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1.2.2从硫酸铵母液中制取粗轻吡啶工艺原理
吡啶是粗轻吡啶中含量最多，沸点最低的组分，故以吡啶为例来阐述回收的基本原理。
吡啶具有弱碱性，与酸发生中和反应生成相应的盐。在饱和器或酸洗塔中，吡啶与母液中的硫酸作用生成酸式盐或中式盐，发生的化学反应分别为： 生成酸式盐 C5H5N?生成中式盐 2C5H5N?H2SO???4HSO???24CHN?H55 HSOSO (5C5HN2?H)当提高母液酸度时，有利于生成硫酸吡啶的反应，会有更多的吡啶被吸收下来。硫酸吡啶吡啶不稳定，在母液中主要以酸式硫酸吡啶形式存在，此盐在温度升高时极易离解，并与硫酸铵反应而生成游离吡啶，化学反应如下：
?HS4O? C5H5NH(NH)?SO??42424?NH4H?SO 5CHN当母液温度提高或母液中硫酸铵含量增多，均能促使酸式硫酸吡啶发生离解，使吡啶游离出来。在一定温度下母液液面上总有相应压力的吡啶蒸汽，使吡啶被煤气带走而形成损失。只有当母液面上的吡啶蒸汽压小于煤气中吡啶分压时，煤气中的吡啶才会被母液吸收下来。这两个分压之差越大，吸收反应就进行得越好，则随煤气损失的吡啶就越少。因此，只有连续提取母液中的吡啶，使母液中吡啶含量低于煤气中吡啶分压相平衡的含量，才能使吸收过程不断进行。
由以上分析可知，吸收过程好坏主要取决于母液液面上吡啶蒸汽压的大小，母液的酸度，温度及其中吡啶含量等。由表1.1所列数据分析可知，当母液中吡啶含量和母液酸度一定时，母液面上的吡啶蒸汽压随温度升高而增大。当母液温度高于60℃时，吡啶蒸汽压急剧上升；当母液酸度增加时，吡啶蒸汽压则降低；当母液中吡啶含量增加时，吡啶蒸汽压显著增加。还应指出的是，在分析粗轻吡啶回收时，不要忘记粗轻吡啶是与硫酸铵工艺净化煤气中的氨同时进行的，而硫酸铵工艺中必须考虑温度对水平衡的影响。因此，温度、酸度等的可调范围不是很大。
表1.1 吡啶蒸汽压与温度等因素的关系
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母液酸度/%
4 4 4 4 4 5 5 5 5 5
温度/℃ 40 50 60 70 80 40 50 60 70 80
母液中吡啶含量/(g/l)
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
吡啶蒸汽压/pa
0.587 0.693 1.880 5.799 17.742 0.147 0.427 1.226 3.532 10.544
母液面上的煤气中的吡啶含量/(g/m3) 0.010 0.024 0.065 0.210 0.617 0.005 0.015 0.043 0.123 0.336
根据表1.1数据，经整理后饱和器母液中粗轻吡啶的最大浓度?pmax可按下式估算：
?pmax?
0.8cs1.85??gmax?180.915?10?t6.8
式中 cs-----母液酸度，取为6%；
?gmax------饱和器后煤气中吡啶盐基最大含量。
按设计要求，?gmax取为0.04 g/m3；
t-----饱和期内母液温度，取t=55℃.
