निवास समय

तरल पदार्थ पार्सल का निवास समय वह कुल समय है जो पार्सल ने एक नियंत्रण मात्रा के भीतर बिताया है (उदाहरण के लिए: एक रासायनिक रिएक्टर, एक झील प्रतिधारण समय, एक मानव शरीर)। पार्सल के एक सेट (गणित) का निवास समय सेट में निवास समय की आवृत्ति (सांख्यिकी) के संदर्भ में निर्धारित किया जाता है, जिसे निवास समय वितरण (आरटीडी) के रूप में जाना जाता है, या इसके औसत के रूप में जाना जाता है। निवास समय।

निवास का समय रसायन विज्ञान और विशेष रूप से पर्यावरण विज्ञान और औषधि विज्ञान में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। समय सीमा या वेटिंग टाइम नाम के तहत यह आपूर्ति श्रृंखला प्रबंधन और कतार सिद्धांत में क्रमशः एक केंद्रीय भूमिका निभाता है, जहां बहने वाली सामग्री आमतौर पर निरंतर के बजाय असतत होती है।

इतिहास

निवास समय की अवधारणा रासायनिक रिएक्टरों के मॉडल में उत्पन्न हुई। इस तरह का पहला मॉडल 1908 में इरविंग लैंगमुइर द्वारा एक अक्षीय फैलाव मॉडल था। इस पर 45 वर्षों तक बहुत कम ध्यान दिया गया; अन्य मॉडल विकसित किए गए थे जैसे प्लग प्रवाह रिएक्टर मॉडल और निरंतर हलचल-टैंक रिएक्टर, और वॉशआउट फ़ंक्शन की अवधारणा (इनपुट में अचानक परिवर्तन की प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व) पेश की गई थी। फिर, 1953 में, पीटर डैनकवर्ट्स ने अक्षीय फैलाव मॉडल को पुनर्जीवित किया और निवास समय की आधुनिक अवधारणा तैयार की।

वितरण

इनकमिंग फ्लो रेट f के साथ वॉल्यूम नियंत्रित करें_in, निवर्तमान प्रवाह दर च_out और राशि संग्रहीत एम

जिस समय द्रव का एक कण नियंत्रण मात्रा (जैसे जलाशय) में होता है, उसे उसकी आयु के रूप में जाना जाता है। सामान्य तौर पर, प्रत्येक कण की एक अलग आयु होती है। उम्र की घटना की आवृत्ति $\tau$ समय पर नियंत्रण मात्रा के अंदर स्थित सभी कणों के सेट में $t$ (आंतरिक) आयु वितरण के माध्यम से मात्रा निर्धारित की जाती है $I$.

जिस क्षण कोई कण नियंत्रण आयतन को छोड़ता है, उसकी आयु वह कुल समय है जो कण ने नियंत्रण आयतन के अंदर बिताया है, जिसे उसके निवास समय के रूप में जाना जाता है। उम्र की घटना की आवृत्ति $\tau$ समय पर नियंत्रण मात्रा छोड़ने वाले सभी कणों के सेट में $t$ निवास समय वितरण के माध्यम से परिमाणित किया जाता है, जिसे निकास आयु वितरण के रूप में भी जाना जाता है $E$.

दोनों वितरण सकारात्मक माने जाते हैं और उम्र के साथ एकात्मक अभिन्न होते हैं::$\int _{0}^{\infty }E(\tau ,t)\,d\tau =\int _{0}^{\infty }I(\tau ,t)\,d\tau =1$ द्रव गतिकी # स्थिर बनाम अस्थिर प्रवाह के मामले में, वितरण को समय से स्वतंत्र माना जाता है, अर्थात $\partial _{t}E=\partial _{t}I=0\;\forall t$, जो वितरण को केवल उम्र के सरल कार्यों के रूप में फिर से परिभाषित करने की अनुमति दे सकता है।

