Определение числа теоретических ступеней.

Если в противоточном колонном аппарате обозначить ступени так, как на рисунке, то для первой (нижней) ступени состав поступающих на нее газов – у₁, и состав удаляющейся из аппарата жидкости – х₁ изображается т. М на диаграмме. На теоретической ступени состав удаляющихся со ступени газа у₂ и состав стекающей с нее жидкости х₁ равновесны друг другу, поэтому они изображаются координатами т. С, лежащей на линии равновесия. Следовательно, процессу изменения состава газовой фазы на теоретической ступени соответствует отрезок МС. Согласно материальному балансу состав жидкости х₂, стекающей со второй ступени и состав газа у₂, удаляющегося с первой ступени соответствует т. А на рабочей линии. Следовательно, горизонтальный отрезок АС соответствует характеризует изменение жидкой фазы на теоретической ступени. Ступенька АСМ изображает изменение состава всех фаз, т.е. весь процесс, протекающий на теоретической ступени. Строя последовательно подобные ступеньки до пересечения с ординатой, отвечающей составу газа, удаляющегося верхней последней теоретической ступени, находят число теоретических ступеней или теоретических тарелок, которые обозначаются n_т (количество тарелок). При этом величина n_т может не быть целым числом. Для перехода от числа теоретических к числу практических ступеней используют КПД колонны (η), представляющий собой отношение числа теоретических ступеней к числу необходимых действительных ступеней. Число действительных ступеней определяется отношением:

η учитывает реальную кинетику массообмена на действительных ступенях, на которых никогда не достигается равновесие. Значение η зависит от ряда факторов, в том числе от скорости фаз, их перемешивания, взаимного направления движения, а также физических свойств фаз. Значение η обычно находят опытным путем. Они колеблются в пределах ≈ (0,3÷0,8).  При расчете аппаратуры по числу теоретических ступеней n_т  не учитывается изменение η аппарата от ступени к ступени, что является серьезным недостатком этого метода. Фактически, различным теоретическим ступеням соответствует отличающееся друг от друга число реальных ступеней. Определение рабочей высоты аппарата с помощью числа теоретических ступеней целесообразно в том случае, если отсутствуют данные о коэффициентах массопередач, т.е. об истинной кинетике массопередачи в аппарате данной конструкции, или имеются данные о КПД тарелок для данной системы, полученные в промышленных условиях.

Метод теоретических ступеней изменения концентрации применяют также для расчета высоты массообменных аппаратов с непрерывным контактом. При этом для расчета рабочей высоты насадки используется понятие о высоте насадки, эквивалентной одной теоретической ступени или теоретической тарелке.

ВЭТС – высота насадки, эквивалентной одной теоретической ступени.

ВЭТТ – высота насадки, эквивалентной теоретической тарелке.

Величина ВЭТС определяется опытным путем, если обозначить ВЭТС через h_экв, то рабочая высота насадки выразится произведением

H = n_т*h_экв

При расчете высоты Н с помощью h_экв

следует учитывать, что ВЭТС (или ВЭТТ) зависит от наклона (m) линии равновесия. Поэтому если линия равновесия – кривая, то значения ВЭТС переменны по высоте аппарата – это является существенным недостатком данного метода по сравнению с расчетом посредством ВЕП.