masseoverføringskoeffisient

Masseoverføringskoefficienten (ofte omtalt som masseoverføringskoefficient, k_m) er et mål for hastigheden af masseoverførsel mellem to faser pr. arealenhed og pr. enhed drivkraft. Den bruges i design og analyse af processer, hvor stoffer transporteres mellem faser, som f.eks. gas–væske, væske–væske eller faste–væske systemer.

Grundlæggende formel og drivkræfter: I enkel form kan fluxen af stof A over en grænseflade beskrives som N_A = k_m ΔC_A, hvor N_A er stofmængdeflux per arealenhed (mol/(m^2 s)) og ΔC_A er drivkraften, typisk forskellen i koncentration af A mellem de to sider af grænsefladen eller mellem bulk og grænsefladen. En mere anvendt form i gas–væske systemer er N_A = k_L a (C_A,bulk – C_A,interface), hvor k_L er væskemassetransportkoefficienten og a er arealet af grænsefladen per volumen.

Enheder og dimensioner: I grundlæggende formuleringer har k_m enheden m/s, når ΔC_A er i mol per kubikmeter. I praksis bruges også dimensionløse relationer gennem Sherwood-tallet Sh = k L / D, sammen med Re- og Sc-tals til korrelationer, hvor D er diffusiviteten.

Faktorer og anvendelser: Masseoverføringskoefficienten påvirkes af temperatur, tryk, fluiders viskositet og densitet, diffusivitet, flowregime (laminær vs. turbulent), geometri og grænsefladeareal. Den er central ved dimensionering af kolonner til absorption og stripping, samtidig med at den gælder for udvælgelse af massetransport i batterier, reaktorer og separationsanlæg.

Måling og modellering: Koefficienten estimeres ofte eksperimentelt gennem masseoverførselstal og drivkraftdata, og korrigeres via passende korrelationer (f.eks. Sh-Re-Sc) for forskellige systemer og operationelle betingelser. Begrænsninger opstår i fler-komponent og ikke-ideelle systemer, hvor mere avancerede modeller kan være nødvendige.