यदि प्रवाह स्थिर है (लेकिन गैर-स्थिर प्रवाह के लिए एक सामान्यीकरण संभव है और निरंतरता समीकरण # द्रव गतिकी है, तो बाहर निकलने की आयु वितरण और आंतरिक आयु वितरण एक दूसरे से संबंधित हो सकते हैं::$\left.{\begin{aligned}{\frac {\partial I}{\partial t}}={\frac {dm}{dt}}=0&\\[4pt]f_{\text{in}}=f_{\text{out}}=f&\end{aligned}}\ \right\}\implies fE=-m{\frac {\partial I}{\partial \tau }}$ के अलावा अन्य वितरण $E$ और $I$ आमतौर पर उन्हें वापस खोजा जा सकता है। उदाहरण के लिए, समय पर नियंत्रण मात्रा छोड़ने वाले कणों का अंश $t$ से अधिक या बराबर उम्र के साथ $\tau$ वाशआउट फ़ंक्शन के माध्यम से मात्रा निर्धारित की जाती है $W$, जो संचयी निकास आयु वितरण में से एक का पूरक है:

$W(\tau ,t)=1-\int _{0}^{\tau }E(s,t)\,ds$

औसत

औसत आयु और औसत निवास समय

समय t पर नियंत्रण आयतन के अंदर सभी कणों की औसत आयु आयु वितरण का पहला क्षण (गणित) है::$\tau _{a}(t)=\int _{0}^{\infty }\tau I(\tau ,t)\,d\tau$ औसत निवास समय या औसत पारगमन समय, यानी समय 'टी' पर नियंत्रण मात्रा छोड़ने वाले सभी कणों की औसत आयु, निवास समय वितरण का पहला क्षण है::$\tau _{t}(t)=\int _{0}^{\infty }\tau E(\tau ,t)\,d\tau .$

इस पीने के कुंड में है $\tau _{a}>\tau _{t}$

औसत आयु और औसत पारगमन समय आम तौर पर अलग-अलग मान होते हैं, यहां तक ​​​​कि स्थिर स्थितियों में भी:* $\tau _{a}<\tau _{t}$: उदाहरणों में एक झील में पानी शामिल है जिसमें प्रवेश और आउटलेट विपरीत दिशा में हैं और परमाणु हथियार परीक्षण और क्षोभ मंडल को फ़िल्टर करके समताप मंडल में उच्च स्तर पर परमाणु नतीजा लाया गया है।

• $\tau _{a}=\tau _{t}$: E और I चरघातांकी बंटन हैं। उदाहरणों में रेडियोधर्मी क्षय और दर समीकरण # प्रथम-क्रम प्रतिक्रिया शामिल है (जहां प्रतिक्रिया दर अभिकारक की मात्रा के समानुपाती होती है)।
• $\tau _{a}>\tau _{t}$: नियंत्रण मात्रा में प्रवेश करने वाले अधिकांश कण जल्दी से गुजरते हैं, लेकिन नियंत्रण मात्रा में निहित अधिकांश कण धीरे-धीरे गुजरते हैं। उदाहरणों में एक झील में पानी शामिल है जिसमें इनलेट और आउटलेट एक साथ होते हैं और समुद्र की सतह से उठने वाली जल वाष्प, जो अधिकांश भाग के लिए समुद्र में जल्दी लौट जाती है, जबकि बाकी के लिए वातावरण में बनी रहती है और बहुत बाद में वापस आती है। वर्षा का रूप।

टर्नओवर समय

यदि प्रवाह द्रव गतिशीलता है # स्थिर बनाम अस्थिर प्रवाह और निरंतरता समीकरण # द्रव गतिशीलता, औसत निवास समय नियंत्रण मात्रा में निहित तरल पदार्थ की मात्रा और इसके माध्यम से प्रवाह दर के बीच अनुपात के बराबर होता है::$\left.{\begin{aligned}{\frac {\partial I}{\partial t}}={\frac {dm}{dt}}=0&\\f_{\text{in}}=f_{\text{out}}=f&\end{aligned}}\ \right\}\implies \tau _{t}={\frac {m}{f}}$ इस अनुपात को आमतौर पर टर्नओवर टाइम या फ्लशिंग टाइम के रूप में जाना जाता है।जब तरल पदार्थों पर लागू किया जाता है, तो इसे हाइड्रोलिक रिटेंशन टाइम (HRT), हाइड्रोलिक रेजिडेंस टाइम या हाइड्रोलिक डिटेंशन टाइम के रूप में भी जाना जाता है। केमिकल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में इसे स्पेस टाइम के नाम से भी जाना जाता है। मिश्रण में एक विशिष्ट यौगिक का निवास समय टर्नओवर समय (यौगिक के साथ-साथ मिश्रण के बराबर) के बराबर होता है, यदि यौगिक किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है (अन्यथा इसका प्रवाह रूढ़िवादी नहीं है) और इसका एकाग्रता समान वितरण (निरंतर) है।

