Stofftransport
Der Transport von Material kann in einem Apparat auf verschiedene Weise realisiert werden:
- freie Konvektion
- erzwungen Konvektion
- Stoffübergang
- Diffusion
Die freie Konvektion spielt in der Verfahrenstechnik eher eine untergeordnete Rolle. Bei Gasen und Flüssigkeiten sind hier Wärme- und Stofftransport gekoppelt. Ein wesentlicher Einflussfaktor ist eine Temperaturdifferenz, die bisweilen auch als Design-Freiheitsgrad auftreten kann.
Die erzwungene Konvektion ist der dominierende Mechanismus des Transports von Gasen und Flüssigkeiten, initiiert durch Verdichter bzw. Pumpen. Als Desing-Freiheitsgrad kann eine Geschwindigkeit aufgefasst werden. Typische Geschwindigkeiten in der Nähe eines ökonomischen Optimums sind für die Verrohrung zwischen Apparaten und Maschinen (Nahverrohrung):
Der Stoffübergang an einer Phasengrenze kann über einen Stoffübergangskoeffizienten beschrieben werden. Der Stoffübergangskoeffizient kann mit Hilfe ähnlichkeitstheoretischer Korrelationen berechnet werden. Diese Korrelationen sind prädiktiv, das Vertrauensintervall ist typischerweise aber unbefriedigend breit; bisweilen umfasst es eine Größenordnung:
Die molekulare Diffusion ist der Transportmechanismus unterhalb einer Größenordnung von ca. 30 µm (Kolmogorov-Skala).
Kleinere Wirbel bis ca. 10 µm Größe sind mit den verfügbaren technischen Mitteln nur dann erreichbar, wenn eine gleichzeitige Erwärmung durch dissipierte mechanische Energie akzeptabel ist.
In Poren von Katalysatoren, beim Trocknen poröser Feststoffe und beim Stofftransport über Phasengrenzen kann die Diffusion der dominierende Stofftransportmechanismus sein. Die wesentlichen Design-Freiheitsgrade sind hier die Temperatur, der Diffusionsweg bzw. die volumenbezogene Oberfläche sowie das chemische Potential bzw. Differenzen in den Aktivitäten oder Konzentrationen.