Teoretisk platta (teoretisk separationssteg) är en teoretisk modell av massöverföringsprocesser i tvåfasmedia, baserad på representationen av en massöverföringsanordning (platta) som ett teoretiskt idealiskt, isolerat system i ett tillstånd av termodynamisk jämvikt [1] . Den karakteriserar den maximala teoretiskt möjliga skillnaden i koncentrationer av komponenter i faser under givna förhållanden. Synonym: teoretiskt stadium av separation [2] — definierar mer exakt den fysiska innebörden av begreppet.
Modellen förutsätter:
Varje isolerat system kommer till ett tillstånd av jämvikt med tiden, ett vätske-ångsystem vid en given temperatur och tryck kännetecknas av jämviktskoncentrationer av komponenter i faser, medan koncentrationerna av komponenter i en vätska och i en ånga alltid är olika ( Raoults första lagen ), med undantag för azeotropa blandningar . Modellen låter dig välja den eller de förhållanden under vilka koncentrationen av nyckelkomponenten i mottagarfasen kommer att vara högre än i källfasen och, baserat på empiriska data, beräkna denna koncentration, varefter det blir möjligt att beräkna den nödvändiga antal teoretiska plattor (teoretiska separationssteg) för att uppnå de uppsatta processmålen.
Modellen introducerar ett förståeligt och lättberäknat kriterium — processens drivkraft, som är numeriskt lika med skillnaden mellan jämvikts- och strömkoncentrationerna för komponenten i fasen. Massöverföringshastigheten är proportionell mot drivkraften, och dess riktning bestäms av tecknet (komponenten överförs till den fas där dess koncentration är under jämvikts).
Nackdelar med modellen: modellen antar närvaron av termodynamisk jämvikt i varje steg (teoretisk platta). Detta är i grunden omöjligt, och det är inte nödvändigt - den verkliga processen är i alla fall icke-jämvikt, avvikelser från modellen beaktas i effektiviteten hos en riktig platta (se nedan). Detta är en överstigbar brist. En oöverstiglig brist hos modellen är antagandet om en oändligt hög hastighet av massöverföring. I de flesta fall försummas de.
Eftersom termodynamisk jämvikt är ouppnåelig under verkliga förhållanden, är graden av separation av komponenter mellan faser på verkliga enheter alltid mindre än vad som är teoretiskt möjligt. En indikator på kvaliteten på en verklig enhet är dess massöverföringseffektivitet , vilket är numeriskt lika med förhållandet mellan skillnaden i koncentrationerna av en komponent i en vätska och i en ånga från en verklig enhet (vanligtvis en flyktig komponent) och teoretiskt möjlig.
Beräkningen av massöverföringsprocessen reduceras till att bestämma det minsta erforderliga (för givna materialflöden ) antal teoretiska plattor (teoretiska separationssteg), varefter det erforderliga antalet verkliga massöverföringsanordningar bestäms, med hänsyn till deras effektivitet.
I packade kolonnmassöverföringsapparater sker förändringen i koncentrationerna av komponenter kontinuerligt i höjd och ojämnt i bredd (på grund av icke-ideala fasflöden), en strikt beräkning av koncentrationer innebär att man tar hänsyn till hydrodynamiken för medias rörelse. . En mycket enklare beräkningsmetod är att representera den packade apparaten som en teoretiskt ideal trågapparat motsvarande den, för vilken förpackningsapparaten är indelad i höjdled i sektioner där förändringen i koncentrationen av komponenterna måste motsvara ett separationssteg ( teoretisk bricka). En sådan uppdelning är villkorad, eftersom baserat på erfarenhet av andra liknande enheter, men ändå ganska förutsägbar. Den geometriska höjden av denna sektion kallas HETT - höjden som motsvarar en teoretisk platta.
Inom kromatografi används också ofta begreppet teoretisk platta, men just som begrepp, för en ungefärlig bedömning av effektiviteten hos en kromatografikolonn. Kromatografiprocessmodeller (det finns för närvarande två allmänt accepterade modeller) introducerar formella kriterier, en kallas "totalt antal teoretiska plåtar" (Martins teoretiska plåtmodell), den andra är "teoretisk plattekvivalent höjd (HETT)" (van Deemter kinetisk modell ) . [3] Modeller innehåller inte definitioner av dessa begrepp, uppenbarligen antas de vara helt överensstämmande med liknande termer som används i beskrivningen av packade destillationskolonner . Ett sådant antagande är strängt taget felaktigt på grund av den kända icke-stationariteten och icke-jämvikten hos den kromatografiska processen. Men med tanke på att modellerna är beskrivande - illustrativa och inte innebär materiella (kvantitativa) beräkningar är det helt acceptabelt.
| Destillering | ||
|---|---|---|
| Teori | ||
| I industrin | ||
| I laboratoriet | ||
| Olika sorter | ||