Massöverföring

Massöverföring är nettorörelsen av massa från en plats (vanligtvis betyder ström, fas , fraktion eller komponent) till en annan. Massöverföring sker i många processer, såsom absorption , avdunstning , torkning , utfällning , membranfiltrering och destillation . Massöverföring används av olika vetenskapliga discipliner för olika processer och mekanismer. Frasen används ofta inom teknik för fysikaliska processer som involverar diffusiv och konvektiv transport av kemiska arter inom fysikaliska system .

Några vanliga exempel på massöverföringsprocesser är avdunstning av vatten från en damm till atmosfären , rening av blod i njurar och lever och destillering av alkohol. I industriella processer inkluderar massöverföringsoperationer separation av kemiska komponenter i destillationskolonner, absorbatorer såsom skrubbers eller strippning, adsorberare som aktivt kolbäddar och vätske-vätskeextraktion . Massöverföring är ofta kopplat till ytterligare transportprocesser , till exempel i industriella kyltorn . Dessa torn kopplar värmeöverföring till massöverföring genom att tillåta varmvatten att flöda i kontakt med luft. Vattnet kyls ned genom att en del av dess innehåll släpps ut i form av vattenånga.

Astrofysik

Inom astrofysik är massöverföring den process genom vilken materia gravitationsbunden till en kropp, vanligtvis en stjärna , fyller dess Roche-lob och blir gravitationsbunden till en andra kropp, vanligtvis ett kompakt föremål ( vit dvärg , neutronstjärna eller svart hål ), och kommer så småningom att samlas på den. Det är ett vanligt fenomen i binära system och kan spela en viktig roll i vissa typer av supernovor och pulsarer .

Kemiteknik

Massöverföring finner omfattande tillämpning i kemitekniska problem. Det används inom reaktionsteknik, separationsteknik, värmeöverföringsteknik och många andra underdiscipliner inom kemiteknik som elektrokemisk teknik.

Drivkraften för massöverföring är vanligtvis en skillnad i kemisk potential , när den kan definieras, även om andra termodynamiska gradienter kan kopplas till massaflödet och driva det också. En kemisk art rör sig från områden med hög kemisk potential till områden med låg kemisk potential. Således bestäms den maximala teoretiska omfattningen av en given massöverföring typiskt av den punkt vid vilken den kemiska potentialen är enhetlig. För enfassystem översätts detta vanligtvis till likformig koncentration under hela fasen, medan kemiska ämnen för flerfassystem ofta föredrar en fas framför de andra och når en enhetlig kemisk potential först när de flesta av de kemiska ämnen har absorberats i den föredragna fasen , som vid vätske-vätskeextraktion .

Medan termodynamisk jämvikt bestämmer den teoretiska omfattningen av en given massöverföringsoperation, kommer den faktiska massöverföringshastigheten att bero på ytterligare faktorer inklusive flödesmönstren i systemet och diffusiviteterna hos arterna i varje fas. Denna hastighet kan kvantifieras genom beräkning och tillämpning av massöverföringskoefficienter för en övergripande process. Dessa massöverföringskoefficienter publiceras vanligtvis i termer av dimensionslösa siffror , ofta inklusive Péclet-nummer , Reynolds-tal , Sherwood-tal och Schmidt-tal , bland andra.

Analogier mellan värme-, massa- och momentumöverföring

Det finns anmärkningsvärda likheter i de vanligen använda ungefärliga differentialekvationerna för momentum, värme och massöverföring. De molekylära överföringsekvationerna för Newtons lag för vätskemomentum vid lågt Reynolds-tal ( Stokes flow ), Fouriers lag för värme och Ficks lag för massa är mycket lika, eftersom de alla är linjära approximationer till transport av bevarade kvantiteter i ett flödesfält. Vid högre Reynolds-tal blir analogin mellan massa- och värmeöverföring och momentumöverföring mindre användbar på grund av olinjäriteten i Navier -Stokes-ekvationen (eller mer fundamentalt, den allmänna momentumkonserveringsekvationen ), men analogin mellan värme- och massöverföring är fortfarande god. . En hel del ansträngning har ägnats åt att utveckla analogier mellan dessa tre transportprocesser för att möjliggöra förutsägelse av en från någon av de andra.

^ Electrochemica Acta 100 (2013) 78-84. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.134
^ ^a ^b Welty, James R.; Wicks, Charles E.; Wilson, Robert Elliott (1976). Grunderna för momentum, värme och massöverföring (2 uppl.). Wiley. ISBN 9780471022497 .
^ Fågel RB; Stewart, WE; Lightfoot, EN (2007). Transportfenomen (2 uppl.). Wiley.
^ Taylor, R.; Krishna, R. (1993). Multikomponent massöverföring . Wiley.

Se även

[1] Electrochemica Acta 100 (2013) 78-84. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.134

[basictext-2] Welty, James R.; Wicks, Charles E.; Wilson, Robert Elliott (1976). Grunderna för momentum, värme och massöverföring (2 uppl.). Wiley. ISBN 9780471022497 .

[BSL-3] Fågel RB; Stewart, WE; Lightfoot, EN (2007). Transportfenomen (2 uppl.). Wiley.

[TaylorKrishna-4] Taylor, R.; Krishna, R. (1993). Multikomponent massöverföring . Wiley.

Kemiteknik ämnen
Historia	Kemiteknikens historia
Begrepp	Enhetens verksamhet Enhetsprocesser Kemi ingenjör Kemisk process
Enhetens verksamhet	Momentumöverföring Värmeöverföring Massöverföring
Enhetsprocess	Kemisk reaktionsteknik Kemisk kinetik Kemisk processmodellering
Grenar	Processdesign Vätskedynamik Design av kemiska anläggningar Kemisk termodynamik Transportfenomen
Andra	Översikt över kemiteknik Index över kemitekniska artiklar Utbildning till kemiingenjörer Lista över kemiingenjörer Lista över kemiteknikföreningar Lista över kemiska processimulatorer
Kategori Portal: Ingenjörsvetenskap