massansiirto

Massansiirto on prosessi, jossa massa siirtyy järjestelmän sisällä tai järjestelmästä toiseen johtuen aineiden gradienttien sekä paine- tai lämpötilagradienttien sekä kemiallisten potentiaalien vaikutuksesta. Se kattaa diffuusion, advektion (konvektio) sekä massansiirtoprosessit huokosissa, kalvoilla ja seoksissa. Massansiirto on keskeinen käsite kemiantekniikassa, ympäristötekniikassa, biologiassa ja materiaalitekniikassa.

Päämekanismit ovat diffuusio ja advektio. Diffuusio johtuu molekyylien satunnaisesta liikkeestä ja pyrkimyksestä tasoittaa pitoisuusgradientit; Fickin lait ilmaisevat massavirran suoran riippuvuuden gradienttiin sekä pitoisuuksien muutoksen ajassa. Advektio tarkoittaa massan kulkua mukana liikkuvan fluidin, esimerkiksi nesteen tai kaasun, mukana. Yhteenvetona massansiirto voidaan kuvata advektio-diffuutiotason yhtälöllä: ∂C/∂t + ∇·(uC) = ∇·(D∇C), jossa C on pitoisuus, u virtausnopeus ja D diffuusiokerroin. Monimutkaisemmissa järjestelmissä käytetään myös tehokasta diffuusiokerrointa D_eff sekä poro- tai kalvopohjaisia ominaisuuksia.

Tärkeinä dimensionless-tekijöinä ovat Peclet-luku Pe = UL/D, Schmidt-luku Sc = ν/D ja Sherwood-luku Sh, jotka kuvaavat konvektion ja diffuusion suhteita sekä massansiirtokyvyn riippuvuutta olosuhteista.

Sovelluksia ovat esimerkiksi kaasujen ja nestemäisten liuosten massansiirto absorptiossa, tislaamisessa ja kuivauksessa sekä ympäristötekniikassa maaperän ja pohjiveden saasteiden liikemuunissa. Biologiassa massansiirto vastaa kaasujen ja ravinteiden vaihtoa kudoksissa, ja kalvoihin liittyvissä prosesseissa se on keskeinen osa dialyysiä, osmoosia ja muiden suodatusmenetelmien toimintaa.