Коэффициент разделения

Коэффициент разделения (коэффициент распределения) — концентрационная характеристика фазового превращения или фазового равновесия двух- или многокомпонентного вещества. Термин введен около 1950 г. для рассмотрения процессов с фазовым превращением и массообменом (дистилляция, сублимация, кристаллизация, жидкостная экстракция и некоторые другие) как технологических процессов разделения и рафинирования двух- и многокомпонентных веществ. В первую очередь рассматриваются так называемые равновесный, кинетический и эффективный коэффициенты разделения (распределения).

В случае равновесия фаз с концентрациями С₀₁ и С₀₂ второго компонента в этих фазах равновесный  коэффициент разделения k₀=С₀₂/С₀₁. Равновесный коэффициент разделения является характеристикой собственно вещества заданного начального состава в рассматриваемом фазовом равновесии (подобно тому как, например, плотность или электропроводность вещества при заданной температуре являются характеристиками вещества заданного состава). (При рассмотрении дистилляции в качестве k₀, в силу исторически сложившейся традиции, выбирают С₀₂/С₀₁ или С₀₁/С₀₂, чтобы k₀ было больше единицы). Разработаны методы измерения k₀, собраны экспериментальные данные о k₀ для ряда двойных систем - прежде всего, при кристаллизации и дистилляции. Отмечается, что методы измерения k₀ не являются простыми, а измерение k₀ в двойных системах осложнено тем, что в любой двойной системе присутствуют примеси других компонентов. Прикладываются усилия к созданию расчётных методов определения k₀ в системах, если известны свойства компонентов, однако разработанные теории не обеспечивают хорошего совпадения расчётных и экспериментальных значений k₀, вследствие чего эти теории используются только для качественного анализа рассматриваемого фазового превращения.

В реальных процессах фазовых превращений фазы не находятся в равновесии между собой. В общем случае распределение второго компонента между двумя контактирующими фазами 2-компонентного вещества характеризуется кинетическим коэффициентом разделения. Кинетический коэффициент разделения двухкомпонентного вещества при превращении 1-й фазы во 2-ю, - это число K, на которое надо умножить концентрацию С₁ второго компонента в 1-й фазе вблизи некоторой точки на поверхности раздела фаз, чтобы получить концентрацию С₂ второго компонента во 2-й фазе, образующейся в этот момент из 1-й фазы вблизи той же точки. Т. е., K=С₂/С₁. (Если K=1, то С₂=С₁ и нет распределения второго компонента между фазами.) Кинетический коэффициент разделения является характеристикой как вещества, так и особенностей самого процесса превращения, вследствие чего величина этого коэффициента зависит от различных факторов, например, в первую очередь, от скорости фазового превращения.

При сравнении экспериментальных и расчётных значений параметров фазовых превращений используется понятие эффективного коэффициента разделения. Эффективный коэффициент разделения - это число, которое, будучи подставлено в идеализированное (выведенное с некоторыми допущениями) уравнение, описывающее фазовое превращение (например, в уравнение концентрации компонентов в дистилляте в зависимости от степени перегонки или в уравнение распределения компонентов по длине кристалла, получаемого направленной кристаллизацией), вместо входящего в это уравнение коэффициента разделения, обеспечивает совпадение экспериментальных и расчётных данных. Т. е. эффективный коэффициент разделения связан с теоретической моделью, выбранной для математического описания процесса. В предположении, что в процессе направленного превращения 1-й фазы во 2-ю перемешивание вещества в 1-й фазе происходит только за счёт диффузии, было выведено уравнение Бартона-Прима-Слихтера, связывающее эффективный коэффициент разделения k (как отношение концентрации примеси во 2-й фазе к концентрации примеси в 1-й фазе, вблизи поверхности раздела фаз) с равновесным коэффициентом разделения k₀:

k =k₀ / [k₀ +(1- k₀)exp(-vδ/D)],