术有限公司（以下简称安淳公司）从上世纪80年代起，在分析了国际国内氨合成塔内件优缺点的基础上，独创了ⅢJ型氨合成塔内件，取得了国家专利，是国内数种氨合成塔内件中唯一经原化工部鉴定的内件，鉴定结论是，该内件为国内首创，主要技术指标取得突破性进展，达到国际先进水平。

安淳公司不断创新、不断进取，随后又推出了ⅢJ99型氨合成内件，包含3个新的国家专利技术。

ⅢJ型、ⅢJ99型氨合成内件经由φ800、φ1000到φ1200；后又开发了ⅢJD2000型φ1400、φ1600、φ1800、φ2000氨合成内件。

单塔年产氨能力由20 kt（φ600塔）发展到180 kt、200 kt。

近几年开发的ⅢJD2000型-φ2200氨合成塔，在技术上又有较大的提升；单塔生产能力日均达850～910 t，受到了用户的青睐。

2 ⅢJD2000型-φ2200氨合成塔的设计思想为实现单系统生产能力规模化和进一步降低能耗，安淳公司在ⅢJD2000型-φ1800、φ2000氨合成内件的基础上，引入新的理念，设计了ⅢJD2000型-φ2200氨合成内件，具体如下。

（1）充分发挥第一绝热层的作用。

进入零米未反应气氨含量低，距离反应平衡很远，反应速度很快，尽量在开始反应的第一层多产氨，使第一层之氨净值达到8％～9％，即第一绝热层温升110～133 ℃。

具体措施如下。

①增加第一绝热层的高度，第一绝热层设计高度2.5～3.1 m。

②降低零米温度，提高热点温度。

进第一绝热层零米点的循环气，氨含量最低（约2.16％），温度低（370～380 ℃），离反应平衡点最远；如零米温度为380 ℃，将第一绝热层反应终点温度设计为490～513 ℃，则第一绝热层的氨含量增加8％～9％（氨净值），即第一绝热层完成氨合成反应的50％。

（2）第一层绝热反应后的热气体，不再采取冷激，而是用塔内换热器间接冷却后再进入第二层，这样更有利于氨合成反应温度接近最适宜温度曲线。

合成氨主要设备构造及设备一览表第一节主要设备构造1 1＃氨合成塔（1）构造合成塔由高压外筒和内件两部分组成：主要有触媒筐、菱形分布器、层间换热器、下部换热器、电加热器组成。

（2）塔内流程主线气体由一进合成塔后，沿内外筒环隙下行，从塔下部一出出来，经气气换热器换热，由塔下部二次入口入塔，经过下部换热器管间换热后，在集气盒内与从塔底部来的冷副气体混合，然后由中心管上行至上层触媒顶部后进入触媒层，一冷激气通过冷激管到达埋在上层触媒内的菱形分布器与上层触媒来的主线气体混合通过触媒层。

另一冷激气通过冷激管，从层间换热器底部进入换热器管间，换热后沿中心管外套筒上行至上层触媒顶部，与主线气体混合通过触媒层，然后进入层间换热器管内，气体出换热器后大部分径向流动通过下层触媒，少部分作轴向通过。

气体出下部触媒后进入下部换热器管内，换热后从二次出口出塔。

2 2＃氨合成塔（1） 构造：合成塔由高压外筒和内件两部分组成：主要有触媒筐、下部换热器、电加热器组成.（2）塔内流程气体从一次入口进入，沿内外筒之间的环隙向下流动，进入下部换热器管间。

然后再进入上部换热器管间。

从上部换热器管间出来的气体进入分气盒，冷副来的气体不经换热直接进入分气盒，气体被分配到各个内冷管，再从外冷管出来进入集气盒，从集气盒出来的气体进入中心管，中心管出来的气体进入触媒层进行反应，反应后的气体从触媒层下部出来，进入上部换热器管内，然后从一次出口出来进入废锅，从废锅出来的气体由合成塔二次入口进入，进入下部换热器管内，然后从二次出口出来。

3 冷交(1) 构造：外壳、换热器、中心管、集气盒、NH 3分离套筒、旋流板。

(2)冷交内流程氨冷器来的气体，由底部进入塔二进二出气体入口气体入口一出冷交外壳换热器中心管分气盒环形档板分离套筒　内，沿升气管上升后从上部出口出来，经过旋流板分离掉部分液氨后继续向上进入氨分离套筒，从套筒内部通过套筒上的矩形孔依次向外流动，进行液氨分离，出套筒后向上进入换热器管间，与管内气体进行换热，最后从上部出口出冷交。