हालांकि निवास समय और अनुपात के बीच समानता $m/f$ यदि प्रवाह स्थिर नहीं है या यह रूढ़िवादी नहीं है, तो यह धारण नहीं करता है, यदि प्रवाह स्थिर है और औसतन रूढ़िवादी है, और किसी भी समय जरूरी नहीं है, तो यह औसतन पकड़ में आता है। ऐसी परिस्थितियों में, जो क्यूइंग सिद्धांत और आपूर्ति श्रृंखला प्रबंधन में आम हैं, संबंध को लिटिल लॉ के रूप में जाना जाता है।

सरल प्रवाह मॉडल

डिजाइन समीकरण अंतरिक्ष समय को भिन्नात्मक रूपांतरण और रिएक्टर के अन्य गुणों से संबंधित समीकरण हैं। विभिन्न प्रकार के रिएक्टर के लिए अलग-अलग डिज़ाइन समीकरण प्राप्त किए गए हैं और रिएक्टर के आधार पर औसत निवास समय का वर्णन करने वाले समीकरण कमोबेश मिलते-जुलते हैं। रिएक्टर को संचालित करने के लिए आवश्यक रिएक्टर वॉल्यूम या वॉल्यूमेट्रिक फ्लो रेट को कम करने के लिए अक्सर डिज़ाइन समीकरणों का उपयोग किया जाता है।

प्लग फ्लो रिएक्टर

एक आदर्श प्लग फ्लो रिएक्टर मॉडल (पीएफआर) में द्रव के कण उसी क्रम में निकलते हैं जिस क्रम में वे आए थे, आगे और पीछे के साथ मिश्रण नहीं। इसलिए, समय टी में प्रवेश करने वाले कण समय टी + टी पर बाहर निकल जाएंगे, सभी रिएक्टर के अंदर एक समय टी खर्च करेंगे। निवास समय वितरण तब T द्वारा विलंबित एक Dirac डेल्टा फ़ंक्शन होगा:

$E(\tau )=\delta (\tau -T)\,$

माध्य T है और प्रसरण शून्य है।

पोत के भीतर हाइड्रोडायनामिक्स के आधार पर, एक वास्तविक रिएक्टर का आरटीडी एक आदर्श रिएक्टर से विचलित होता है। एक गैर-शून्य विचरण इंगित करता है कि द्रव के पथ के साथ कुछ फैलाव है, जिसे अशांति, एक गैर-समान वेग प्रोफ़ाइल या प्रसार के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। यदि वितरण का माध्य अपेक्षित समय टी से पहले है तो यह इंगित करता है कि पोत के भीतर ठहराव बिंदु है। यदि आरटीडी वक्र एक से अधिक मुख्य चोटी दिखाता है तो यह चैनलिंग, बाहर निकलने के समानांतर पथ, या मजबूत आंतरिक परिसंचरण का संकेत दे सकता है।

पीएफआर में, अभिकारक एक छोर पर रिएक्टर में प्रवेश करते हैं और रिएक्टर के नीचे जाने पर प्रतिक्रिया करते हैं। नतीजतन, प्रतिक्रिया दर सांद्रता पर निर्भर होती है जो रिएक्टर के साथ भिन्न होती है, जिसके लिए प्रतिक्रिया दर के व्युत्क्रम को भिन्नात्मक रूपांतरण पर एकीकृत करने की आवश्यकता होती है।

$\tau =C_{AO}\int {\frac {1}{(-r_{A})}}\,df_{A}$

बैच रिएक्टर

बैच रिएक्टर वे रिएक्टर होते हैं जिनमें अभिकारकों को समय 0 पर रिएक्टर में रखा जाता है और तब तक प्रतिक्रिया करते हैं जब तक कि प्रतिक्रिया बंद न हो जाए। नतीजतन, अंतरिक्ष समय बैच रिएक्टर में औसत निवास समय के समान होता है।

$\tau =N_{AO}\int {\frac {1}{(-r_{A})V_{R}}}\,df_{A}$

निरंतर हड़कंप मच गया-टैंक रिएक्टर

एक आदर्श निरंतर हलचल-टैंक रिएक्टर (CSTR) में, इनलेट पर प्रवाह पूरी तरह से और तुरंत रिएक्टर के थोक में मिश्रित होता है। रिएक्टर और आउटलेट द्रव में हर समय समान, सजातीय रचनाएँ होती हैं। निवास समय वितरण घातीय है:

