15.有一吸收塔,填料层高度为3m,操作压强为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/((m)^2cdot h)-|||-该塔在等温下逆流操作,平衡关系为 =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。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)-|||-操作压强增大一倍;(2)液体流量增大一倍:(3)气体流量增大一倍。

本题考察吸收塔操作条件变化时填料层高度的调整，核心在于传质单元数（N0G）不变以保持吸收率。关键点：

1. 传质单元数公式：$N_{0G} = \frac{1}{1-S^2} \ln \left( \frac{1-S\Delta Y_1}{1-S\Delta X_1} \right)$，其中$S=L/G$（液气比）。
2. 总传质系数$K_Y a$与气相质量流速$G$的0.8次方成正比，即$K_Y a \propto G^{0.8}$。
3. 操作条件变化时，需通过调整填料层高度$Z$，使总传质量$H_{OG} = K_Y a \cdot Z$保持原传质单元数对应的值。

（1）操作压强增大一倍

液气比变化

• 压强增大一倍，气相密度$\rho \propto P$加倍，气相摩尔流率$G_{\text{molar}} \propto P$加倍，液气比$S' = \frac{L}{G_{\text{molar}}} = \frac{S}{2}$。

总传质系数变化

• $K_Y a \propto G^{0.8}$，$G$（质量流速）因密度加倍而翻倍，故$K_Y a' = 2^{0.8} K_Y a$。

传质单元数调整

• 原传质单元数$N_{0G} = 4.6$，新条件$S'=0.02$，计算得$N_{0G}' \approx 0.7987$。
• 总传质量需满足$\frac{H_{OG}'}{H_{OG}} = \frac{K_Y a' \cdot Z'}{K_Y a \cdot Z} = \frac{N_{0G}'}{N_{0G}} \cdot \frac{K_Y a'}{K_Y a}$，解得$Z' \approx 1.198 \, \text{m}$。

（2）液体流量增大一倍

液气比变化

• 液相流量$W \to 2W$，液相摩尔流率$L \to 2L$，$S' = \frac{2L}{G} = 2S$。

传质单元数调整

• 新条件$S'=0.08$，计算得$N_{0G}' \approx 0.7987$。
• 总传质量需满足$\frac{Z'}{Z} = \frac{N_{0G}'}{N_{0G}}$，解得$Z' \approx 2.396 \, \text{m}$。

（3）气体流量增大一倍

液气比变化

• 气相流量$G \to 2G$，物料衡算得出口浓度$X_1' \approx 2X_1$，$S' = \frac{L}{2G} = \frac{S}{2}$。

总传质系数变化

• $K_Y a' = (2G)^{0.8} K_Y a = 2^{0.8} K_Y a$。

传质单元数调整

• 新条件$S'=0.04$，计算得$N_{0G}' \approx 0.7987$。
• 总传质量需满足$\frac{Z'}{Z} = \frac{N_{0G}'}{N_{0G}} \cdot \frac{K_Y a'}{K_Y a}$，解得$Z' \approx 7.92 \, \text{m}$。