氨合成塔毕业设计指导氨合成塔的毕业设计是工程师在化学工程领域的重要课题之一、氨合成塔是用于生产氨的关键设备，通过催化剂和合成气反应，将氮气和氢气转化成氨气。

设计一个高效稳定的氨合成塔对于提高氨气的产率和质量具有至关重要的意义。

首先，毕业设计的第一步应该是对氨合成塔的工艺流程进行分析和研究。

通过研究氨合成反应的原理和条件，了解氨合成反应的机理和反应条件对氨合成塔的设计具有重要的指导意义。

了解氨合成塔的设计参数和运行条件，如反应温度、压力、催化剂选择等。

第二步是进行氨合成塔的设备设计。

氨合成塔通常由进料器、反应器、冷却器和分离器组成。

进料器用于将氢气和氮气混合，然后进入反应器，进行氨合成反应。

在设计进料器时，需要考虑混合气体的均匀性和进料的稳定性。

反应器是氨合成塔的核心部分，需要选择合适的催化剂和反应温度、压力，并考虑反应器的尺寸和布局，以确保反应的高效性和稳定性。

冷却器通常用于降低反应后产生的热量，防止过热和副反应的发生。

分离器用于将反应后的氨气与未反应的气体进行分离，并提取纯氨气。

在设计分离器时，需要考虑分离效果和设备的能耗。

第三步是进行氨合成塔的过程模拟和优化。

通过使用化学工程软件，可以模拟氨合成塔的工艺流程和操作条件，以评估和优化氨合成塔的性能。

通过模拟可以确定合适的操作参数，以实现最高的氨气产率和质量。

对于大型氨气生产装置，还需要考虑能耗和环保指标，进行能耗优化和节能减排。

第四步是进行氨合成塔的安全评估。

氨气是一种具有高毒性和易燃性的气体，因此在设计氨合成塔时，需要考虑安全因素。

通过对氨合成塔的压力容器设计和结构设计进行认真分析和计算，确保其能够承受合适的压力和温度。

同时，还需要设计相应的安全装置和控制系统，以确保氨合成塔的安全运行。

最后，毕业设计的结论部分应该总结设计过程中的主要问题和解决方案，并对设计结果进行评价和展望。

可以描述设计方案的优点和局限性，并提出可能的改进和进一步研究的方向。

氨合成塔结构特点及基本要求
基本要求：维持自热、有利于升温还原、催化剂生产强度大；催化剂床层分布合理、保持催化剂活性；气流均匀、压降小；换热强度大、换热体积小、塔内空间利用率高；生产稳定、操作灵活、操作弹性大；结构简单可靠、内件有自由余地。

并流双套管合成塔
轴向冷激式合成塔
冷激：在多层固定床绝热反应器中进行放热反应时，在催化剂层间注入冷料，与高温反应物混合，以直接换热的方式降低反应物温度。

目前大型氨厂用冷激式多，它具有各床层温度调节方便，操作更接近最佳温度的优点。

其操作床层温度分布情况如图39。

冷激式合成塔主要优点：结构简单、催化剂分布和温度分布均匀、控温调温方便、床层通气面大阻力小。

一种径向冷激式合成塔如图40。

其优点是：气体通过床层路径短，通气面积更大，阻力更小；适宜用更小粒度催化剂，提高内表面积，减少内扩散影响；催化剂还原均匀；降低能耗，更适宜于离心式压缩机。

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。

各型氨合成塔内件比较氨合成塔是用于合成氨气的关键设备，其内部组件的选择和比较对于提高氨气的产量和纯度至关重要。

以下是各种类型的氨合成塔内部组件的比较：1. 吸收器（Absorber）吸收器是氨合成塔中的关键组件之一，用于去除产生的废气中的不纯物质。

在吸收器中，氨气与水接触并发生化学反应，形成水合氨。

常用的吸收器类型包括板式吸收器、填料吸收器和静态混合吸收器。

板式吸收器具有较高的传质效率和操作灵活性，但成本较高。

填料吸收器使用填料材料增加了气液接触面积，但清洗和维护困难。

静态混合吸收器结构简单，维护方便，但传质效率较低。

2. 变换器（Converter）变换器是氨合成塔中的核心组件，用于催化氮气和氢气的反应生成氨气。

常见的变换器类型包括管壳式变换器和板式变换器。

管壳式变换器具有较高的换热效率和维护便利性，但存在管壁堵塞和换热表面容易受到腐蚀的问题。

板式变换器具有更大的冷却表面和更好的热传导性能，但清洗和维护复杂。

3. 分离器（Separator）分离器是氨合成塔中用于分离氨气和未转化的气体的重要组件。

常见的分离器类型包括空气式分离器和液氨式分离器。

空气式分离器通过冷却和压缩将氮气和氢气分离，然后将氢气再循环回变换器。

液氨式分离器通过减压和冷却将氨气和未转化的气体分离，然后从液体中将氨气解吸出来。

空气式分离器具有较低的能耗和更好的气体分离效果，但液氨式分离器较为简单和便宜。

4. 加热器（Reactor Heater）加热器在氨合成塔中的作用是提供变换器所需的热量，以促进反应的进行。

常见的加热器类型包括蒸汽加热器和电热加热器。

蒸汽加热器具有较高的换热效率和操作控制性能，但需要蒸汽供应系统。

电热加热器结构简单，维护方便，但能耗较高。

除了上述的组件比较，还有许多其他的内部组件对氨合成塔的性能也有影响，如循环泵、冷却器、压缩机等。

此外，选择适合特定应用的材料和适当的工艺参数也是提高氨合成塔效率和延长使用寿命的关键因素。