$E(\tau )={\frac {1}{T}}\exp \left({\frac {-\tau }{T}}\right).$

कहाँ; माध्य T है और प्रसरण 1 है।प्लग फ्लो रिएक्टर से एक उल्लेखनीय अंतर यह है कि सिस्टम में डाली गई सामग्री इसे पूरी तरह से कभी नहीं छोड़ेगी।

वास्तव में, इस तरह के तेजी से मिश्रण को प्राप्त करना असंभव है, क्योंकि इनलेट के माध्यम से गुजरने वाले और आउटलेट के लिए अपना रास्ता बनाने के बीच आवश्यक रूप से देरी होती है, और इसलिए एक वास्तविक रिएक्टर का आरटीडी आदर्श घातीय क्षय से विचलित हो जाएगा, विशेष रूप से बड़े रिएक्टरों के मामले में। उदाहरण के लिए, ई के अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंचने से पहले कुछ परिमित विलंब होगा और देरी की लंबाई रिएक्टर के भीतर बड़े पैमाने पर स्थानांतरण की दर को दर्शाएगी। जैसा कि एक प्लग-फ्लो रिएक्टर के लिए नोट किया गया था, प्रारंभिक माध्य पोत के भीतर कुछ स्थिर द्रव का संकेत देगा, जबकि कई चोटियों की उपस्थिति चैनलिंग, निकास के समानांतर पथ, या मजबूत आंतरिक परिसंचरण का संकेत दे सकती है। रिएक्टर के भीतर शॉर्ट-सर्किटिंग तरल पदार्थ एक आरटीडी वक्र में केंद्रित ट्रैसर की एक छोटी नाड़ी के रूप में दिखाई देगा जो इंजेक्शन के तुरंत बाद आउटलेट तक पहुंचता है। रिएक्टेंट लगातार एक टैंक में प्रवेश करते हैं और छोड़ देते हैं जहां वे मिश्रित होते हैं। नतीजतन, प्रतिक्रिया आउटलेट एकाग्रता पर निर्भर दर पर आगे बढ़ती है:

$\tau ={\frac {C_{A{\text{ in}}}-C_{A{\text{ out}}}}{-r_{A}}}\$

लामिना का प्रवाह रिएक्टर

एक लामिनार प्रवाह रिएक्टर में, द्रव एक लंबी ट्यूब या समानांतर प्लेट रिएक्टर के माध्यम से बहता है और प्रवाह ट्यूब की दीवारों के समानांतर परतों में होता है। प्रवाह का वेग त्रिज्या का एक परवलयिक कार्य है। आणविक प्रसार के अभाव में, आरटीडी है :$E(\tau )={\begin{cases}0&\tau \leq T/2\\[5pt]{\dfrac {T^{2}}{2\tau ^{3}}}&\tau >T/2.\end{cases}}$ भिन्नता अनंत है। एक वास्तविक रिएक्टर में, विसरण अंततः परतों को मिला देगा ताकि आरटीडी की पूंछ चरघातांकी हो जाए और प्रसरण परिमित हो जाए; लेकिन लामिनार प्रवाह रिएक्टरों में 1 से अधिक भिन्नता हो सकती है, सीटीएसडी रिएक्टरों के लिए अधिकतम।

रीसायकल रिएक्टर

रीसायकल रिएक्टर रीसायकल लूप वाले पीएफआर होते हैं। नतीजतन, वे पीएफआर और सीएसटी के बीच एक संकर की तरह व्यवहार करते हैं।

$\tau =C_{AO}(R+1)\int {\frac {1}{(-r_{A})}}\,df_{A}$

इन सभी समीकरणों में:$-r_{A}$ A, एक अभिकारक की खपत दर है। यह उस दर अभिव्यक्ति के बराबर है जिसमें ए शामिल है। दर अभिव्यक्ति अक्सर ए की खपत के माध्यम से भिन्नात्मक रूपांतरण से संबंधित होती है और रूपांतरण पर निर्भर तापमान परिवर्तनों के माध्यम से किसी भी के परिवर्तन के माध्यम से होती है।