将有关数据带入上式，即可求得
?pmax?0.861.85?0.04?180.915?10?556.8?36.1(g/l)
为了保证吸收过程的推动力，需按饱和器后煤气中吡啶盐基的实际含量为?gmax的50%来计算，则母液中吡啶允许含量为
?p?0.861.85?0.02?180.915?10?556.8?15.2(g/l)
当上述计算中其他条件不变时，在不同母液温度下，母液中粗轻吡啶允许含量见表 1.2
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1.3 设计条件及要求
设计任务：回收焦炉煤气中氨及粗轻吡啶 工艺参数：
氨回收： 焦炉气处理量m3/h 氨的产率/%
初冷器后煤气温度/℃ 剩余氨水量（t/h） 剩余氨水含氨量(g/L) 蒸氨塔废水含氨量(g/L)
每蒸馏1m3稀氨水用直接蒸汽/kg 分凝后氨气温度/℃ 硫酸质量分数/%
45000 0.3 30 12 3.0 0.05 100 95 74
设计目标：饱和器后煤气含氨量 ≤0.03g/ m3
1.4工艺流程的确定
用硫酸吸收焦炉煤气中氨生产硫酸铵的方法有半直接法、间接法和直接法，结合这三种方法的优点和缺点，经和老师讨论，我确定了利用半直接法即饱和器法生产硫酸铵的方法回收氨。
饱和器法生产硫酸铵的方法有鼓泡式饱和器和喷淋式饱和器，鉴于鼓泡式饱和器法比较成熟，老师建议我选用鼓泡式饱和器法生产硫酸铵。
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第二章 饱和器法回收氨的工艺流程
鼓泡式饱和器法硫酸铵生产工艺流程如图2.1所示。
煤气经鼓风机和电补焦油之后进入煤气预热器，预热到60~70℃，目的是蒸出饱和器中水分，防止母液稀释。煤气由饱和气的中央管经泡沸伞穿过母液层鼓泡而出，其中的氨被硫酸吸收，形成硫酸氢铵和硫酸铵，在母液中含量分别为40%~45%和6%~8%。在吸收铵的同时吡啶碱也被吸收下来。
煤气穿过饱和器，在除酸器分理出携带的液滴后，去脱硫或粗苯回收工段。饱和器后煤气含氨量一般要求小于0.03g/m3。
饱和器中母液经水管入满溜槽，由此用泵打回到饱和器的底部，这样构成母液循环系统，并在器内形成上升的母液流，进行搅拌。
硫酸铵结晶沉于饱和器的锥底部，用泵将浆液送到结晶槽，在此从浆液中沉淀出硫酸铵结晶，结晶槽满流母液回到饱和器，部分母液送去回收吡啶装置。 含量为72%~78%的硫酸自高位槽加入饱和器。除酸器液滴经满流槽泵送至饱和器。
硫酸铵结晶浆液在离心机分出结晶，结晶含水分1%~2%，于干燥器中脱水后送去仓库。
饱和器的壁上会沉结细的晶盐，增加煤气流动阻力。为此，饱和器需定期用热水和借助于大加酸进行洗涤。
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第三章 饱和器法回收氨的影响因素及控制
3.1母液酸度
氨吸收设备内母液的酸度，主要影响硫酸铵结晶的粒度和氨与吡啶盐基的回收率。母液酸度对硫酸铵结晶成长有影响，随着母液酸度的提高，结晶平均粒度下降，晶形也从长宽比小的多面颗粒变为有胶结趋势的细长六角棱柱形，甚至称针形状。这是因为当其他条件不变时，母液的介稳区随着酸度增加而减少，不能保持有利于晶体成长所必须的过饱和度所致。其中介稳区是指晶核在溶液中的溶解度曲线和超溶解度曲线之间的区域。
另外，母液酸度对黏度也有影响，其关系图如3.1所示。由该关系图可知，随着酸度的提高，母液黏度增大，增加了硫酸铵分子扩散阻力，阻碍来晶体正常成长。
母0.00360.0034液黏
0.00320.0030度/Pa.s0.00280.00260.0024051015酸度/ 253035图3.1 母液酸度和黏度的关系
但是，母液酸度也不宜过低。否则，除了氨和吡啶的吸收率下降外，还易造成饱和器堵塞。特别是当母液搅拌不充分或酸度波动时，可能在母液中出现局部中性区甚至碱性区，从而导致母液中的铁、铝离子形成及等沉淀，进而生成亚铁氰化物，使晶体着色并阻碍晶体成长。另外，酸度过低容易产生泡沫，使操作条件恶化。母液酸度的控制，依所采用的工艺不同而异。饱和器正常操作时的母液酸度为4%～6%；喷淋式饱和器正常操作是的母液酸度为3%～4%；酸洗塔正常操作的母液酸度为2.5%～3%。
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