饱和器中同时存在两种盐时，由于酸式盐较中式盐易溶于水或稀硫酸中，故在酸度不大的情况下，从饱和溶液中析出的只有硫酸铵结晶。
由硫酸铵和硫酸氢铵在不同含量的硫酸溶液（60℃）内的溶解度比较可知，在硫酸小于19%时，析出的固体结晶为硫酸铵；当酸度大于19%而小于34%时，则析出的是硫酸铵和硫酸氢铵两种盐的混合物；当酸度大于34%时，得到的固体结晶全为硫酸氢铵。
粗轻吡啶经精致可得到纯吡啶，a-甲基吡啶，β-甲基吡啶和吡啶溶剂等产品。这些产品是有机合成工业（如医药，农药）的重要原料，如生产磺胺药类、维生素 、雷米封等。此外，粗轻吡啶类产品也是一种优良的溶剂，可以作合成纤维的高级溶剂。
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：
?H???C?HH生成酸式盐 C5H5N SO2SO45H5N?生成中式盐 2C5H5NH???(5C5HN2?H )2SO4SO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(NSO??4H2)?424?NH4H?SO5
CHN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，
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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
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?0.8
式中 cs-----母液酸度，取为6%；
cs1.85??gmax0.915?10?18?t6.8
?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
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?pmax1.856?0.040.8??36.1(g/l) ?186.80.915?10?55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
1.856?0.020.8?p??15.2(g/l) ?186.80.915?10?55 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
表 1.2 不同温度下母液中粗轻吡啶允许含量
母液温度℃ 母液中粗轻吡啶含量g/l
50 32.1
55 15.2
60 9.8
65 4.0
上述母液温度及酸度主要是考虑了硫酸铵生产的需要，在此条件下，氨的回收率可达90%以上，而吡啶的回收率仅为70%-80%。为了提高吡啶的回收率，应使母液中粗轻吡啶含量低于16g/l。
为了从母液中提取粗轻吡啶盐基，将氨气通入中和器中，中和母液中的游离酸，使酸式硫酸铵变为中式盐，然后再反应分解硫酸吡啶，反应式如下
2NH3?H2SO4?(NH4)2SO4NH3?NH4HSO4?(NH4)2SO42NH3?C5H5NH?HSO4?(NH4)2SO4?C5H5N2NH3?(C5H5NH)2SO4?(NH4)2SO4?C5H5N
因此，当需回收的粗轻吡啶的数量一定时，母液中粗轻吡啶含量愈高，则需中和的母液量愈少，可有较多的氨用于分解硫酸吡啶。但如前所述，母液温度高时，母液中吡啶盐基含量不能过高，否则回收率将降低。
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/%
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40000 0.3
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/%
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 吡啶回收：
焦炉气处理量（m3/h） 40000 煤气中吡啶盐基含量
饱和器前（g/ m3） 0.45 饱和器后（g/ m3） 0.03 剩余氨水量（m3/h） 12 剩余氨水中吡啶盐基含量（g/l） 0.3 蒸氨废水中吡啶盐基含量（g/l） 0.1 硫酸铵中吡啶盐基含量/% 0.04 设计目标：饱和器后煤气中吡啶盐基含量 ≤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。
从饱和器中回收吡啶制取粗轻吡啶的工艺流程常用的有两种形式，即文氏管反应器法和中和器法。由于文献上介绍文氏管反应器提取粗轻吡啶的内容比较 少，设计的难度过大。因此我选择了中和器法提取粗轻吡啶。
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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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