चर मात्रा प्रतिक्रियाएं

कुछ प्रतिक्रियाओं में अभिकारकों और उत्पादों के घनत्व में काफी भिन्नता होती है। नतीजतन, जैसे ही प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है, प्रतिक्रिया की मात्रा बदल जाती है। यह परिवर्तनशील आयतन डिज़ाइन समीकरणों में शर्तें जोड़ता है। इस आयतन परिवर्तन को ध्यान में रखते हुए प्रतिक्रिया का आयतन बन जाता है:

$V_{R}=V_{R{\text{ initial}}}(1-\delta _{A}f_{A})$

इसे डिज़ाइन समीकरणों में प्लग करने से निम्नलिखित समीकरण बनते हैं:

बैच

$\tau =N_{AO}\int {\frac {1}{(-r_{A})V_{R}(1-\delta _{A}f_{A})}}\,df_{A}$

प्लग फ्लो रिएक्टर

$\tau =C_{AO}\int {\frac {1}{(-r_{A})(1-\delta _{A}f_{A})}}\,df_{A}$

निरंतर हड़कंप मच गया-टैंक रिएक्टर

$\tau ={\frac {C_{A{\text{ in}}}-C_{A{\text{ out}}}}{-r_{AF}(1-\delta _{A}f_{A})}}\$

आम तौर पर, जब प्रतिक्रिया तरल और ठोस चरणों में होती है तो प्रतिक्रिया के कारण आयतन में परिवर्तन इतना महत्वपूर्ण नहीं होता है कि इसे ध्यान में रखा जाए। गैस चरण में प्रतिक्रियाओं में अक्सर मात्रा में महत्वपूर्ण परिवर्तन होते हैं और इन मामलों में इन संशोधित समीकरणों का उपयोग करना चाहिए।

प्रयोगात्मक रूप से आरटीडी का निर्धारण

इनलेट पर सिस्टम में एक गैर-प्रतिक्रियाशील डाई ट्रेसर को पेश करके निवास समय वितरण को मापा जाता है। इसकी इनपुट सघनता एक ज्ञात फ़ंक्शन के अनुसार बदली जाती है और आउटपुट सघनता को मापा जाता है। अनुरेखक को द्रव की भौतिक विशेषताओं (समान घनत्व, समान चिपचिपाहट) या हाइड्रोडाइनमिक स्थितियों को संशोधित नहीं करना चाहिए और इसे आसानी से पता लगाया जाना चाहिए। सामान्य तौर पर, अनुरेखक एकाग्रता में परिवर्तन या तो एक नाड़ी या एक कदम होगा। अन्य कार्य संभव हैं, लेकिन उन्हें आरटीडी वक्र को विघटित करने के लिए अधिक गणना की आवश्यकता होती है।

पल्स प्रयोग

इस पद्धति में रिएक्टर के इनलेट पर बहुत कम मात्रा में केंद्रित ट्रेसर की शुरूआत की आवश्यकता होती है, जैसे कि यह डायराक डेल्टा फ़ंक्शन तक पहुंचता है।हालांकि एक असीम रूप से कम इंजेक्शन का उत्पादन नहीं किया जा सकता है, इसे पोत के औसत निवास समय से बहुत छोटा बनाया जा सकता है। यदि अनुरेखक का द्रव्यमान, $M$, मात्रा के एक बर्तन में पेश किया जाता है $V$ और एक अपेक्षित निवास का समय $\tau$, का परिणामी वक्र $C(t)$ निम्नलिखित संबंध द्वारा एक आयाम रहित निवास समय वितरण वक्र में परिवर्तित किया जा सकता है:

$E(t)={\frac {C(t)}{\int _{0}^{\infty }C(t)\,dt}}$

चरणीय प्रयोग

रिएक्टर इनलेट पर एक चरण प्रयोग में अनुरेखक की एकाग्रता 0 से अचानक बदल जाती है $C_{0}$. आउटलेट पर ट्रैसर की एकाग्रता को मापा जाता है और एकाग्रता को सामान्य किया जाता है $C_{0}$ गैर-आयामी वक्र प्राप्त करने के लिए $F(t)$ जो 0 से 1 तक जाता है:

$F(t)={\frac {C(t)}{C_{0}}}.$

रिएक्टर की चरण- और नाड़ी-प्रतिक्रियाएं निम्नलिखित से संबंधित हैं:

