15.有一吸收塔,填料层高度为3m,操作压力为101.33kPa,温度为20℃,用清水吸收混于空气中的-|||-氨。混合气质量流速 =580kg/((m)^2cdot h), 含氨6%(体积),吸收率为99%;水的质量流速 =770kg/(cm)^2-|||-h)。该塔在等温下逆流操作,平衡关系为 '=0.9X Kca与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相-|||-质量流速大体无关。试计算当操作条件分别作下列改变时,填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收-|||-率(塔径不变):(1)操作压力增大一倍;(2)液体流量增大一倍;(3)气体流量增大一倍。

步骤 1：确定初始条件和平衡关系
初始条件：填料层高度 $Z=3m$，操作压力 $P=101.33kPa$，温度 $T=20℃$，混合气质量流速 $G=580kg/({m}^{2}\cdot h)$，含氨6%（体积），吸收率为99%，水的质量流速 $W=770kg/({m}^{2}\cdot h)$。平衡关系为 $Y'=0.9X$，$Kaa$ 与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。
步骤 2：计算操作压力增大一倍时的填料层高度
操作压力增大一倍，即 $P'=2P=202.66kPa$。由于 $Kaa$ 与气相质量流速的0.8次方成正比，而与液相质量流速大体无关，因此 $Kaa$ 不变。根据吸收率不变的条件，填料层高度 $Z'$ 与 $Kaa$ 成反比，即 $Z'=Z\cdot Kaa/Kaa'=Z\cdot (G/G')^{0.8}=3\cdot (580/1160)^{0.8}=1.198m$。
步骤 3：计算液体流量增大一倍时的填料层高度
液体流量增大一倍，即 $W'=2W=1540kg/({m}^{2}\cdot h)$。由于 $Kaa$ 与气相质量流速的0.8次方成正比，而与液相质量流速大体无关，因此 $Kaa$ 不变。根据吸收率不变的条件，填料层高度 $Z'$ 与 $Kaa$ 成反比，即 $Z'=Z\cdot Kaa/Kaa'=Z\cdot (G/G')^{0.8}=3\cdot (580/580)^{0.8}=2.395m$。
步骤 4：计算气体流量增大一倍时的填料层高度
气体流量增大一倍，即 $G'=2G=1160kg/({m}^{2}\cdot h)$。由于 $Kaa$ 与气相质量流速的0.8次方成正比，而与液相质量流速大体无关，因此 $Kaa$ 变为 $Kaa'=Kaa\cdot (G'/G)^{0.8}=Kaa\cdot (1160/580)^{0.8}$。根据吸收率不变的条件，填料层高度 $Z'$ 与 $Kaa$ 成反比，即 $Z'=Z\cdot Kaa/Kaa'=Z\cdot (G/G')^{0.8}=3\cdot (580/1160)^{0.8}=7.92m$。