aineensiirron

Aineensiirto tarkoittaa aineen siirtymistä järjestelmässä johtuen gradienttien aiheuttamasta tasapainon tavoittelusta. Siirtoon liittyy usein pitoisuuseroja, paine-eroja tai lämpötilagradientteja, ja siihen voidaan sisällyttää diffuusio, konvektio sekä rajapinnoilla tapahtuva läpäisy, kuten osmoosi ja permeaatio. Aineensiirto on keskeinen käsite sekä kemiassa että tekniikassa, ja sitä sovelletaan muun muassa erotusprosesseissa, membraanitekniikassa sekä ympäristö- ja biotieteissä.

Päämekanismit ovat diffuusio, konvektio ja rajapinnoilla tapahtuva läpäisy. Diffuusio on molekyylien satunnaisen liikkeen aiheuttama tasoittuminen, ja sitä kuvaa Fickin laki: virta J = -D ∂C/∂x; pitoisuusmuutos ajan funktiona on ∂C/∂t = D ∂^2C/∂x^2 yhdistettynä. Konvektio (advektio) kuvaa massan kulkeutumista nesteen tai kaasun virtauksen mukana. Rajapinnoilla tapahtuvaa läpäisyä kutsutaan permeaatioksi tai osmoosiksi, ja sen tehokkuuteen vaikuttavat kalvon ominaisuudet sekä aineen kemialliset potentiaalierot.

Laskenta ja mallinnus perustuvat usein aineensiirtokerroimeen ja massansiirtorajoitteisiin. Yksinkertaisessa tilannessa virtaus voidaan kuvata N_A = k A (C1 - C2), jossa k on aineensiirtokerroin ja A on pinta-ala. Monimutkaisissa järjestelmissä käytetään advektio-diffuutioreaktioita sekä boundary-layer-malleja.

Sovellukset ulottuvat kemianteollisuuden erotuksista ja membrane-prosessseista ympäristö- ja biotieteisiin, kuten ienten ja solujen ravintoaineiden siirtoon sekä haitta-aineiden dispersioon ilmaan tai veteen. Termien käyttö jakautuu diffuusion, konvektion sekä osmoosin käsittelyyn riippuen järjestelmästä ja mittakaavasta.