Az elméleti lemez (elméleti elválasztási fokozat) a kétfázisú közegben zajló tömegátviteli folyamatok elméleti modellje, amely egy tömegátadó eszköz (lemez) mint elméletileg ideális, izolált rendszer, termodinamikai egyensúlyi állapotban való ábrázolásán alapul [1] . A komponensek fázisonkénti koncentrációinak elméletileg lehetséges legnagyobb különbségét jellemzi adott körülmények között. Szinonimája: az elválasztás elméleti szakasza [2] — pontosabban meghatározza a fogalom fizikai jelentését.
A modell feltételezi:
Bármely izolált rendszer idővel egyensúlyi állapotba kerül, egy folyadék-gőz rendszert adott hőmérsékleten és nyomáson a komponensek fázisonkénti egyensúlyi koncentrációja jellemez, míg a folyadékban és a gőzben lévő komponensek koncentrációja mindig eltérő ( Raoult-féle). első törvény ), kivéve az azeotróp keverékeket . A modell lehetővé teszi annak a fázisnak vagy feltételeknek a kiválasztását, amelyek mellett a kulcskomponens koncentrációja a vevő fázisban magasabb lesz, mint a forrásfázisban, és empirikus adatok alapján kiszámítja ezt a koncentrációt, amely után lehetővé válik a szükséges érték kiszámítása. elméleti lemezek száma (elméleti szétválasztási fokozatok) a kitűzött folyamatcélok eléréséhez.
A modell bevezet egy érthető és könnyen kiszámítható kritériumot – a folyamat hajtóerejét, amely számszerűen egyenlő a fázisban lévő komponens egyensúlyi és áramkoncentrációi közötti különbséggel. A tömegátadási sebesség arányos a hajtóerővel, irányát az előjel határozza meg (a komponens átkerül abba a fázisba, ahol koncentrációja az egyensúlyi érték alatt van).
A modell hátrányai: a modell minden szakaszban feltételezi a termodinamikai egyensúly meglétét (elméleti lemez). Ez alapvetően lehetetlen, és nem is szükséges - a valós folyamat mindenesetre nem egyensúlyi, a modelltől való eltéréseket figyelembe veszik egy valódi lemez hatékonyságában (lásd alább). Ez egy áthidalható hiányosság. A modell áthidalhatatlan hiányossága a végtelenül nagy tömegátviteli sebesség feltételezése. A legtöbb esetben figyelmen kívül hagyják őket.
Mivel a termodinamikai egyensúly valós körülmények között nem érhető el, a valós eszközökön a komponensek fázisok közötti elválasztásának mértéke mindig kisebb, mint az elméletileg lehetséges. Egy valós eszköz minőségének mutatója a tömegátadási hatékonysága , amely számszerűen megegyezik egy valódi eszköz (általában illékony komponens) folyadékban és gőzében lévő komponens koncentrációja különbségének arányával. elméletileg lehetséges.
A tömegátadási folyamat számítása leredukálódik az elméleti tányérok (elméleti szétválasztási fokozatok) minimálisan szükséges (adott anyagáramokhoz ) szükséges számának meghatározására, amely után meghatározzák a tényleges tömegátadó eszközök szükséges számát, figyelembe véve azok hatékonyságát.
A töltetoszlopos tömegátadó berendezésekben az összetevők koncentrációjának változása magasságban folyamatosan, szélességben pedig nem egyenletesen megy végbe (a nem ideális fázisáramlások miatt), a koncentrációk szigorú számítása magában foglalja a közegek mozgásának hidrodinamikáját is. . Sokkal egyszerűbb számítási módszer, ha a csomagolt készüléket elméletileg ideális, vele egyenértékű tálcás berendezésként ábrázoljuk, amelynél a csomagolóberendezés magasságban olyan szakaszokra van felosztva, amelyekben a komponensek koncentrációjának változásának egy elválasztási fokozatnak kell megfelelnie ( elméleti tálca). Az ilyen felosztás feltételes, mert más hasonló eszközökkel szerzett tapasztalatok alapján, de ennek ellenére eléggé kiszámítható. Ennek a szakasznak a geometriai magasságát HETT -nek nevezik - ez az elméleti lemez magasságának felel meg.
A kromatográfiában az elméleti lemez fogalmát is gyakran használják, de pontosan fogalomként, egy kromatográfiás oszlop hatékonyságának hozzávetőleges értékelésére. A kromatográfiás folyamatmodellek (jelenleg két általánosan elfogadott modell létezik) formális kritériumokat vezetnek be, az egyik az "elméleti lemezek teljes száma" (Martin elméleti lemezmodell), a másik az "elméleti lemezekvivalens magasság (HETT)" (van Deemter kinetikus modell). ) . [3] A modellek nem tartalmazzák ezeknek a fogalmaknak a definícióit, úgy tűnik, hogy teljes mértékben összhangban állnak a töltött desztillációs oszlopok leírásánál használt hasonló kifejezésekkel . Egy ilyen feltételezés szigorúan véve téves a kromatográfiás eljárás ismert nem stacionaritása és egyensúlyhiánya miatt. De tekintettel arra, hogy a modellek leíró jellegűek - szemléltető jellegűek, és nem tartalmaznak anyagi (mennyiségi) számítást, ez teljesen elfogadható.
| Lepárlás | ||
|---|---|---|
| Elmélet | ||
| Az iparban | ||
| A laboratóriumban | ||
| Fajták | ||