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为了实现CO2的减排及资源高效利用,低温相变碳捕集法以其无污染、产品纯度高等优点受到研究者青睐,其中含CO2混合物的相平衡数据是实现系统设计、操作、分析的重要基础。本文借助Towhee软件运用吉布斯系综蒙特卡罗(GEMC)法对含CO2的混合物进行气液相平衡分子模拟。选用不同的力场模型对CO2、N2、O2三种纯物质的气液相密度进行NVT-GEMC模拟,通过与已有实验数据对比,得出适用于CO2、N2、O2三种纯物质的最佳力场模型分别为EPM2力场、TraPPE力场和Coon1987力场。运用优选出的纯物质力场模型,结合Lorentz-Berthelot混合规则,采用NPT-GEMC方法,对CO2-N2二元混合物气液相平衡进行模拟,通过与已有实验值对比分析得出,CO2摩尔含量的模拟值与实验值的最大相对误差均小于9%,平均相对误差均小于6%；气相CO2摩尔含量最大相对误差为220 K时的8.08%,液相CO2摩尔含量最大相对误差为220K时的6.79%。通过对CO2-N2-O2三元混合物研究发现,模拟值与实验值吻合较好,证明了所选模型的准确性。运用验证过的模型对摩尔含量为24.5%N2、72.7%CO2、2.8%02的典型富氧燃烧烟气进行气液相平衡分子模拟发现,分离温度越低、压力越高,所得液态CO2产品纯度越低,但CO2分离率增大。与复杂的实验过程相比,分子模拟的方法从微观角度出发,不受实验条件的制约,具有安全快捷、精度高的优点,可以推广到实验数据不足的研究范围。状态方程法是工程实践中计算相平衡的常用方法,运算速度优于分子模拟,但计算精度有待提高。本文运用PR、SRK状态方程法及Henry常数法计算了N2在液态CO2中的溶解度,通过与实验数据比较得PR方程优于SRK方程,Henry常数法计算结果误差最大；并发现随温度降低或压力增大,N2的溶解度逐渐增大。为进一步提高PR方程的计算精度,通过实验数据及分子模拟数据计算N2-CO2之间的二元交互作用系数,分子模拟数据的应用可以填补实验数据不足造成的空缺,使二元交互作用系数的数量更丰富,更加明显的呈现一定的规律性。本文计算得出220K、240K及250K温度下的二元交互作用系数,并提出其值与温度压力有关的关联式；运用关联式的计算结果与实验数据比较得出溶解度相对误差均小于2%,证明了所得关联式的准确性,提高了PR方程的计算精度。本文分析了CO2-N2之间的二元交互作用系数kij对精馏过程的影响,模拟结果表明kij对塔板数、进料位置、再沸器及冷凝器负荷的影响较小,对回流比的影响较大,与kij为常数相比,3MPa压力下kij为变量时最小回流比增大2.713%,实际回流比增大幅度为2.759%,可以为精馏塔的设计及运行提供基础。