Kolonnin sisäosat

Mitkä ovat massan- ja lämmönsiirron perusperiaatteet?

Massansiirto

Monissa teollisissa prosesseissa syntyy jonkinlaista aineensiirtoa eli massan siirtoa prosessin yhdestä osasta toiseen. Tämä voi tapahtua eri aineiden erottamiseksi toisistaan, seoksen koostumuksen muuttamiseksi tai liuoksen väkevöimiseksi. Massansiirtoa voi tapahtua useissa eri prosesseissa, esim:

• absorptio - toinen aine imeytyy toiseen aineeseen
• adsorptio - kaasumainen aine tai nesteeseen liuennut aine tarttuu toisen kiinteän aineen tai nesteen pintaan.
• haihtuminen - aine muuttuu kiinteästä tai nestemäisestä olomuodosta kaasumaiseen olomuotoon.

Esimerkkejä aineensiirtoprosesseista ovat savukaasujen puhdistus ja strippaus.

Lämmönsiirto

Seuraavat käsitteet mainitaan usein lämmönsiirron yhteydessä:

• lämpötila - Kuinka kuuma tai kylmä jokin asia on vertailupisteeseen verrattuna. Kappaleen lämpötila riippuu siitä, kuinka paljon liike-energiaa kappale sisältää, eli kuinka nopeasti kappaleen hiukkaset liikkuvat. Yleensä lämpötila ilmaistaan Celsius-, Kelvin- tai Fahrenheit-asteina.
• lämpöenergia - sisältää kappaleen kaikkien partikkeleiden liike-energian kokonaismäärän. Lämpöenergian yksikkö on joule (J).
• lämpö - määritellään lämpöenergian virtaukseksi järjestelmästä toiseen.

Lämmönsiirto määritellään lämmöksi ja lämpöenergian siirtämiseksi kohteesta tai järjestelmästä toiseen. Lämpöenergia siirtyy korkealämpöisestä pisteestä (korkea energia) matalalämpöiseen pisteeseen (matalampi energia). Virtaus voidaan kääntää ainoastaan muokkaamalla järjestelmää ja lisäämällä energiaa esimerkiksi lämpöpumpun avulla.

Lämmönsiirto voi tapahtua monella eri tavalla:

• johtuminen (lämmönjohtuminen) - lämmönsiirto tapahtuu esineiden partikkeleiden välisen suoran kosketuksen kautta.
• konvektio (virtaus) - Kaasun tai nesteen, joka joutuu kosketuksiin kuuman lähteen kanssa, tiheys muuttuu ja se nousee alemman lämpötilan pisteeseen, mikä puolestaan saa kaasun tai nesteen vajoamaan takaisin alas. Tätä liikettä kutsutaan konvektioksi.
• säteily - kohteen partikkeleiden lämpöliikkeestä syntyvän sähkömagneettisen säteilyn siirtämä lämpö
• vaiheen muutos - väliaineessa tapahtuu faasimuutos, joka joko siirtää väliaineen piilevää energiaa ympäristöönsä tai absorboi energiaa ympäristöstään.

Esimerkki lämmönsiirtoprosessista on savukaasujen lauhdutus.