相平衡是指在一定的條件下，處于平衡的不同相的溫度、壓力及各相中對應(yīng)組份化學(xué)位相等，它們處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，其描述的是不同組份在不同相間的分配極限。而流體相平衡則是指流體之間形成不同相間的一種平衡關(guān)系。

    在日常生活中，我們經(jīng)常會觀察或遇到流體相平衡的現(xiàn)象或問題，其不僅僅與工業(yè)過程息息相關(guān)，與我們的日常生活也關(guān)系密切。比如，我們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫碾姛崴畨鼗蛑鬅崴畷r，水總是在100攝氏度左右被煮沸，這是因為在常壓下（通常為1atm或101.325kPa）水的沸點是100攝氏度左右（汽-液平衡）。也正因為如此，高壓鍋被帶進(jìn)了我們的生活，它利用水在較高的壓力下對應(yīng)著較高的沸點溫度，從而使我們煮的食物能夠很快的被煮熟。此外，水和油的相互混合是我們?nèi)粘Ｓ^察到的另一現(xiàn)場（液-液平衡），它們之間總存在一條明顯的分界線，但是事實情況是水中可能溶解了很少的油，而油中又含有少量的水，它們相互共存；在北方的冬天里（一定條件下），河流中經(jīng)常是冰和水共存，這就形成了另一種平衡，即液-固平衡，當(dāng)氣溫發(fā)生變化，這種平衡會被打破。

氣（汽）-液平衡（VLE）                           氣（汽）-液平衡（帶壓VLE） 

液-液平衡（LLE）                                     固-液平衡（SLE）

    那么，在工業(yè)過程中，經(jīng)常遇到的又有哪些相平衡問題呢？實際上，在一個工業(yè)過程中，除了少數(shù)反應(yīng)裝備、不涉及相變化的熱換裝備、流體輸送過程等少部分與相平衡無關(guān)外，幾乎所有其他的過程均與相平衡息息相關(guān)。在一個工業(yè)裝置的投資中，對分離部分的裝備投資往往超過70%，甚至達(dá)到80%~90%，由此可見相平衡對一個工業(yè)裝置或過程的重要性是不言而喻的。

    在工業(yè)生產(chǎn)過程中，首先為了使物料達(dá)到特定的反應(yīng)要求（包括濃度、溫度、壓力等），需要對物料進(jìn)行預(yù)處理，這過程包括物料的預(yù)熱、預(yù)分離等；其次，在物料進(jìn)入反應(yīng)裝備反應(yīng)后，絕大多數(shù)情況下獲得的是流體混合物，而工業(yè)成品是純度很高的純物質(zhì)；最后，反應(yīng)獲得的混合物必須進(jìn)行精制處理，分離提純所需要的產(chǎn)品。以乙烯裝置為例，不同來源的原料需要預(yù)熱、蒸發(fā)汽化后進(jìn)入裂解反應(yīng)器，獲得的裂解氣為非常復(fù)雜的碳?xì)?水混合物，后要經(jīng)過冷卻、預(yù)分餾、精餾等一系列工序，最終獲得聚合級乙烯和丙烯產(chǎn)品，該裝置同時還副產(chǎn)丁二烯、苯等有機(jī)化學(xué)品，在此過程中，除裂解反應(yīng)過程外，幾乎所有工序均與相平衡關(guān)系緊密。

    與流體相平衡性質(zhì)緊密相關(guān)的工業(yè)裝置和過程繁多，典型的裝置和過程有吸收-解吸過程、蒸餾過程、精餾裝置、萃取裝置、結(jié)晶過程等等。此外，只要過程中有相變情況發(fā)生，該過程就一定與相平衡性質(zhì)相關(guān)。要完成并保證這些過程的準(zhǔn)確計算、設(shè)計和優(yōu)化運(yùn)行，離不開準(zhǔn)確的流體相平衡數(shù)據(jù)和模型的支撐。對以上的典型的過程，涉及的相平衡類型主要包括氣-液平衡、汽-液平衡、液-液平衡、固-液平衡等，而由于相平衡條件的差異，導(dǎo)致相平衡性質(zhì)千差萬別，也沒有統(tǒng)一的模型能夠適應(yīng)所以的體系，這就需要針對某一類別或特定體系進(jìn)行實驗并開發(fā)實用的模型。此外，新的化學(xué)品或體系的不斷出現(xiàn)，如生物質(zhì)產(chǎn)品制備、生物燃料、離子液體等等，也為流體相平衡的研究帶來新的挑戰(zhàn)。因此，流體相平衡的研究仍然任重而道遠(yuǎn)！ 

    針對不同相平衡類型和特點，已經(jīng)發(fā)展了很多不同的實驗數(shù)據(jù)測量方法，如按測量方式分有泡點法、露點法、循環(huán)法等；如果按照流體相平衡類型，則包括氣體溶解度、汽-液平衡、液-液平衡、固-液平衡等；如果按照壓力等級分，有可分為低壓、常壓和高壓數(shù)據(jù)。通過實驗方法獲得的相平衡數(shù)據(jù)較為可靠、直接，但對有些類型的實驗方法，還需要借助模型方法來獲得完整的相平衡數(shù)據(jù)。對于一個含有n個組份的兩相系統(tǒng)相平衡，其完整的相平衡數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)溫度T、系統(tǒng)壓力P和系統(tǒng)條件下n-1個組份分別在兩相中對應(yīng)的組成。但是，通常情況下，要獲得2元以上混合物的相平衡數(shù)據(jù)較為困難，實際情況也的確如此（2元系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他多元體系數(shù)據(jù)）。至目前，已經(jīng)積累了成千上萬的常規(guī)流體相平衡數(shù)據(jù)，但對于一些新的物質(zhì)和體系，還需要進(jìn)一步進(jìn)行實驗和研究，以充實相平衡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

    由于實驗方法和裝置的局限，借助理論的模型方法來獲得完整的相平衡數(shù)據(jù)是必不可少的。使得通過理論方法獲得多元多組份相平衡數(shù)據(jù)成為可能的是Gibbs先生開創(chuàng)性的工作（19世紀(jì)80年代），而在此之前人們只能處理純物質(zhì)的相平衡。處理流體相平衡的理論方法眾多，如活度系數(shù)法（基團(tuán)貢獻(xiàn)、NRTL、Wilson、COSMO等等）、立法型狀態(tài)方程（PR、SRK、CPA等等）、鏈流體狀態(tài)方程等等。關(guān)于詳細(xì)理論介紹參考“實驗和理論方法”欄目。