Кіріспе

Массаның бір орыннан, фазадан және т.б. таза қозғалысы – массаның бір жерден екінші жерге ауысуы (әдетте ағын, фаза, фракция немесе компонент). Массалық трансферт көптеген процестерде кездеседі, мысалы сіңіру, булану, кептіру, жауын-шашын, мембраналық сүзгілеу және дистилляция. Массалық трансферт түрлі ғылыми салаларда әртүрлі процестер мен механизмдерді зерттеу үшін қолданылады. Инженерияда бұл термин физикалық жүйелердегі химиялық түрлердің диффузиялық және конвекциялық тасымалына қатысты физикалық процестерді сипаттау үшін жиі қолданылады. Массалық трансферт процестерінің нақты мысалдары – су тоғандарынан атмосфераға судың булануы, бүйректер мен бауырдағы қанның тазалануы және алкогольдің дистилляциясы. Өндірістік процестерде массалық трансферт операцияларына дистилляциялық колонналарда химиялық компоненттерді бөлу, скрабберлер немесе стриппинг сияқты абсорберлер, белсендірілген көмір қабаттары сияқты адсорберлер және сұйық-сұйық экстракциясы жатады. Массалық трансферт көбінесе басқа тасымалдау процестерімен байланысты болады, мысалы өнеркәсіптік салқындату мұнараларында. Бұл мұнаралар ыстық судың ауамен жанасуына мүмкіндік береді, соның нәтижесінде жылу мен масса алмасу жүреді. Су буы түріндегі судың бір бөлігін шығару арқылы су салқындатылады.

Астрофизика

Астрофизикада масса алмасу – бұл заттың, әдетте жұлдызға гравитациялық тартылыста болғанда, оның Рош бөлігін толтырып, екінші денеге, әдетте тығыз объектіге (ақ жұлдыз, нейтронды жұлдыз немесе қара саңылау) гравитациялық тартылыста өтуі және соңында оған сіңірілуі процесі. Бұл құбылыс екілік жүйелерде кең таралған және кейбір түрлерінің суперновалары мен пульсарларында маңызды рөл атқарады.

Химиялық инженерия

Массалық трансферт химиялық инженерия мәселелерінде кеңінен қолданылады. Ол реакциялық инженерияда, ажырату инженериясында, жылу алмасу инженериясында және химиялық инженерияның көптеген басқа да тармақтарында, мысалы, электрохимиялық инженерияда қолданылады. Масса трансфертінің қозғаушы күші әдетте химиялық потенциалдың айырмашылығы болып табылады, егер оны анықтау мүмкін болса, бірақ басқа термодинамикалық градиенттер де масса ағынымен байланысып, оны қозғауы мүмкін. Химиялық түрлер жоғары химиялық потенциал аймақтарынан төмен химиялық потенциал аймақтарына өтеді. Осылайша, берілген массалық трансферттің теориялық ең жоғары шамасы химиялық потенциал біркелкі болатын нүктемен анықталады. Бір фазалы жүйелер үшін бұл әдетте фаза бойындағы біркелкі концентрацияға ауысады, ал көп фазалы жүйелер үшін химиялық түрлер көбінесе басқа фазаларға қарағанда бір фазаны артық көреді және химиялық түрлердің көп бөлігі сұйық-сұйық экстракциясындағыдай, таңдалған фазаға сіңген кезде ғана біркелкі химиялық потенциалға жетеді. Термодинамикалық тепе-теңдік берілген массалық трансферт операциясының теориялық шамасын анықтаса, масса трансфертінің нақты жылдамдығы жүйедегі ағын үлгілері және түрлердің әр фазадағы диффузиялық қасиеттері сияқты қосымша факторларға байланысты болады. Бұл жылдамдық жалпы процесс үшін массалық трансферт коэффициенттерін есептеу және қолдану арқылы анықталады. Бұл массалық трансферт коэффициенттері әдетте өлшемсіз шамалар түрінде жарияланады, оларға көбінесе Пекле сандары, Рейнольдс сандары, Шервуд сандары және Шмидт сандары жатады.

Жылу, масса және импульс беру арасындағы ұқсастықтар

Көбінесе қолданылатын импульс, жылу және масса ауысуына арналған шамамен дифференциалдық теңдеулерде елеулі ұқсастықтар бар. Төмен Рейнольдс санындағы (Сток ағыны) сұйықтық импульсі үшін Ньютон заңының, жылу үшін Фурье заңының және масса үшін Фик заңының молекулалық ауысу теңдеулері өте ұқсас, себебі олардың барлығы ағын өрісінде сақталатын шамалардың тасымалына жасалған сызықтық жуықтамалар. Рейнольдс саны жоғарылағанда, масса және жылу ауысу мен импульс ауысу арасындағы аналогия Навье-Стокс теңдеуінің сызықтық еместігіне (немесе, түптеп келгенде, жалпы импульс сақталу теңдеуіне) байланысты азаяды, бірақ жылу және масса ауысу арасындағы аналогия жақсы күйінде қалады. Осы үш тасымалдау процесі арасындағы аналогияларды дамытуға көп күш жұмсалды, осы арқылы олардың біреуін екіншісінен болжауға мүмкіндік туады.