Massansiirtoprosessi

Massansiirtoprosessi tarkoittaa aineen siirtymistä paikasta toiseen tai faasien välillä johtuen pitoisuuksien, kemiallisen potentiaalin, paineen tai lämpötilan erotuksesta. Se kattaa sekä faasien sisäisen liikkuvuuden (difusio ja konvektion aiheuttama massansiirto) että faasien välisen siirron (esimerkiksi kaasun ja nesteen välillä, nesteen ja toisen nesteen välillä tai kiinteän aineen ja nesteen välillä).

Yleinen mekanismi koostuu useista osatekijöistä: molekulaarinen diffuusio, jossa aineen molekyylit liikkuvat pitoisuuspainetta vastaan; konvektionaalinen (bulk) massansiirto, jossa nesteitä kiertää tai kaasut liikkuvat; sekä massansiirron vastukset faasien sisä- ja rajapintakerroksissa. Massansiirto tapahtuu usein rajapinnalla, missä faasien väliset siirtokerrokset rajoittavat prosessin nopeutta.

Mallinnuksessa käytetään usein Fickin ensimmäistä lakia ja kokonaismassansiirtokerrointa. Esimerkiksi gas-liquid -järjestelmässä massansiirtoteho voidaan esittää likimäärin N_A = k_L a (C_A* − C_A), missä N_A on massansiirtopiirre, k_L on kokonaismassansiirtokerroin, a on rajapinta-ala ja C_A* sekä C_A ovat saapuvan ja nykyisen pitoisuuden eroja. Kokonaiskertoimet muodostuvat sekä kaasuais- että nestevaiheiden kertoimien ja interfaciaalisen pinta-alan tulona.

Tärkeimpiä massansiirtoprosesseja on esimerkiksi distillointi, absorptio, uutto ja kuivitus. Massansiirto on oleellinen osa kemiantekniikan suunnittelua ja prosessien tehokkuuden analysointia, sekä teollisissa että ympäristö- ja elintarviketeollisuuden sovelluksissa.