2.2　关于相平衡数据

多组分物系分离工程中主要关注的是混合物的热力学参数、相图、平衡常数、逸度系数、活度系数、泡点、露点等参数的计算。

分离器设计中常常需要相平衡数据。精馏和蒸馏是分离液体混合物常用的单元操作手段之一，精馏和蒸馏是利用混合物中各组分间挥发性的不同实现混合物的分离。相平衡曲线，即分别表示体系在一定压力下达到平衡时组分在液相和气相中的摩尔分数（x、y）之间的关系曲线。组分相平衡曲线与对角线越重合，则分离越困难；与对角线越偏离，则分离越容易。组分相平衡曲线位于对角线下方，为轻组分；位于对角线上方，为重组分。为了研究加压情况下混合气中组分分离程度的难易，计算一定压力下组分间的温度组成图，即t-y-x图及气-液相平衡曲线。其中x，y分别表示体系达到平衡时组分在液相和气相中的物质的量分数，t为相平衡温度。根据温度组成图，即t-y-x图，可以判断各组分间所组成的溶液是否理想溶液。如果是理想溶液，采用普通精馏方法就可实现分离。根据气-液相平衡曲线，组分的气液相平衡曲线出现在对角线的右下角时，平衡线偏离对角线越远，溶液就越容易分离。

在一定压力下加热液体混合物，当液体开始沸腾至第一个气泡时的温度，叫泡点温度。在一定压力下，冷却气体混合物，当蒸汽开始冷凝出现第一个液滴时的温度，叫露点温度。泡点和露点计算需要采用试差法。混合气组分较多时，通过Aspen流程模拟软件Tools中的Analysis Stream Bubble/Dew来自动调取计算非常方便快捷。在Aspen Plus中应用PR方程对混合气进行计算，可以得到泡点和露点的温度和压力图。

混合气为三元以上的混合物时，为了探讨混合气混合物的分离，需要知道二元组分的T-X-Y图或相对挥发度，可查找Aspen Plus物性数据库。

二元组分的气-液平衡图采用Aspen软件的Tools中的Analysis Property、Binary Vapor-Liquid Analysis来自动调取计算。在Aspen Properties中，输入二元混合物组分、确定物性方法后，使用Tool菜单下的Analysis Binary工具，可以绘制物系的T-X-Y（或者p-X-Y、Gibbs自由焓）曲线，同时得到二元物系的组分平衡常数、活度系数、气液平衡的两相组成的参数计算表。

在Aspen Plus中建立模型，并选用计算过程简单并且结果精度较高的Peng-Robinson（PR）方程为基础的物性方法进行三相闪蒸计算各组分的逸度系数时，需要设置各组分之间的二元交互作用参数kij。对于烃-水-气三相平衡的烃-水体系，由于烃组分之间的相互作用较小，计算时不考虑烃-烃之间的二元交互作用参数kij，但是需要设置烃-水之间的二元交互作用参数kij来表征烃-水之间的相互作用。有报道指出，随着烃-水之间的二元交互作用参数增大，水在烃相的溶解度逐渐减小，对水露点温度的影响却不明显。确定水露点温度时，烃-水之间的二元交互作用参数kij合理的取值为0.43。