$F(t)=\int _{0}^{t}E(t')\,dt'\qquad E(t)={\frac {dF(t)}{dt}}$

पल्स प्रयोग की तुलना में स्टेप एक्सपेरिमेंट करना अक्सर आसान होता है, लेकिन यह उन कुछ विवरणों को आसान बनाता है जो पल्स रिस्पांस दिखा सकते हैं। चरण प्रतिक्रिया का एक बहुत ही उच्च गुणवत्ता वाला अनुमान प्राप्त करने के लिए प्रयोगात्मक पल्स प्रतिक्रिया को संख्यात्मक रूप से एकीकृत करना आसान है, लेकिन विपरीत स्थिति नहीं है क्योंकि एकाग्रता माप में किसी भी शोर को संख्यात्मक भेदभाव से बढ़ाया जाएगा।

अनुप्रयोग

रासायनिक रिएक्टर

यथोचित मिश्रित रिएक्टर के लिए एक आरटीडी वक्र

रासायनिक रिएक्टरों में, लक्ष्य उच्च उपज (रसायन विज्ञान) के साथ घटकों को प्रतिक्रिया देना है। एक सजातीय, प्रथम-क्रम प्रतिक्रिया में, एक परमाणु या अणु की प्रतिक्रिया की संभावना केवल उसके निवास समय पर निर्भर करती है:

$P_{\mathrm {R} }=\exp \left(-kt\right)$

दर स्थिरांक के लिए $k$. आरटीडी को देखते हुए, औसत संभावना एकाग्रता के अनुपात के बराबर होती है $a$ घटक के पहले और बाद में::${\overline {P_{\mathrm {R} }}}=a_{\mathrm {out} }/a_{\mathrm {in} }=\int _{0}^{\infty }\exp \left(-kt\right)E(t)\,dt.$ यदि प्रतिक्रिया अधिक जटिल है, तो आउटपुट आरटीडी द्वारा विशिष्ट रूप से निर्धारित नहीं होता है। यह micromixing की डिग्री पर भी निर्भर करता है, अणुओं के बीच का मिश्रण जो अलग-अलग समय पर प्रवेश करता है। यदि कोई मिश्रण नहीं है, तो कहा जाता है कि सिस्टम पूरी तरह से अलग हो गया है और आउटपुट फॉर्म में दिया जा सकता है

$a_{\mathrm {out} }=\int _{0}^{\infty }a_{\mathrm {batch} }(t)E(t)\,dt.$

दिए गए आरटीडी के लिए, मिश्रण की मात्रा पर एक ऊपरी सीमा हो सकती है, जिसे अधिकतम मिश्रण कहा जाता है, और यह प्राप्त करने योग्य उपज निर्धारित करता है। पूरी तरह से अलग और सही मिश्रण के बीच एक सतत हलचल-टैंक रिएक्टर स्पेक्ट्रम में कहीं भी हो सकता है।

कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी सिमुलेशन द्वारा रासायनिक रिएक्टरों का आरटीडी प्राप्त किया जा सकता है। प्रयोगों में की जाने वाली प्रक्रिया का ही पालन किया जा सकता है। अक्रिय ट्रेसर कणों (बहुत कम समय के दौरान) की एक पल्स को रिएक्टर में इंजेक्ट किया जाता है। अनुरेखक कणों की रेखीय गति न्यूटन के गति के दूसरे नियम द्वारा नियंत्रित होती है और द्रव और ट्रेसर के बीच एक तरफ़ा युग्मन स्थापित होता है। एक तरफ़ा युग्मन में, द्रव ट्रैसर गति को ड्रैग फोर्स द्वारा प्रभावित करता है जबकि ट्रेसर द्रव को प्रभावित नहीं करता है। अनुरेखकों का आकार और घनत्व इतना छोटा चुना जाता है कि अनुरेखकों की स्टोक्स संख्या बहुत कम हो जाती है। इस तरह, अनुरेखक कण ठीक उसी पथ का अनुसरण करते हैं जैसे द्रव करता है।

