Transfert de masse - Mass transfer
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Le transfert de masse est le mouvement net de masse d'un endroit, signifiant généralement un flux, une phase, une fraction ou un composant, à un autre. Le transfert de masse se produit dans de nombreux processus, tels que l' absorption , l' évaporation , le séchage , la précipitation , la filtration sur membrane et la distillation . Le transfert de masse est utilisé par différentes disciplines scientifiques pour différents processus et mécanismes. L'expression est couramment utilisée en ingénierie pour les processus physiques qui impliquent le transport diffusif et convectif d' espèces chimiques dans des systèmes physiques .
Certains exemples courants de processus de transfert de masse sont l' évaporation de l' eau d'un étang vers l' atmosphère , la purification du sang dans les reins et le foie et la distillation de l'alcool. Dans les procédés industriels, les opérations de transfert de masse comprennent la séparation des composants chimiques dans les colonnes de distillation, les absorbeurs tels que les épurateurs ou le stripping, les adsorbeurs tels que les lits de charbon actif et l' extraction liquide-liquide . Le transfert de masse est souvent associé à des processus de transport supplémentaires , par exemple dans les tours de refroidissement industrielles . Ces tours couplent le transfert de chaleur au transfert de masse en permettant à l'eau chaude de circuler au contact de l'air. L'eau est refroidie en expulsant une partie de son contenu sous forme de vapeur d'eau.
Astrophysique
En astrophysique , le transfert de masse est le processus par lequel la matière liée gravitationnellement à un corps, généralement une étoile , remplit son lobe de Roche et devient gravitationnellement liée à un deuxième corps, généralement un objet compact ( naine blanche , étoile à neutrons ou trou noir ), et y est finalement ajouté. C'est un phénomène courant dans les systèmes binaires et peut jouer un rôle important dans certains types de supernovae et de pulsars .
Ingénieur chimiste
Le transfert de masse trouve une large application dans les problèmes de génie chimique . Il est utilisé dans l'ingénierie de réaction, l'ingénierie des séparations, l'ingénierie du transfert de chaleur et de nombreuses autres sous-disciplines du génie chimique comme l'ingénierie électrochimique.
La force motrice du transfert de masse est généralement une différence de potentiel chimique , lorsqu'elle peut être définie, bien que d'autres gradients thermodynamiques puissent se coupler au flux de masse et l'entraîner également. Une espèce chimique passe de zones à fort potentiel chimique à des zones à faible potentiel chimique. Ainsi, l'étendue théorique maximale d'un transfert de masse donné est généralement déterminée par le point auquel le potentiel chimique est uniforme. Pour les systèmes monophasés, cela se traduit généralement par une concentration uniforme tout au long de la phase, tandis que pour les systèmes multiphases, les espèces chimiques préfèrent souvent une phase aux autres et n'atteignent un potentiel chimique uniforme que lorsque la plupart des espèces chimiques ont été absorbées dans la phase préférée. , comme dans l' extraction liquide-liquide .
Alors que l'équilibre thermodynamique détermine l'étendue théorique d'une opération de transfert de masse donnée, le taux réel de transfert de masse dépendra de facteurs supplémentaires, y compris les schémas d'écoulement dans le système et les diffusivités des espèces dans chaque phase. Ce taux peut être quantifié par le calcul et l'application de coefficients de transfert de masse pour un processus global. Ces coefficients de transfert de masse sont généralement publiés en termes de nombres adimensionnels , y compris souvent les numéros Péclet , des nombres de Reynolds , numéros Sherwood et numéros Schmidt , entre autres.
Analogies entre transfert de chaleur, de masse et de quantité de mouvement
Il existe des similitudes notables dans les équations différentielles approximatives couramment utilisées pour le moment, la chaleur et le transfert de masse. Les équations de transfert moléculaire de la loi de Newton pour l'impulsion des fluides à faible nombre de Reynolds ( écoulement de Stokes ), la loi de Fourier pour la chaleur et la loi de Fick pour la masse sont très similaires, car ce sont toutes des approximations linéaires du transport de quantités conservées dans un champ d'écoulement. À un nombre de Reynolds plus élevé, l'analogie entre le transfert de masse et de chaleur et le transfert de quantité de mouvement devient moins utile en raison de la non - linéarité de l' équation de Navier-Stokes (ou plus fondamentalement, l' équation générale de conservation de la quantité de mouvement ), mais l'analogie entre le transfert de chaleur et de masse reste bonne . De nombreux efforts ont été consacrés au développement d'analogies entre ces trois processus de transport afin de permettre la prédiction de l'un à partir de n'importe lequel des autres.
Références
- ^ Electrochimica Acta 100 (2013) 78-84. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.134
- ^ un b Welty, James R .; Wicks, Charles E .; Wilson, Robert Elliott (1976). Fondamentaux de l'élan, de la chaleur et du transfert de masse (2 éd.). Wiley.
- ^ Oiseau, RB; Stewart, NOUS; Lightfoot, EN (2007). Transport Phenomena (2 éd.). Wiley.
- ^ Taylor, R .; Krishna, R. (1993). Transfert de masse à plusieurs composants . Wiley.