设计一填料塔,在常温常压下用清水吸收空气—丙酮混合汽体中的丙酮,混合气入塔流率为80 kmol/h,含丙酮5%(体积分率),要求吸收率达到95%。已知塔径为0.8m,操作条件下的相平衡关系可以y=2.0x表示,气相体积总传质系数Kya=150 kmol/m3h,出塔溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%,试求:(1) 完成分离任务所需水量为多少[m3/h];(2) 所需填料层高度,m;(3) 用水量是最小用水量的多少倍。(4) 要想提高气体的回收率,可以采取哪些措施?

步骤 1：计算出塔气体中丙酮的体积分率
根据题意，混合气入塔流率为80 kmol/h，含丙酮5%（体积分率），要求吸收率达到95%。因此，出塔气体中丙酮的体积分率y2可以通过以下公式计算：
\[ y2 = y1(1 - \Phi) \]
其中，y1为入塔气体中丙酮的体积分率，Φ为吸收率。
步骤 2：计算出塔溶液中丙酮的摩尔分数
根据题意，操作条件下的相平衡关系可以y=2.0x表示，出塔溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%。因此，出塔溶液中丙酮的摩尔分数x1可以通过以下公式计算：
\[ x1 = x1* \times 70\% \]
其中，x1*为饱和浓度下的丙酮摩尔分数。
步骤 3：计算所需水量
根据题意，所需水量可以通过以下公式计算：
\[ L = \frac{G(y1-y2)}{(x1-x2)} \]
其中，G为混合气入塔流率，y1为入塔气体中丙酮的体积分率，y2为出塔气体中丙酮的体积分率，x1为出塔溶液中丙酮的摩尔分数，x2为入塔溶液中丙酮的摩尔分数。
步骤 4：计算所需填料层高度
根据题意，所需填料层高度可以通过以下公式计算：
\[ H = \frac{ln[(y1-y1*)-(y2-y2*)]}{ln[(y1-y1*)-(y2-y2*)]} \]
其中，y1*为饱和浓度下的丙酮体积分率，y2*为出塔气体中丙酮的饱和体积分率。
步骤 5：计算用水量是最小用水量的多少倍
根据题意，用水量是最小用水量的多少倍可以通过以下公式计算：
\[ \frac{L}{L_{min}} = \frac{x1*}{x1} \]
其中，L_{min}为最小用水量。
步骤 6：提高气体的回收率的措施
根据题意，要想提高气体的回收率，可以采取以下措施：
A. 增大吸收剂用量；
B. 增加操作压力；
C. 降低操作温度；
D. 增加填料段高度。