भूजल प्रवाह

भूजल के माध्यम से पर्यावरण विषाक्त पदार्थों या अन्य रसायनों के परिवहन में हाइड्रोलिक निवास समय (एचआरटी) एक महत्वपूर्ण कारक है। एक प्रदूषक एक चित्रित उपसतह अंतरिक्ष के माध्यम से यात्रा करने में जितना समय व्यतीत करता है, वह मिट्टी या चट्टान की संतृप्ति और हाइड्रोलिक चालकता से संबंधित होता है। जमीन के माध्यम से पानी की गतिशीलता के लिए सरंध्रता एक और महत्वपूर्ण योगदान कारक है (उदाहरण के लिए जल तालिका की ओर)। ताकना घनत्व और आकार के बीच प्रतिच्छेदन मीडिया के माध्यम से प्रवाह दर की डिग्री या परिमाण निर्धारित करता है। मिट्टी बनाम बजरी के माध्यम से पानी के चलने के तरीकों की तुलना करके इस विचार को चित्रित किया जा सकता है। मिट्टी में एक निर्दिष्ट ऊर्ध्वाधर दूरी के माध्यम से अवधारण समय बजरी में समान दूरी से अधिक लंबा होगा, भले ही वे दोनों उच्च सरंध्रता सामग्री के रूप में वर्णित हों। ऐसा इसलिए है क्योंकि बजरी मीडिया में मिट्टी की तुलना में छिद्रों का आकार बहुत बड़ा होता है, और इसलिए उपसतह दबाव प्रवणता और गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ काम करने वाला हाइड्रोस्टेटिक तनाव कम होता है।

खनन कार्यों के लिए अपशिष्ट रॉक बेसिनों के डिजाइन में विचार करने के लिए भूजल प्रवाह महत्वपूर्ण पैरामीटर है। अपशिष्‍ट चट्टान विषमांगी सामग्री है जिसके कण शिलाखंडों से लेकर मिट्टी के आकार के कणों तक भिन्न होते हैं, और इसमें एसिड माइन ड्रेनेज होता है जिसे इस तरह नियंत्रित किया जाना चाहिए कि वे पानी की मेज की गुणवत्ता से समझौता न करें और साथ ही अपवाह से पर्यावरणीय समस्याएं पैदा न हों। आसपास के क्षेत्रों।एक्विफर#एक्विफर और एक्वीटर्ड मिट्टी के क्षेत्र हैं जिनमें पारगम्यता की इतनी डिग्री हो सकती है कि वे आंशिक रूप से या पूरी तरह से जल प्रवाह को धीमा कर देते हैं। ये मिट्टी के लेंस पानी की मेज में रिसाव को धीमा या बंद कर सकते हैं, हालांकि अगर एक एक्वाटर्ड खंडित और दूषित है तो यह कम पारगम्यता और उच्च एचआरटी के कारण भूजल संदूषण का दीर्घकालिक स्रोत बन सकता है।

जल उपचार

See also: Activated sludge and Waste stabilization pond

अपशिष्ट जल या पीने के पानी के लिए प्राथमिक उपचार में अतिरिक्त उपचार लागू करने से पहले जितना संभव हो उतना ठोस पदार्थ निकालने के लिए एक तलछट (जल उपचार) कक्ष में बसना शामिल है।निकाली गई राशि को हाइड्रोलिक रेजिडेंस टाइम (HRT) द्वारा नियंत्रित किया जाता है।जब पानी धीमी गति से एक आयतन से बहता है, तो ठोस कणों को धारा में बनाए रखने के लिए कम ऊर्जा उपलब्ध होती है और उनके तल में बसने के लिए अधिक समय होता है। अवसादन बेसिनों के लिए विशिष्ट एचआरटी लगभग दो घंटे के होते हैं,हालांकि कुछ समूह विक्षनरी को हटाने के लिए अधिक समय की सिफारिश करते हैं: सूक्ष्म प्रदूषक जैसे फार्मास्यूटिकल्स और हार्मोन। सीवेज उपचार # अपशिष्ट जल या पीने के पानी के तृतीयक उपचार में जल शोधन अंतिम चरण है। अनुपचारित पानी में होने वाले रोगजनकों में वे शामिल हैं जो आसानी से मारे जाते हैं जैसे रोगजनक जीवाणु और पैथोजन#वायरल, और वे जो अधिक मजबूत होते हैं जैसे प्रोटोजोअन संक्रमण और माइक्रोबियल सिस्ट।कीटाणुशोधन कक्ष में उन सभी को मारने या निष्क्रिय करने के लिए पर्याप्त लंबा एचआरटी होना चाहिए।

