Teoreettinen levy

Teoreettinen levy (teoreettinen erotusaste)  on teoreettinen malli massansiirtoprosesseista kaksivaiheisessa väliaineessa, joka perustuu massansiirtolaitteen (levyn) esittämiseen teoreettisesti ihanteellisena, eristettynä järjestelmänä termodynaamisen tasapainon tilassa [1] . Se kuvaa teoreettisesti mahdollista suurinta eroa komponenttien pitoisuuksissa vaiheittain tietyissä olosuhteissa. Synonyymi: erottelun teoreettinen vaihe [2]  — määrittelee tarkemmin käsitteen fyysisen merkityksen.

Malli olettaa:

• järjestelmän eristäminen;
• termodynaaminen tasapaino;
• ekvimolaarinen rajapintojen massasiirto ;
• äärettömän suuri (hetkellinen) tasapainotilan saavuttamisen nopeus.

Mikä tahansa eristetty järjestelmä tulee tasapainotilaan ajan myötä, neste-höyry -järjestelmälle tietyssä lämpötilassa ja paineessa on tunnusomaista komponenttien tasapainopitoisuudet vaiheittain, kun taas komponenttien pitoisuudet nesteessä ja höyryssä ovat aina erilaisia ​​( Raoultin ensimmäinen laki ), lukuun ottamatta atseotrooppisia seoksia . Mallin avulla voit valita vaiheen tai olosuhteet, joissa avainkomponentin pitoisuus vastaanotinvaiheessa on suurempi kuin lähdevaiheessa ja empiiristen tietojen perusteella laskea tämä pitoisuus, jonka jälkeen on mahdollista laskea tarvittava teoreettisten levyjen määrä (teoreettiset erotusvaiheet) asetettujen prosessitavoitteiden saavuttamiseksi.

Malli esittelee ymmärrettävän ja helposti laskettavan kriteerin — prosessin käyttövoiman, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin vaiheen komponentin tasapaino- ja virtapitoisuuksien välinen ero. Massansiirtonopeus on verrannollinen käyttövoimaan ja sen suunnan määrää etumerkki (komponentti siirtyy vaiheeseen, jossa sen pitoisuus on alle tasapainon) .

Mallin haitat: malli olettaa termodynaamisen tasapainon olemassaolon jokaisessa vaiheessa (teoreettinen levy). Tämä on pohjimmiltaan mahdotonta, eikä se ole välttämätöntä - todellinen prosessi on joka tapauksessa epätasapainoinen, poikkeamat mallista otetaan huomioon todellisen levyn tehokkuudessa (katso alla). Tämä on ylitettävissä oleva puute. Mallin ylitsepääsemätön puute on oletus äärettömän suuresta massasiirtonopeudesta. Useimmissa tapauksissa ne jätetään huomiotta.

Koska termodynaaminen tasapaino ei ole saavutettavissa todellisissa olosuhteissa, komponenttien faasien välinen erotusaste todellisissa laitteissa on aina pienempi kuin teoreettisesti mahdollista. Todellisen laitteen laadun indikaattori on sen massansiirtotehokkuus , joka on numeerisesti yhtä suuri kuin todellisen laitteen (yleensä haihtuvan komponentin) nesteessä ja höyryssä olevan komponentin pitoisuuksien eron suhde. teoriassa mahdollista.

Massansiirtoprosessin laskenta rajoittuu siihen, että määritetään vähimmäisvaatimus (tietyille materiaalivirroille ) teoreettisten levyjen lukumäärä (teoreettiset erotusvaiheet), minkä jälkeen määritetään tarvittava määrä todellisia massansiirtolaitteita ottaen huomioon niiden tehokkuus.

Pakatun kolonnin massansiirtolaitteissa komponenttien pitoisuuksien muutos tapahtuu jatkuvasti korkeudessa ja epätasaisesti leveydellä (ei-ideaalisista faasivirroista johtuen), tiukka pitoisuuksien laskeminen edellyttää väliaineiden liikkeen hydrodynamiikan huomioon ottamista. . Paljon yksinkertaisempi laskentatapa on esittää pakattu laitteisto teoreettisesti ihanteellisena sitä vastaavana tarjotinlaitteistona, jonka pakkauslaite on jaettu korkeudeltaan osiin, joissa komponenttien pitoisuuden muutoksen tulee vastata yhtä erotusvaihetta ( teoreettinen lokero). Tällainen jako on ehdollinen, koska perustuu kokemukseen muista vastaavista laitteista, mutta kuitenkin melko ennakoitavissa. Tämän osan geometrista korkeutta kutsutaan HETT - korkeudeksi, joka vastaa teoreettista levyä.

Kromatografiassa teoreettisen levyn käsitettä käytetään myös usein, mutta juuri käsitteenä kromatografisen kolonnin tehokkuuden likimääräiseen arviointiin . Kromatografiaprosessimallit (tällä hetkellä kaksi yleisesti hyväksyttyä mallia) ottavat käyttöön muodolliset kriteerit, joista toista kutsutaan "teoreettisten levyjen kokonaismääräksi" (Martinin teoreettinen levymalli), toista "teoreettisen levyn ekvivalenttikorkeuden (HETT)" (van Deemterin kineettinen malli) ) . [3] Mallit eivät sisällä näiden käsitteiden määritelmiä, ilmeisesti niiden oletetaan olevan täysin yhdenmukaisia ​​pakattujen tislauskolonnien kuvauksessa käytettyjen vastaavien termien kanssa . Tällainen oletus on tarkalleen ottaen virheellinen johtuen kromatografisen prosessin tunnetusta epästationaarisuudesta ja epätasapainosta. Mutta koska mallit ovat kuvailevia - havainnollistavia eivätkä sisällä aineellista (kvantitatiivista) laskelmaa, se on täysin hyväksyttävää.

Muistiinpanot

1. ↑ Kasatkin Andrey Georgievich . Kemiantekniikan perusprosessit ja -laitteet. Oppikirja lukioille. 10. painos, stereotyyppinen, tarkistettu. Uudelleenpainettu vuoden 1973 painoksesta (Moscow: Alliance, 2004), s. 425
2. ↑ Teoreettinen taso / Suuri öljyn ja kaasun tietosanakirja . Haettu 5. maaliskuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 6. maaliskuuta 2017. (määrätön)
3. ↑ Aivazov Boris Viktorovich . Johdatus kromatografiaan (Moskova: Higher School Publishing House, 1983), s. 26 - 29

Kirjallisuus

• Kafarov VV Massasiirron perusteet. Järjestelmät kaasu-neste, höyry-neste, neste-neste. Oppikirja yliopisto-opiskelijoille. 3. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä M .: "Korkeakoulu", 1979. - 439 s.