Evaporazione

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Il vapore acqueo che evapora da una tazza di tè caldo diviene visibile in seguito alla sua condensazione in minutissime goccioline. Si parla di equilibrio dinamico.

L'evaporazione è il passaggio di stato dal liquido a quello aeriforme che coinvolge la sola superficie del liquido. Sopra la temperatura di ebollizione avviene invece il processo di ebollizione. Entrambi i processi rappresentano il cambiamento di stato da liquido a aeriforme, per cui vengono identificati sotto il nome di vaporizzazione.[1]

Indice

[modifica] Descrizione termodinamica

Nel processo di evaporazione, l'entalpia del liquido soggetto ad evaporazione diminuisce di una quantità specifica denominata calore latente del liquido, fatto dovuto alla sottrazione di energia cinetica. Nei liquidi puri (ossia non in soluzione) questa cessione di energia avviene in modo isotermico, ossia senza variazione di temperatura.

A differenza del fenomeno dell'ebollizione, che avviene a temperature caratteristiche per ogni sostanza (a pressione fissata) e coinvolge l'intera massa di liquido, l'evaporazione avviene a qualsiasi temperatura, e coinvolge solo il pelo libero di un liquido.[2]. In queste condizioni una molecola evapora dalla superficie liquida se acquista energia cinetica sufficiente a sfuggire il che avviene in maniera del tutto casuale ovvero statistica.

Il fenomeno dell'evaporazione segue la legge di Dalton:

E = - left[Dfrac{left(rho_s-rho_rright)}{delta}right]qquadfrac{left[gright]}{left[cm^2right]left[minright]}

oppure in termini energetici:

Elambda = -lambda left[Dfrac{left(rho_s-rho_rright)}{delta}right]qquadfrac{left[calright]}{left[cm^2right]left[minright]}

Per trasformare l'equazione in termini di tensione di vapore potremmo usare la legge di Boyle:

rho = 2,14 frac{psi}{T}

e quindi:

Elambda = -lambdaleft[Dfrac{2,14 left(psi_s-psi_rright)}{T}right]delta
  • D = diffusività del vapore d'acqua
  • δ = spessore dello strato limite
  • ρs = densità vapore d'acqua su superficie evaporante
  • ρr = densità vapore d'acqua su interfaccia strato limite-atmosfera
  • λ = calore latente di vaporizzazione
  • ψs = tensione di vapore su superficie evaporante
  • ψr = tensione di vapore su interfaccia strato limite atmosfera
  • δ/D = Ra (resistenza alla diffusione)
  • Rt = resistenza aggiuntiva, tenedo in considerazione che l'acqua non è direttamente a contatto con l'atmosfera ma si trova all'interno di tessuti vegetali

e quindi:

Elambda = -lambdafrac{left[2,14 left(psi_s-psi_rright)right]}{T}R_a R_t

[modifica] Evaporazione naturale

In natura l'evaporazione è fondamentale nel ciclo dell'acqua: fiumi, laghi, mari e oceani cedono parte della propria acqua che raggiunge l'atmosfera sotto forma di vapore. Il vapore per condensazione si trasforma successivamente in pioggia, neve o grandine. La fonte esterna di calore è il Sole.[3]. L'evaporazione è funzione diretta della temperatura e funzione inversa della pressione di vapore (umidità relativa) dell'ambiente: all'aumentare della temperatura aumenta il flusso evaporante ed alla saturazione dell'ambiente si ha raggiungimento dell'equilibrio ovvero ad ogni molecola che evapora ce n'è in media un'altra che ritorna nella fase liquida. Anche la circolazione aerea ovvero il vento può favorire l'evaporazione.

Nelle saline si sfrutta il fenomeno dell'evaporazione naturale per la produzione di sale.

[modifica] Evaporazione industriale

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi la voce Evaporatore.
Evaporatore a film cadente per il trattamento della soda caustica.

L'evaporazione in impiantistica è il nome di due operazioni unitarie in cui:

Nel primo caso l'obiettivo dell'operazione è la separazione, mentre nel secondo caso è lo scambio termico. In ambedue i casi l'apparecchiatura atta a compiere il processo unitario è detta evaporatore.

[modifica] Note

  1. ^ Rolla, op. cit., p. 98
  2. ^ http://www.interfred.it/Scuola/Fisica/Vaporizzazione/Evaporazione_ebollizione.htm
  3. ^ Il ciclo dell'acqua
  4. ^ Concentrazione per evaporazione
  5. ^ Si noti che rispetto al significato comune del termine si ha una discrepanza: infatti durante l'evaporazione (impiantisticamente parlando) si ha in realtà la transizione di fase che viene indicata con il nome di ebollizione (differente dall'evaporazione).

[modifica] Bibliografia

  • Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori, 29a ed. Dante Alighieri, 1987.
  • Robert H. Perry, Don W. Green - Chemical Engineers' Handbook, 8th Edition pp- 11-107 segg.- McGraw Hill - ISBN 0-07-142294-3 - ISBN 978-0-07-142294-9
  • D. Q. Kern - Process Heat Transfer (1950) - McGraw-Hill - ISBN 0-07-034190-7 - ISBN 978-0-07-034190-6
  • Guarise G. Berto, "Lezioni di impianti chimici. Concentrazione per evaporazione, cristallizzazione", editore CLEUP, 2006. ISBN 887178795

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