Masseoverføring

Masseoverføring er prosessen der masse flyttes fra områder med høy konsentrasjon til områder med lavere konsentrasjon, drevet av en konsentrasjons- eller kjemisk potensialgradient. Den forekommer mellom gasser, væsker og faste stoffer og er sentral i mange natur- og tekniske prosesser. Hovedmekanismer er diffusjon, konveksjon og faseoverføring.

Diffusjon er bevegelse av molekyler som følge av tilfeldige termiske bevegelser og følger Ficks lover, som beskriver massestrømmene J = -D ∇C. I praksis er konveksjon en bulktransport som følger fluidets bevegelse og ofte er avhengig av strømningen i systemet. Kombinasjonen av diffusjon og konveksjon omtales ofte som masseoverføring i en løsning og beskrives med convection-diffusion-likningen, ∂C/∂t + u·∇C = D ∇^2 C.

Førende krefter er konsentrasjonsgradienter eller partialtrykkgradienter og, i mer komplekse systemer, kjemisk potensial. Temperatur og viskositet påvirker diffusivitet og strømninger. I praksis er grensesnitt av betydning, for eksempel ved fordamping og kondensasjon.

Typiske applikasjoner inkluderer destillasjon, absorpsjon og ekstraksjon i kjemisk industri, tørking og fordamping, samt membranseparasjon og gassutveksling i biologi og miljøteknikk. I prosesser og design brukes dimensjonsløse tall som Schmidt-tall (ν/D) og Peclet-tall for å vurdere forholdet mellom diffusjon og konveksjon, samt Sherwood-tall for forholdet mellom masseoverføringskrefter og hastighet.

For å forbedre masseoverføring økes ofte drivkraften (konsentrasjons- eller trykkgradient), overflatearealet, eller konveksjon gjennom omrøring, og man velger passende membraner eller porøse medier for selektiv overføring.