Countercurrent exchange is a mechanism occurring in nature and mimicked in industry and engineering, in which there is a crossover of some property, usually heat or some chemical, between two flowing bodies flowing in opposite directions to each other. The flowing bodies can be liquids, gases, or even solid powders, or any combination of those. For example, in a distillation column, the vapors bubble up through the downward flowing liquid while exchanging both heat and mass.

Property Value
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  • Countercurrent exchange is a mechanism occurring in nature and mimicked in industry and engineering, in which there is a crossover of some property, usually heat or some chemical, between two flowing bodies flowing in opposite directions to each other. The flowing bodies can be liquids, gases, or even solid powders, or any combination of those. For example, in a distillation column, the vapors bubble up through the downward flowing liquid while exchanging both heat and mass. The maximum amount of heat or mass transfer that can be obtained is higher with countercurrent than co-current (parallel) exchange because countercurrent maintains a slowly declining difference or gradient (usually temperature or concentration difference). In cocurrent exchange the initial gradient is higher but falls off quickly, leading to wasted potential. For example, in the adjacent diagram, the fluid being heated (exiting top) has a higher exiting temperature than the cooled fluid (exiting bottom) that was used for heating. With cocurrent or parallel exchange the heated and cooled fluids can only approach one another. The result is that countercurrent exchange can achieve a greater amount of heat or mass transfer than parallel under otherwise similar conditions. See: flow arrangement. Countercurrent exchange when set up in a circuit or loop can be used for building up concentrations, heat, or other properties of flowing liquids. Specifically when set up in a loop with a buffering liquid between the incoming and outgoing fluid running in a circuit, and with active transport pumps on the outgoing fluid's tubes, the system is called a , enabling a multiplied effect of many small pumps to gradually build up a large concentration in the buffer liquid. Other countercurrent exchange circuits where the incoming and outgoing fluids touch each other are used for retaining a high concentration of a dissolved substance or for retaining heat, or for allowing the external buildup of the heat or concentration at one point in the system. Countercurrent exchange circuits or loops are found extensively in nature, specifically in biologic systems. In vertebrates, they are called a rete mirabile, originally the name of an organ in fish gills for absorbing oxygen from the water. It is mimicked in industrial systems. Countercurrent exchange is a key concept in chemical engineering thermodynamics and manufacturing processes, for example in extracting sucrose from sugar beet roots. Countercurrent multiplication is a similar but different concept where liquid moves in a loop followed by a long length of movement in opposite directions with an intermediate zone. The tube leading to the loop passively building up a gradient of heat (or cooling) or solvent concentration while the returning tube has a constant small pumping action all along it, so that a gradual intensification of the heat or concentration is created towards the loop. Countercurrent multiplication has been found in the kidneys as well as in many other biological organs. (en)
  • Das Gegenstromprinzip (auch Gegenstromverfahren) ist eine beim Wärme- oder Stoffaustausch angewandte Methode, bei der zwei Stoffströme in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeigeführt werden. Es ist ein grundlegendes Prinzip der Verfahrenstechnik, man findet es aber auch in der Natur, etwa bei der Sauerstoffaufnahme mancher Tiere durch Lunge oder Kiemen, der Konzentration des Harns in der Niere, oder bei der Durchblutung von Wasservögelfüßen und der Muskulatur bei einigen Knochenfischen, Haien und Rochen (zwecks „Warmblütigkeit“). Beim Gegenstromprinzip lässt man zwei Stoffströme – beispielsweise kalte und warme Luft (im Wärmeübertrager) oder Rauchgas und Waschflüssigkeit (in einer Kolonne) – aus entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeiströmen und bringt sie derart in Kontakt zueinander, dass zwischen ihnen der Austausch von Stoff oder Wärme möglich ist. Da durch die Stromführung immer ein Temperatur- oder Konzentrationsgefälle zwischen den Stoffströmen besteht, ist es (im Idealfall) möglich, nahezu die gesamte Wärme- oder Stoffbeladung von einem Stoffstrom auf den anderen zu übertragen. Dies ist insbesondere in der Trenntechnik und in der Wärmerückgewinnung von großer Bedeutung. Das Verfahren wurde von Werner von Siemens 1857 formuliert und von Carl von Linde 1895 erstmals großtechnisch genutzt. In nebenstehender Abbildung ist in der unteren Bildhälfte ein Wärmeüberträger dargestellt, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Der untere Luftstrom sei die Frischluftzufuhr eines Wohnhauses, welche mit der Abluft desselben Hauses vorgewärmt werden soll. Man kann erkennen, dass die Frischluft während des Durchlaufens des Wärmeüberträgers von links nach rechts nach und nach nahezu die gesamte Wärmeenergie der Abluft übernimmt. Am Ende geht nur noch ein kleiner Teil der Wärme verloren; dies kann nicht verhindert werden, da zur Wärmeübertragung immer ein endlich großes treibendes Temperaturgefälle notwendig ist – der Wärmeüberträger müsste sonst unendlich lang sein. Bei einer Stromführung nach dem Gleichstromprinzip könnte höchstens die Hälfte der Wärme zurückgewonnen werden. Stoffübertragenden Verfahren wie thermische Trennverfahren oder Membrantrennverfahren arbeiten nach analogem Prinzip. (de)
