Розглянуто математичне моделювання масоперенесення домішкової речовини двома шляхами, що супроводжується процесами типу сорбції-десорбції, у двофазному шарі з випадково розташованим прошарком. Випадкову неоднорідність структури враховано в коефіцієнтах системи рівнянь гетеродифузії. Одержано систему інтегро-диференціальних рівнянь зі стохастичними ядрами, еквівалентну вихідній крайовій задачі. Методом послідовних наближень побудовано розв'язок у вигляді інтегральних рядів Неймана. Процедуру усереднення проведено за ансамблем конфігурацій фаз із рівномірною функцією розподілу.