氨合成塔毕业设计指导

过程装备与控制工程（本科）

氨合成塔毕业设计指导

一．设计前的准备工作

（一）设计任务的研究

1．设计题目的原始资料、性质和内容纲要；

2．阅读毕业设计大纲，了解毕业设计的基本方法和主要要求；

3．查阅有关的期刊、文献和参考资料。

（二）毕业实习

在三年级的生产实习及制造实习中，已经对合成氨的生产工艺流程有所了解，包括设备大致的结构设计和制造工艺过程也有了一定的认识。在毕业实习的环节中更要充分利用实习的生产厂家，对氨合成塔的结构设计和制造工艺应有一个更深入的探讨。 从近几年的发展来分析，氨合成塔的设计主要是在内件结构、合成气流方向、触媒筐结构及换热器结构方面得到了一些发展，但并无重大进展。

因此，在设计中，除了继承传统的优良结构外，要充分利用合成塔设计的新思想和新方法，打破传统的设计方法和设计思路，合理地加入出自己的设计风格，使自己在大学时期的最后一个教学环节中获得全面的丰收。

（三）拟定设计计划

根据毕业设计任务书和毕业设计大纲，结合自己的实际情况，对自己的设计工作拟定一个时间安排，按自己的设计进度进行，保证设计任务如期优质完成。

二．概述

（一）合成氨工艺简介

氨合成塔是合成氨生产的心脏。合成氨生产是以氢气、氮气为原料，在一定的温度与压力并有触媒（催化剂）存在的条件下，直接合成为氨的过程，其化学反应式为： Q NH H N +↔+32223

这个反应是放热和体积缩小的可逆化学反应。放热、体积缩小和可逆是合成氨工艺过程的特性，这个特性影响工艺操作，也影响合成塔的结构。因此根据可逆反应的特点，必须选择一个适宜的操作条件，使在某一化学平衡的条件下，生成物气体中含氨量最多。

温度、压力、空速和触媒的选用对整个合成氨生产的质量和产量都有不同程度的影响。触媒床的温度分布应尽可能接近生产工艺中的适宜温度分布曲线，加压对反应速度有利，空塔速度一般有一最佳值，不能太大或太小（现根据生产经验决定）。

（二）合成氨生产的发展

氨是1754年普里斯特利（Priestly ）加热氯化铵和石灰时发现的，在

1901年吕·查得利第一个提出了氨的合成条件是高温、高压并采用一定的催化剂。第一个日产30吨的合成氨装置在德国奥堡于1912建成，并在1913年开始运转，这样合成氨工业进入了一个新的时代。我国合成氨工业是在建国后才发展起来的，经过五十年来的艰苦奋斗，大、中、小型合成氨厂星罗棋步，遍及全国。合成塔的设计也逐渐赶上了发达国家的水平。

氨主要用于农业，除氨本身可用作化肥外，几乎所有的氮肥和复合肥都离不开氨。氨也可用于制药、炼油、合成纤维及合成树脂等工业部门，还可作为产品的化工原料，液氨可作为冷冻剂使用。所以氨在国民经济中占有十分重要的地位。

当今，合成氨的发展方向是：以降低合成氨工业能耗，提高能量效率为目的而提出的各种新工艺流程，新型合成塔以及新型合成氨催化剂。

三．氨合成塔工艺计算简介

（一）物料衡算

1．计算依据

1）.氨合成塔流程（可以有不同的流程）

2）.进出塔气体成份及温度等已知条件参阅毕业设计任务书

2．物料衡算

包括进、出塔气体量及组成的计算（摩尔分率）；放空气体量及组成计算；实际氨产量的计算；以1000标准立方米计算合成塔进出气体量；以毕业设计任务书上的年产吨量进行最后计算。

（二）热量衡算

计算基准：1000标准立方米精炼气

1．合成塔热量衡算

2．触媒筐热量衡算

3．热交换器热量衡算

整个工艺计算可参阅《中型合成氨厂生产工艺与操作问答》573页至579页。

四．氨合成塔的结构设计

氨合成塔的主体结构包括外筒和内件两大部分，它实际上是一个反应器加上一个换热器。它的合成反应是一个高温、高压的合成反应，应力水平高，壁较厚。对氨合成塔结构设计的基本要求可参阅《氨合成塔》。

（一）外筒

氨合成塔的外筒与其它高压容器相同，主要有：层板包扎式、热套式、多层绕带式、多层绕板式及整体锻造式。为了减少泄漏的机会，一般是一端可拆，一端不可拆（底部）。底部封头多采用平封头，也可采用球形封头。

（二）内件

内件主要包括触媒筐、换热器和加热器三部分。其中触媒筐是氨合成塔的心脏。1．触媒筐

根据不同的结构型式，可分为：1.单层轴向内冷式；2.多层轴向绝热式；3.径向式；

4.复合型式；

5.副产蒸汽合成塔；6 .卧式合成塔；7.球型合成塔；8.其它型式的合成塔。

触媒筐设计的好坏直接影响到合成塔的产量和消耗定额，同时要注重触媒的选择。2．换热器

合成塔内换热器的共同特点是：1.换热器中心均有一冷气副线，该气体不经过换热器，直接进入触媒筐，主要是为了控制和调节反应气进触媒层的温度；2.换热器换热面积要有适当的富裕量，使之能适应各种操作状态的需要。

换热器的结构主要有以下几种：列管式换热器；螺旋板式换热器；波纹板式换热器。

3．电加热器

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。其结构参阅《氨合成塔》。

当今，在开发低能耗的合成氨工艺流程方面已找到了几种新的途径，但是关键设备（转化炉、合成塔等）并无重大进展。现有几种合成塔的新的设计方案如下：1．凯洛格卧式合成塔；

2．托普索径向合成塔；

3．鲁姆斯合成塔；

4．I CI合成塔。

五．设计说明书

设计说明书主要是论证设计中所采用的设计方案，各种数据的正确性和适用性，而不是书刊资料的抄录和计算草稿的誊清。设计说明书要表达出设计者的思维、意图和解决问题的方法、结构尺寸的设计依据。在生产实际中，设计说明书是具有法律意义的技术文件。

（一）绪论

1．本设计的任务、内容和特性；

2．合成塔在合成氨生产工艺中的地位；

3．合成氨工业发展简史，国内外发展趋势以及它在国民经济中的作用。

（二）化工工艺部分

1．原料及产品的特性；

2．合成原理及典型工艺流程；

3．合成塔操作条件与说明；

4．物料衡算与热量衡算；

5．工艺技术特性一览表。