  • El diagrama presentado es útil para entender la diferencia entre estos dos tipos de intercambio, el cual representa dos corrientes de fluido que viajan paralelamente separados por una membrana semipermeable o termo-conductora. El color azul representa el valor más bajo de la característica a ser intercambiada, mientras que el color rojo indica el valor más alto, de modo que la dirección de la transferencia será del fluido con mayor valor al de menor valor. En el caso específico del calor, el movimiento sigue la segunda ley de la termodinámica y en el caso de sólidos como solutos se sigue el fenómeno de ósmosis. (es)
  • Lo scambio in controcorrente è il meccanismo utilizzato per il trasferimento di una proprietà fisica (ad esempio calore, materia, o quantità di moto) tra due correnti materiali attraverso una membrana semipermeabile, una parete di materiale conduttivo o un'interfaccia di fasi. Lo scambio in controcorrente si sfrutta spesso nel campo dell'ingegneria chimica, e viene preferito allo scambio in equicorrente perché presenta dei coefficienti di scambio maggiori. (it)
  • Het tegenstroomprincipe is een methode van overdracht of uitwisseling waarbij twee stromende substanties (lucht, water, andere gassen of vloeistoffen) elkaar in gescheiden kanalen in tegengestelde richting passeren. Warmteoverdracht of de overdracht van chemische substanties via een membraan kan zo efficiënter plaatsvinden en is veel vollediger. Hoe groter een temperatuurverschil of een verschil in concentratie, hoe groter de overdracht zal zijn. Voor warmteoverdracht geldt de dat de overdracht evenredig is aan het temperatuurverschil. Bij mee-stroom is het verschil aanvankelijk groot, maar aan het einde klein. Bij tegenstroom blijft het verschil constanter, wat de overdracht efficiënter maakt. Beenvisachtigen maken gebruik van het tegenstroomprincipe bij de kieuwen, waarbij de bloedsomloop tegengesteld loopt aan het water dat door de kieuwen wordt geperst. Sommige zoogdieren beschikken over een rete mirabile in de halsslagader die volgens dit principe als warmtewisselaar werkt voor de hersenen. (nl)
  • Рекуперати́вный противото́чный теплообме́нник (или противопото́чный) — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся навстречу друг другу по каналам, расположенным параллельно. При взаимодействии теплоносителей происходит теплообмен, в ходе которого охлаждающая среда нагревается до температуры нагревающей среды, а последняя охлаждается до температуры охлаждающей среды. Пример: в рекуперативном противоточном теплообменнике вступили в тепловое взаимодействие две жидкости: вода с температурой +20°С и масло с температурой +91°С. В результате работы теплообменника у воды будет температура +90°С , а у масла +21°С. (ru)
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  • El diagrama presentado es útil para entender la diferencia entre estos dos tipos de intercambio, el cual representa dos corrientes de fluido que viajan paralelamente separados por una membrana semipermeable o termo-conductora. El color azul representa el valor más bajo de la característica a ser intercambiada, mientras que el color rojo indica el valor más alto, de modo que la dirección de la transferencia será del fluido con mayor valor al de menor valor. En el caso específico del calor, el movimiento sigue la segunda ley de la termodinámica y en el caso de sólidos como solutos se sigue el fenómeno de ósmosis. (es)
  • Lo scambio in controcorrente è il meccanismo utilizzato per il trasferimento di una proprietà fisica (ad esempio calore, materia, o quantità di moto) tra due correnti materiali attraverso una membrana semipermeabile, una parete di materiale conduttivo o un'interfaccia di fasi. Lo scambio in controcorrente si sfrutta spesso nel campo dell'ingegneria chimica, e viene preferito allo scambio in equicorrente perché presenta dei coefficienti di scambio maggiori. (it)
  • Das Gegenstromprinzip (auch Gegenstromverfahren) ist eine beim Wärme- oder Stoffaustausch angewandte Methode, bei der zwei Stoffströme in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeigeführt werden. Es ist ein grundlegendes Prinzip der Verfahrenstechnik, man findet es aber auch in der Natur, etwa bei der Sauerstoffaufnahme mancher Tiere durch Lunge oder Kiemen, der Konzentration des Harns in der Niere, oder bei der Durchblutung von Wasservögelfüßen und der Muskulatur bei einigen Knochenfischen, Haien und Rochen (zwecks „Warmblütigkeit“). (de)
  • Countercurrent exchange is a mechanism occurring in nature and mimicked in industry and engineering, in which there is a crossover of some property, usually heat or some chemical, between two flowing bodies flowing in opposite directions to each other. The flowing bodies can be liquids, gases, or even solid powders, or any combination of those. For example, in a distillation column, the vapors bubble up through the downward flowing liquid while exchanging both heat and mass. (en)
  • Het tegenstroomprincipe is een methode van overdracht of uitwisseling waarbij twee stromende substanties (lucht, water, andere gassen of vloeistoffen) elkaar in gescheiden kanalen in tegengestelde richting passeren. Warmteoverdracht of de overdracht van chemische substanties via een membraan kan zo efficiënter plaatsvinden en is veel vollediger. (nl)
  • Рекуперати́вный противото́чный теплообме́нник (или противопото́чный) — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся навстречу друг другу по каналам, расположенным параллельно. При взаимодействии теплоносителей происходит теплообмен, в ходе которого охлаждающая среда нагревается до температуры нагревающей среды, а последняя охлаждается до температуры охлаждающей среды. (ru)
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  • Gegenstromprinzip (Verfahrenstechnik) (de)
  • Countercurrent exchange (en)
  • Intercambio por contracorriente (es)
  • Scambio in controcorrente (it)
  • Tegenstroomprincipe (nl)
  • Рекуперативный противоточный теплообменник (ru)
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