[题目]在总压力为101.3K pa,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 /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9-|||-6%,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 =0.128X.
题目解答
答案
解析
本题主要考察吸收塔的的物料衡算及最小吸收剂用量的计算，具体步骤如下：
1. 关键参数换算与惰性气体流量计算
焦炉气流量为$800\,\text{m}^3/\text{h}$（标准状态下），需换算为操作条件下的惰性气体流量$V_n$：
- 标准状态（$0^\circ\text{C},10.1013\,\text{MPa}$）下，$1\,\text{kmol}$气体体积为$22.4\text{m}^3$；
- 操作温度$28^\circ\text{C}=301\,\text{K}$，总压$P=101.3\,\text{kPa}$，惰性气体摩尔分数$(1-0.026)$。
公式：
$V_n=\frac{800}{22.4}\times\frac{273}{301}\times(1-0.026)\approx31.55\,\text{kmol/h}$
2. 气液组成换算（摩尔比摩尔分数）
- 进塔气体芳烃比摩尔分数：
$y_1=\frac{0.026}{1-0.026}\approx0.0267$ - 出塔气体芳烃比摩尔分数（回收率$96\%$）：
$y_2=y_1(1-\eta)=0.0267\times0.04\approx0.00011$ - 进塔洗油芳烃比摩尔分数：
$x_2=\frac{0.004}{-0.004}\approx0.0040$
3. 最小吸收剂用量计算
平衡关系$Y^*=0.128X$，最小液气比$(\frac{L}{V})_{\text{min}}$满足：
$(\frac{L}{V})_{\text{min}}=\frac{y_1-y_2}{{y_1}{m}-x_2}$
代入数据：
${y_1}{m}=\frac{0.0267}{0.128}\approx0.208$
$(\frac{L}{V})_{\text{min}}=\frac{0.0267-0.0011}{0.28-0.004}\approx0.125$
最小吸收剂流量：
$L_{\text{min}}=}}(\frac{L}{V})_{\text{min}}\times V_n=0.125\times31.55\approx3.95\,\text{kmol/h}$
4. 实际吸收剂流量与洗油流量
实际液气比为最小的$1.85$倍：
$\frac{L}{V}=1.85\times0.125\approx0.231$
实际吸收剂流量：
$L=0.231\times31.55\approx7.30\,\text{kmol/h}$
洗油流量（含少量芳烃，近似按纯溶剂算）：
$L'\approx L=7.30\,\text{kmol/h}$
5. 塔底吸收液组成计算
全塔物料衡算：
$L(X_1-x_2)=V(y_1-y_2)$
解得：
$X_1=x_2+\frac{V(y_1-y_2)\}/L=0.004+\frac{31.55\times0.0256}{7.30}\approx0.115$