4.2　吸收平衡及吸收推动力

4.2.1　吸收平衡

吸收操作中，气相中溶质向吸收剂中扩散，开始时，气相中溶质向液相中的溶解速率最大，随着吸收剂中吸收质浓度上升，吸收质向气相中的挥发速率上升，当溶解和挥发速率相等时，气、液两相中溶质浓度不再随时间而改变，此时吸收达到了平衡。这时吸收剂中吸收质的浓度可以用溶解度来表示，也可称之为吸收平衡浓度。

在低浓度吸收操作中，对应的气相中溶质浓度与液相中吸收质浓度之间的关系可用亨利定律来描述：

p_i=Ex_i　　 （4-3）

或

y_i=mx_i　　 （4-4）

式中　E、m——可根据吸收质、吸收剂、温度、压力查手册获取。欲改变平衡关系，改变影响E或m的任一因素均可。

4.2.2　相平衡与吸收过程的关系

（1）判别过程的方向

设在101.3kPa、20℃下，稀氨水的相平衡方程为y=0.94x，现将含氨摩尔分数10%的混合气体与x=0.05的氨水接触，如图4-3（a）所示。因实际气相摩尔分数y=10%，大于与实际溶液摩尔分数x=0.05成平衡的气相摩尔分数，即y_e=0.94×0.05=0.047，故两相接触时将有部分氨自气相转入液相，即发生吸收过程。

同样，此吸收过程也可理解为实际液相摩尔分数x=0.05小于与实际气相摩尔分数y=0.1成平衡的液相摩尔分数x_e=y/m=0.106，故两相接触时部分氨自气相转入液相。

反之，若以含氨y=0.05的气相与x=0.1的氨水接触，则因y<y_e或x>x_e，部分氨将由液相转入气相，即发生解吸。如图4-3（b）所示。

（2）指明过程的极限

将溶质摩尔分数为y₁的混合气体送入某吸收塔的底部，溶剂向塔顶淋入做逆流吸收，如图4-4（a）所示。在气、液两相流量和温度、压力一定的情况下，塔高无限增大（即接触时间无限延长），最终完成液中极限浓度也只是气相摩尔分数y₁的平衡组成x_e1，即：

x_1，max=x_e1=y₁/m　　 （4-5）

同理，混合气体尾气中溶质含量也不会低于某一平衡含量y_e2，即：

y_2，min=y_e2=mx₂　　 （4-6）

由此可见，相平衡关系限制了吸收剂离塔时的最高含量和气体混合物离塔时最低含量。

（3）计算过程的推动力

平衡是过程的极限，只有不平衡的两相相互接触才会发生气体的吸收或解吸。吸收推动力可用气相推动力或液相推动力表示。气相推动力表示为塔内任何一个截面上气相实际浓度y和该截面上液相实际浓度x成平衡的y_e之差，即：

y_e=mx　　 （4-7）

也可以用x_e-x液相摩尔分数差表示吸收推动力，即：

x_e=y/m　　 （4-8）