Transportlimitationer

Transportlimitationer är ett begrepp inom kemi, fysik och biologi som beskriver situationer där hastigheten hos en process begränsas av hur snabbt ämnen transporteras till eller bort från en reaktionsyta, snarare än av den inre kemiska reaktionshastigheten.

Orsaker och mekanismer inkluderar diffusion genom gränsskikt, konvektion och massöverföring i porösa medier. Inom processindustrin delas externa massöverföringsbegränsningar (mellan vätska eller gas och en yta) och interna massöverföringsbegränsningar (genom porer eller strukturer). Viktiga begrepp är massöverföringskoefficienter, film- och gränsskiktresistans, samt dimensioner som Sherwood-tal och Thiele-modul som används för att bedöma graden av transportlimitation.

Betydelse och konsekvenser framgår i praktiken där ökad katalytisk aktivitet eller temperatur ibland inte leder till ökad avkastning om transporten är flaskhalsen. Transportlimitationer påverkar design av reaktorer, elektroder i bränsleceller och biologiska system där tillförseln av syre eller näringsämnen är kritisk.

Exempelvis kan i en gas–vätskereaktor syreleveransen till fasta partiklar vara begränsad av extern massöverföring; i porösa katalysatorer dominerar intern diffusion av substrat; i fysiologiska vävnader kan syretransporten till celler vara diffusionsbegränsad.

Åtgärder för att mildra transportlimitationer inkluderar ökad blandning eller flödeshastighet, minskat gränsskikts-tjocklek, större yta per volym, samt optimerad geometri och porositet. Relaterade begrepp är kinetik, diffusion, konvektion, massöverföring och filmteori.