4.2　吸收平衡及吸收推動力

4.2.1　吸收平衡

吸收操作中，氣相中溶質向吸收劑中擴散，開始時，氣相中溶質向液相中的溶解速率最大，隨著吸收劑中吸收質濃度上升，吸收質向氣相中的揮發速率上升，當溶解和揮發速率相等時，氣、液兩相中溶質濃度不再隨時間而改變，此時吸收達到了平衡。這時吸收劑中吸收質的濃度可以用溶解度來表示，也可稱之為吸收平衡濃度。

在低濃度吸收操作中，對應的氣相中溶質濃度與液相中吸收質濃度之間的關系可用亨利定律來描述：

p_i=Ex_i　　 （4-3）

或

y_i=mx_i　　 （4-4）

式中　E、m——可根據吸收質、吸收劑、溫度、壓力查手冊獲取。欲改變平衡關系，改變影響E或m的任一因素均可。

4.2.2　相平衡與吸收過程的關系

（1）判別過程的方向

設在101.3kPa、20℃下，稀氨水的相平衡方程為y=0.94x，現將含氨摩爾分數10%的混合氣體與x=0.05的氨水接觸，如圖4-3（a）所示。因實際氣相摩爾分數y=10%，大于與實際溶液摩爾分數x=0.05成平衡的氣相摩爾分數，即y_e=0.94×0.05=0.047，故兩相接觸時將有部分氨自氣相轉入液相，即發生吸收過程。

同樣，此吸收過程也可理解為實際液相摩爾分數x=0.05小于與實際氣相摩爾分數y=0.1成平衡的液相摩爾分數x_e=y/m=0.106，故兩相接觸時部分氨自氣相轉入液相。

反之，若以含氨y=0.05的氣相與x=0.1的氨水接觸，則因y<y_e或x>x_e，部分氨將由液相轉入氣相，即發生解吸。如圖4-3（b）所示。

（2）指明過程的極限

將溶質摩爾分數為y₁的混合氣體送入某吸收塔的底部，溶劑向塔頂淋入做逆流吸收，如圖4-4（a）所示。在氣、液兩相流量和溫度、壓力一定的情況下，塔高無限增大（即接觸時間無限延長），最終完成液中極限濃度也只是氣相摩爾分數y₁的平衡組成x_e1，即：

x_1，max=x_e1=y₁/m　　 （4-5）

同理，混合氣體尾氣中溶質含量也不會低于某一平衡含量y_e2，即：

y_2，min=y_e2=mx₂　　 （4-6）

由此可見，相平衡關系限制了吸收劑離塔時的最高含量和氣體混合物離塔時最低含量。

（3）計算過程的推動力

平衡是過程的極限，只有不平衡的兩相相互接觸才會發生氣體的吸收或解吸。吸收推動力可用氣相推動力或液相推動力表示。氣相推動力表示為塔內任何一個截面上氣相實際濃度y和該截面上液相實際濃度x成平衡的y_e之差，即：

y_e=mx　　 （4-7）

也可以用x_e-x液相摩爾分數差表示吸收推動力，即：

x_e=y/m　　 （4-8）