3. 简单分离器组分分配物料衡算

Sep 模块的建模定位与分配规则

简单分离器（Sep / Sep2）在 Aspen Plus 中是一个“黑箱”分离单元：它不求解相平衡，也不计算塔板或传质，而是由用户直接指定每个组分进入某一出口的分离分数。因此它最适合做已知分配关系下的物料衡算校核，例如已知某吸收塔对 H₂S 的脱除率为 98%、对 CO₂ 的共吸收率为 12% 时，用 Sep 快速核算两股出口物流的流量与组成。

Sep 模块的关键设定只有两类：

• 出口定义：一个进口，两个出口。第一个出口（通常命名为 TOP / VAP）为“分离后主产品”，第二个出口（BOT / LIQ）为“剩余物”。
• 组分分离分数 Spec：对每个组分 i 指定进入第一出口的分数 s_i（0 ≤ s_i ≤ 1）。第二出口自动获得 1 − s_i。若某组分未指定，Aspen Plus 默认其 s_i = 0，即全部进入第二出口——这是初学者最常见的错误来源。

物料衡算关系为：

F_i,TOP = s_i · F_i,FEED
F_i,BOT = (1 − s_i) · F_i,FEED
总流量：F_TOP = Σ s_i·F_i,FEED ，F_BOT = Σ (1−s_i)·F_i,FEED
组分回收率：R_i,TOP = s_i ，R_i,BOT = 1 − s_i

注意 Sep 的分离分数是摩尔分数（也可切换为质量分数，取决于 Flow Basis 设置），建模时必须与进料组成单位保持一致。

建模操作与关键设置

在 Aspen Plus 中完成本例的流程如下（以 V14 及以上通用界面逻辑描述，具体按钮位置随版本略有差异）：

1. 在 Properties 环境选择合适物性方法。本例为含 H₂S、CO₂ 的烃类气体，若仅做物料衡算，Sep 不调用相平衡，物性方法只影响物性估算与后续模块；建议选 PR 或 SRK 以保持与后续严格模型一致。
2. 在 Simulation 环境从 Model Palette 的 Separators 分类拖入 Sep 模块，连接一股 FEED 进料和两股出口物流（建议命名为 TOP 与 BOT）。
3. 输入 FEED 条件：总摩尔流量 100 kmol/h，摩尔组成 CH₄ 0.60、CO₂ 0.25、H₂S 0.10、H₂O 0.05，温度 40 °C，压力 5 MPa。
4. 打开 Sep 的 Input 页，在 Specification 区确认 Flow basis 为 Mole，然后逐个组分填写分离分数：CH₄ 0.98、CO₂ 0.12、H₂S 0.98、H₂O 0.05。
5. 运行后进入 Results 页，核对 TOP/BOT 两股物流的组分摩尔流量，并与手算值比对。

手算校核与结果判读

以进料 100 kmol/h 为基准，按 s_i 逐组分计算，得到下表（数值为教学示例，可由给定输入直接推出）：

判读要点：

• 总流量闭合：71.85 + 28.15 = 100.00 kmol/h，相对偏差应为 0（Sep 为线性分配，无收敛误差）。
• 组分闭合：每个组分 TOP + BOT 必须等于进料值，逐行核对可发现输入错误。
• 回收率即分离分数：Sep 的 s_i 直接等于该组分在 TOP 的回收率，这是它区别于 Flash 模块的核心特征——不需要迭代求解。
• 组成变化：TOP 中 CH₄ 摩尔分数由进料的 60% 升至 58.8/71.85 ≈ 81.8%，说明分离分数差异实现了组分富集；若想进一步提高 CH₄ 纯度，应降低 CO₂ 的 s 值或提高 CH₄ 的 s 值。

常见错误与排查

完成上述校核后，Sep 模型即可作为后续严格分离单元（如 RadFrac 吸收塔）的简化替代，用于流程早期的物料衡算与公用工程估算。