Teoretisk plade (teoretisk adskillelsestrin) er en teoretisk model af masseoverførselsprocesser i tofasede medier, baseret på repræsentationen af en masseoverførselsenhed (plade) som et teoretisk ideelt, isoleret system i en tilstand af termodynamisk ligevægt [1] . Den karakteriserer den maksimalt teoretisk mulige forskel i koncentrationerne af komponenter i faser under givne forhold. Synonym: teoretisk adskillelsestrin [2] — definerer mere præcist den fysiske betydning af begrebet.
Modellen antager:
Ethvert isoleret system kommer til en tilstand af ligevægt med tiden, et væske-damp-system ved en given temperatur og tryk er karakteriseret ved ligevægtskoncentrationer af komponenter i faser, mens koncentrationerne af komponenter i en væske og i en damp altid er forskellige ( Raoults første lov ), bortset fra azeotrope blandinger . Modellen giver dig mulighed for at vælge den eller de betingelser, hvorunder koncentrationen af nøglekomponenten i modtagerfasen vil være højere end i kildefasen og ud fra empiriske data beregne denne koncentration, hvorefter det bliver muligt at beregne den nødvendige antal teoretiske plader (teoretiske adskillelsestrin) for at nå de opstillede procesmål.
Modellen introducerer et forståeligt og let beregneligt kriterium — processens drivkraft, som numerisk er lig med forskellen mellem ligevægts- og strømkoncentrationerne af komponenten i fasen. Masseoverførselshastigheden er proportional med drivkraften, og dens retning bestemmes af tegnet (komponenten overføres til den fase, hvor dens koncentration er under ligevægten).
Ulemper ved modellen: modellen antager tilstedeværelsen af termodynamisk ligevægt på hvert trin (teoretisk plade). Dette er grundlæggende umuligt, og det er ikke nødvendigt - den virkelige proces er under alle omstændigheder ikke-ligevægt, afvigelser fra modellen tages i betragtning i effektiviteten af en rigtig plade (se nedenfor). Dette er en overkommelig mangel. En uoverstigelig mangel ved modellen er antagelsen om en uendelig høj masseoverførselshastighed. I de fleste tilfælde bliver de forsømt.
Da termodynamisk ligevægt er uopnåelig under virkelige forhold, er graden af adskillelse af komponenter mellem faser på virkelige enheder altid mindre end teoretisk muligt. En indikator for kvaliteten af en rigtig enhed er dens masseoverførselseffektivitet , som er numerisk lig med forholdet mellem forskellen i koncentrationerne af en komponent i en væske og i en damp fra en rigtig enhed (normalt en flygtig komponent) og teoretisk muligt.
Beregningen af masseoverførselsprocessen reduceres til at bestemme det mindst nødvendige (for givne materialestrømme ) antal teoretiske plader (teoretiske adskillelsestrin), hvorefter det nødvendige antal reelle masseoverførselsanordninger bestemmes under hensyntagen til deres effektivitet.
I pakkede kolonnemasseoverførselsapparater sker ændringen i koncentrationerne af komponenter kontinuerligt i højden og uensartet i bredden (på grund af ikke-ideelle fasestrømme), en streng beregning af koncentrationer involverer at tage højde for hydrodynamikken i mediernes bevægelse . En meget enklere beregningsmetode er at repræsentere det pakkede apparat som et teoretisk ideelt bakkeapparat svarende til det, for hvilket pakkeapparatet er opdelt i højden i sektioner, hvor ændringen i koncentrationen af komponenterne skal svare til et adskillelsestrin ( teoretisk bakke). En sådan opdeling er betinget, fordi baseret på erfaringer med andre lignende enheder, men ikke desto mindre ret forudsigelige. Den geometriske højde af denne sektion kaldes HETT - højden svarende til en teoretisk plade.
I kromatografi bruges begrebet en teoretisk plade også ofte, men netop som et begreb, til en omtrentlig vurdering af effektiviteten af en kromatografisk søjle. Kromatografiprocesmodeller (der er i øjeblikket to generelt accepterede modeller) introducerer formelle kriterier, den ene kaldes "samlet antal teoretiske plader" (Martins teoretiske plademodel), den anden er "teoretisk pladeækvivalent højde (HETT)" (van Deemter kinetisk model) ). [3] Modeller indeholder ikke definitioner af disse begreber, tilsyneladende antages de at være fuldt ud i overensstemmelse med lignende udtryk, der bruges i beskrivelsen af pakkede destillationskolonner . En sådan antagelse er strengt taget ukorrekt på grund af den kendte ikke-stationaritet og ikke-ligevægt af den kromatografiske proces. Men i betragtning af at modellerne er beskrivende - illustrative og ikke indebærer materiel (kvantitativ) beregning, er det ganske acceptabelt.
| Destillation | ||
|---|---|---|
| Teori | ||
| I industrien | ||
| I laboratoriet | ||
| Sorter | ||