2.2　關于相平衡數據

多組分物系分離工程中主要關注的是混合物的熱力學參數、相圖、平衡常數、逸度系數、活度系數、泡點、露點等參數的計算。

分離器設計中常常需要相平衡數據。精餾和蒸餾是分離液體混合物常用的單元操作手段之一，精餾和蒸餾是利用混合物中各組分間揮發性的不同實現混合物的分離。相平衡曲線，即分別表示體系在一定壓力下達到平衡時組分在液相和氣相中的摩爾分數（x、y）之間的關系曲線。組分相平衡曲線與對角線越重合，則分離越困難；與對角線越偏離，則分離越容易。組分相平衡曲線位于對角線下方，為輕組分；位于對角線上方，為重組分。為了研究加壓情況下混合氣中組分分離程度的難易，計算一定壓力下組分間的溫度組成圖，即t-y-x圖及氣-液相平衡曲線。其中x，y分別表示體系達到平衡時組分在液相和氣相中的物質的量分數，t為相平衡溫度。根據溫度組成圖，即t-y-x圖，可以判斷各組分間所組成的溶液是否理想溶液。如果是理想溶液，采用普通精餾方法就可實現分離。根據氣-液相平衡曲線，組分的氣液相平衡曲線出現在對角線的右下角時，平衡線偏離對角線越遠，溶液就越容易分離。

在一定壓力下加熱液體混合物，當液體開始沸騰至第一個氣泡時的溫度，叫泡點溫度。在一定壓力下，冷卻氣體混合物，當蒸汽開始冷凝出現第一個液滴時的溫度，叫露點溫度。泡點和露點計算需要采用試差法。混合氣組分較多時，通過Aspen流程模擬軟件Tools中的Analysis Stream Bubble/Dew來自動調取計算非常方便快捷。在Aspen Plus中應用PR方程對混合氣進行計算，可以得到泡點和露點的溫度和壓力圖。

混合氣為三元以上的混合物時，為了探討混合氣混合物的分離，需要知道二元組分的T-X-Y圖或相對揮發度，可查找Aspen Plus物性數據庫。

二元組分的氣-液平衡圖采用Aspen軟件的Tools中的Analysis Property、Binary Vapor-Liquid Analysis來自動調取計算。在Aspen Properties中，輸入二元混合物組分、確定物性方法后，使用Tool菜單下的Analysis Binary工具，可以繪制物系的T-X-Y（或者p-X-Y、Gibbs自由焓）曲線，同時得到二元物系的組分平衡常數、活度系數、氣液平衡的兩相組成的參數計算表。

在Aspen Plus中建立模型，并選用計算過程簡單并且結果精度較高的Peng-Robinson（PR）方程為基礎的物性方法進行三相閃蒸計算各組分的逸度系數時，需要設置各組分之間的二元交互作用參數kij。對于烴-水-氣三相平衡的烴-水體系，由于烴組分之間的相互作用較小，計算時不考慮烴-烴之間的二元交互作用參數kij，但是需要設置烴-水之間的二元交互作用參數kij來表征烴-水之間的相互作用。有報道指出，隨著烴-水之間的二元交互作用參數增大，水在烴相的溶解度逐漸減小，對水露點溫度的影響卻不明顯。確定水露點溫度時，烴-水之間的二元交互作用參數kij合理的取值為0.43。