在总压力为101.3Kpa,温度为28℃的条件下,在一逆流操作的填料塔中,用洗油吸收焦炉气中的芳烃.已知焦炉气的流量为800m3/h,其中所含芳烃的摩尔分数为0.026,要求芳烃的回收率不低于96%,进入吸收塔顶的洗油中所含芳烃的摩尔分数为0.004.若取吸收剂用量为最小用量的1.85倍,求洗油流量及塔底流出吸收液的组成.设操作条件下的平衡关系为Y＊=0.128X.

本题考查吸收塔的物料衡算及吸收剂用量和吸收液组成的计算。解题思路如下：

1. 首先根据理想气体状态方程计算入塔惰性气体的摩尔流量 $V_n$。已知焦炉气的流量 $V = 800m^3/h$，温度 $T=(273 + 28)K$，标准状况下气体摩尔体积 $V_m = 22.4m^3/kmol$，压力 $P = 101.3kPa$，且焦炉气中芳烃摩尔分数 $y_1 = 0.026$，则惰性气体摩尔流量计算公式为 $V_n=\frac{V}{V_m}\times\frac{273}{T}\times\frac{P}{P_0}\times(1 - y_1)$。
   • 代入数据可得：
     $\begin{align*}V_n&=\frac{800}{22.4}\times\frac{273}{273 + 28}\times\frac{101.3}{101.3}\times(1 - 0.026)\\&=\frac{800}{22.4}\times\frac{273}{301}\times1\times0.974\\&=\frac{800\times273\times0.974}{22.4\times301}\\&=31.55kmol/h\end{align*}$
2. 接着计算进塔气体芳烃摩尔比 $Y_1$。根据摩尔比与摩尔分数的关系 $Y_1=\frac{y_1}{1 - y_1}$，已知 $y_1 = 0.026$，则：
   $Y_1=\frac{0.026}{1 - 0.026}=\frac{0.026}{0.974}=0.0267$
3. 然后计算出塔气体芳烃摩尔比 $Y_2$。已知芳烃回收率 $\varPhi = 96\%$，根据 $Y_2 = Y_1(1 - \varPhi)$，可得：
   $Y_2 = 0.0267\times(1 - 0.96)=0.0267\times0.04 = 0.0011$
4. 再计算进塔洗油芳烃摩尔比 $X_2$。已知进塔洗油中芳烃摩尔分数 $x_2 = 0.004$，根据 $X_2=\frac{x_2}{1 - x_2}$，可得：
   $X_2=\frac{0.004}{1 - 0.004}=\frac{0.004}{0.996}=0.004$
5. 之后计算纯溶剂最小流量 $L_{n,min}$。根据吸收操作的最小溶剂用量公式 $L_{n,min}=\frac{Y_1 - Y_2}{\frac{Y_1}{m}-X_2}\times V_n$，其中平衡关系 $Y^* = 0.128X$，则 $m = 0.128$，代入数据可得：
   $\begin{align*}L_{n,min}&=\frac{0.0267 - 0.0011}{\frac{0.0267}{0.128}-0.004}\times31.55\\&=\frac{0.0256}{\frac{0.0267}{0.128}-0.004}\times31.55\\&=\frac{0.0256}{0.2086 - 0.004}\times31.55\\&=\frac{0.0256}{0.2046}\times31.55\\&=3.948kmol/h\end{align*}$
6. 再计算纯溶剂流量 $L_n$。已知吸收剂用量为最小用量的 $1.85$ 倍，即 $L_n = 1.85L_{n,min}$，则：
   $L_n = 1.85\times3.948 = 7.304kmol/h$
7. 然后计算洗油流量 $L_n'$。因为洗油中含有芳烃，所以洗油流量 $L_n'=\frac{L_n}{1 - x_2}$，代入数据可得：
   $L_n'=\frac{7.304}{1 - 0.004}=\frac{7.304}{0.996}=7.333kmol/h$
8. 最后计算吸收液组成 $X_1$。根据全塔物料衡算 $V_n(Y_1 - Y_2)=L_n(X_1 - X_2)$，变形可得 $X_1 = X_2+\frac{V_n(Y_1 - Y_2)}{L_n}$，代入数据可得：
   $\begin{align*}X_1&=0.004+\frac{31.55\times(0.0267 - 0.0011)}{7.304}\\&=0.004+\frac{31.55\times0.0256}{7.304}\\&=0.004+\frac{0.8077}{7.304}\\&=0.004 + 0.1106\\&=0.1146\end{align*}$