Существуют три теории о том, почему происходит массообмен в ректификационной колонне, и что является движущей силой процесса:
- конденсационная теория
- диффузионная теория
- конденсационно-диффузионная
Конденсационная теория
Горячий пар соприкасается с холодной флегмой и конденсируется. При этом, выделяется тепло, а нижекипящий компонент переходит из пара в жидкость. За счет выделяющегося тепла происходит испарение жидкости, в которой содержание нижекипящего комонента будет уже больше, чем в изначальном паре.
Из-за того что теплоты испарения для всех перегоняемых компонентов близки, количество выделяемого пара равно количеству сконденсировавшегося пара. Поэтому по всей высоте колонны количество жидкости и пара остается почти постоянным.
Разница температур между паром и флегмой является движущей силой процесса.
Диффузионная теория
Согласно этой теории массообмен происходит из-за диффузии нижекипящего компонента из жидкой фазы в газообразную, а вышекипящего из газообразной в жидкую, вследствие разности концентраций.
Разность концентраций является движущей силой процесса.
Конденсационно-диффузионная теория
Объединяет две предыдущих теории.
Массопередача невозможна без теплообмена, а теплообмен невозможен без массопередачи.
Компоненты двух фаз движутся к границе их разделения:
1) Жидкий поток содержит X нижекипящего компонента. Паровой поток содержит Y нижекипящего компонента. На границе двух фаз получается что X(на границе) < X(в жидкости), а Y(на границе) > Y(в паре). Из-за этого нижекипящий компонент перемещается из жидкой фазы в газообразную (из зоны с высокой концентрацией в зону с низкой концентрацией). Это часть диффузионной теории.
2) Конденсация и кипение происходят за счет разницы температур пара и жидкости. Это часть конденсационной теории.
Движущая сила в данной теории выражена как разностью температур пара и жидкости, так и разностью концентраций Y(на границе)—Y(в паре) и X(на границе)—X(в жидкости).