Coefficiente di scambio di materia

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Nell'ambito dei fenomeni di trasporto (ed in particolare dello scambio di materia), il coefficiente di scambio di materia (o coefficiente di trasferimento di massa o coefficiente di trasporto di massa) rappresenta una costante di velocità riferita ai processi di diffusione di materia.

Il coefficiente di scambio di materia viene definito come: [1]

d_m = \frac{j_m}{\nabla c}

dove:

dove la densità di corrente di materia viene intesa come[2]:

j_m = \frac{\partial \dot{n}}{ \partial r^2}

in cui:

  • \dot{n} è la velocità del trasferimento di materia, in mol/s
  • r2 è la superficie dell'area di trasferimento effettiva, in m2

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Il coefficiente di scambio di materia può essere utilizzato per quantificare gli effetti del trasferimento di massa attraverso due fasi, ad esempio:

  • trasferimento di un componente da una fase gassosa ad una liquida (assorbimento gas-liquido) o da una fase liquida ad una gassosa (strippaggio)
  • trasferimento di un componente da una fase fluida alla superficie di un solido poroso (adsorbimento) o dalla superficie di un solido poroso ad una fase fluida (rigenerazione di un catalizzatore).

A partire dalla conoscenza del coefficiente di scambio di materia è possibile effettuare il dimensionamento e la verifica di apparecchiature chimiche deputate allo svolgimento di una determinata operazione unitaria.[3]

Stima del coefficiente di scambio di materia[modifica | modifica sorgente]

Il calcolo del coefficiente di scambio di materia può essere effettuato utilizzando equazioni teoriche, correlazioni empiriche o analogie, che vengono scelte in base al sistema in studio.

Analogia di Chilton-Colburn[modifica | modifica sorgente]

L'analogia di Chilton-Colburn esprime un legame tra le grandezze fisiche che regolano il trasferimento di materia e le grandezze fisiche che regolano il trasferimento di calore. Questa relazione può essere utilizzata per stimare il coefficiente di scambio di materia facendo riferimento ad un sistema in cui si abbia trasferimento di massa.[1]

L'analogia di Chilton-Colburn si può scrivere nella forma:[1]

\frac {\kappa}{h} = \frac{\mathcal{D}^{2/3}}{\lambda^{2/3}} (\rho c_p)^{-1/3}

essendo:

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ a b c http://www.polymertechnology.it/bacheca/PICA/files/15_Materia.pdf
  2. ^ Seader, J. D., and Henley, Ernest J., Separation Process Principles, New York, Wiley, ISBN 0-471-58626-9.
  3. ^ Per "dimensionamento" si intende la progettazione di apparecchiatura non ancora esistenti, mentre per "verifica" si intende la progettazione di apparecchiature già esistenti. L'operazione di verifica può ad esempio avere luogo nel caso in cui siano intervenuti o debbano intervenire dei cambiamenti che riguardano le condizioni operative del processo.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]