Verdunstung
Verdunstung bezeichnet den langsamen Übergang einer Flüssigkeit in die gasförmige Phase unterhalb ihrer Siedetemperatur. Dieser Prozess erfolgt ausschließlich an der freien Oberfläche der Flüssigkeit. Einzelne Moleküle verlassen die Flüssigkeit, wenn ihre kinetische Energie ausreicht, um die Bindungskräfte zu überwinden.
Verdunstung ist ein kontinuierlicher Stofftransportprozess. Er wird durch Temperatur, Luftbewegung, Druck und relative Luftfeuchte beeinflusst. Hohe Temperaturen und niedrige Luftfeuchte beschleunigen die Verdunstung. Auch ein sinkender Umgebungsdruck erhöht die Verdunstungsrate.
Entscheidend für die Verdunstung ist die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche. Sie bestimmt den lokalen Sättigungsdampfdruck. Die Verdunstung ist daher ein gekoppelter Wärme- und Stofftransportprozess. Ein sinkender Umgebungsdruck oder eine steigende Temperatur erhöhen die Verdunstungsrate stark.
Im Gegensatz zum Sieden findet Verdunstung ohne Blasenbildung im Inneren der Flüssigkeit statt. Sie ist ein Oberflächenphänomen. In technischen Trocknungsprozessen ist die Verdunstung oft der zweite Schritt nach der mechanischen Entfeuchtung.
Die Verdunstungsrate kann beschrieben werden durch:
m˙ = k · A · [exp ( −ΔH_vap / (R · T_L ) + C )−p]
- m˙ ist die Verdunstungsstrom (kg/s)
- k ist der Stoffübergangskoeffizient
- A ist die Verdunstungsfläche (m²)
- ΔH_vap ist die Verdampfungsenthalpie (J/mol)
- R ist die universelle Gaskonstante (J/(mol·K))
- T_L ist die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche (K)
- C ist die Stoffkonstante
- p ist der Dampfdruck der Prozessumgebung (Pa)
Verdunstung spielt eine wichtige Rolle bei Trocknung, Kühlung, Wärmepumpen, Beschichtung und Lösungsmittelabtrennung.