Anyagátvitel

Az anyagátvitel (mass transfer) a részleges vagy teljes anyagközlés mozgását jelenti egy közegben vagy két közeg között. A jelenség akkor figyelhető meg, amikor differenciális hajtóerők – például koncentráció-, nyomás- vagy kémiai potenciál-különbség – hatására tömeg áramlik a térben.

Az anyagátvitel három fő mechanizmusa van: diffúzió, konvekció és permeáció. A diffúzió a molekulák véletlenszerű mozgása révén történik, általában koncentrációgrádiens irányába. A konvekció (advekció) a közeg tömegének áramlása miatt valósul meg. A permeáció anyag átjutását jelenti egy fémen vagy membránon keresztül, a permeálódási ellenállásokon keresztül.

A szállítás modellezése során gyakran alkalmazzák a Fick-törvényeket és a határfelületi átviteli jellegzetességeket. Az első Fick-törvény szerint a tömegfluxus J arányos a koncentrációgrádienssel, J = -D ∇C, ahol D a diffúzió-számláló állandó. A második törvény pedig leírja a koncentráció időbeli változását, ∂C/∂t = D ∇^2 C. Konvekciót a bulk-fluid áramlás, advektív szállítást jelent. A gyakorlatban a tömegátvitelt jellemzik átviteli együtthatókkal (k) és különböző modellekkel a határfelületeken. A Peclet szám, a Schmidt szám és a Reynolds szám segítenek értékelni a diffúziós és advekciós hatások relatív jelentőségét.

Alkalmazási területek közé tartozik a vegyipar és környezeti mérnöki folyamatok, membrános szeparáció, szárítás és érintkező rendszerek modellezése, valamint biológiai rendszerekben a tápanyag- és gázátvitel. A mass transfer megértése nélkülözhetetlen a folyamatok hatékonyságának és skálázhatóságának tervezéséhez.