भूतल विज्ञान

See also: Surface science

सोखना नामक प्रक्रिया में गैस या तरल के परमाणुओं और अणुओं को एक ठोस सतह पर फंसाया जा सकता है। यह एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया है जिसमें गर्मी की रिहाई शामिल है, और सतह को गर्म करने से संभावना बढ़ जाती है कि एक परमाणु एक निश्चित समय के भीतर निकल जाएगा। किसी दिए गए तापमान पर $T$, एक adsorbed परमाणु का निवास समय किसके द्वारा दिया जाता है

$\tau =\tau _{0}\exp \left({\frac {E_{\mathrm {a} }}{RT}}\right),$

कहाँ $R$ गैस स्थिर है, $E_{\mathrm {a} }$ एक सक्रियण ऊर्जा है, और $\tau _{0}$ एक प्रीफैक्टर है जो सतह परमाणुओं के कंपन समय से संबंधित होता है (आमतौर पर क्रम के $10^{-12}$ सेकंड)।

निर्वात प्रौद्योगिकी में, एक निर्वात कक्ष की सतहों पर गैसों का निवास समय गैसों के बाहर निकलने के कारण दबाव निर्धारित कर सकता है। यदि चैम्बर को गरम किया जा सकता है, तो उपरोक्त समीकरण से पता चलता है कि गैसों को बेक आउट किया जा सकता है; लेकिन यदि नहीं, तो अति उच्च वैक्यूम प्राप्त करने के लिए कम निवास समय वाली सतहों की आवश्यकता होती है।

पर्यावरण

See also: Lake retention time

पर्यावरणीय दृष्टि से, निवास समय की परिभाषा को भूजल, वातावरण, ग्लेशियरों, झीलों, धाराओं और महासागरों के साथ फिट करने के लिए अनुकूलित किया गया है। अधिक विशेष रूप से यह वह समय है जिसके दौरान जलीय चक्र के आसपास जारी रहने से पहले पानी एक जलभृत, झील, नदी या अन्य जल निकाय के भीतर रहता है। शामिल समय हाइड्रोलिक चालकता के लिए बहुत कम मूल्यों के साथ गहरे जलभृतों के लिए लाखों वर्षों के लिए उथले बजरी जलभृतों के लिए दिनों से भिन्न हो सकता है। नदियों में पानी का निवास समय कुछ दिनों का होता है, जबकि बड़ी झीलों में निवास का समय कई दशकों तक होता है। महाद्वीपीय बर्फ की चादरों का निवास समय सैकड़ों हजारों वर्ष है, कुछ दशकों में छोटे हिमनदों का।

प्रदूषकों तक पहुंचने में लगने वाले समय की मात्रा और भूजल पेयजल स्रोत में जल संदूषण और यह किस सांद्रता पर पहुंचेगा, यह निर्धारित करने के लिए भूजल निवास समय के अनुप्रयोग उपयोगी होते हैं। यह विपरीत प्रभाव के लिए भी काम कर सकता है यह निर्धारित करने के लिए कि कब तक भूजल स्रोत प्रवाह, बहिर्वाह और मात्रा के माध्यम से अनियंत्रित हो जाता है। झीलों और जलधाराओं के रहने का समय झील में प्रदूषकों की सघनता और स्थानीय आबादी और समुद्री जीवन को कैसे प्रभावित कर सकता है, यह निर्धारित करने के लिए भी महत्वपूर्ण है।

जल विज्ञान, पानी का अध्ययन, निवास समय के संदर्भ में जल बजट पर चर्चा करता है। जीवन के प्रत्येक अलग चरण (ग्लेशियर, वायुमंडल, महासागर, झील, जलधारा, नदी) में पानी जितना समय व्यतीत करता है, उसका उपयोग पृथ्वी पर सभी पानी के संबंध और यह अपने विभिन्न रूपों में कैसे संबंधित है, यह दिखाने के लिए किया जाता है।

फार्माकोलॉजी

दवाओं का एक बड़ा वर्ग एंजाइम अवरोधक है जो शरीर में एंजाइमों को बांधता है और उनकी गतिविधि को रोकता है। इस मामले में यह दवा-लक्षित निवास समय (दवा की अवधि लक्ष्य के लिए बाध्य रहती है) है जो कि ब्याज की है। लंबे समय तक रहने वाली दवाएं वांछनीय हैं क्योंकि वे लंबे समय तक प्रभावी रहती हैं और इसलिए उन्हें कम खुराक में इस्तेमाल किया जा सकता है। यह निवास समय बातचीत के फार्माकोकाइनेटिक्स द्वारा निर्धारित किया जाता है,जैसे लक्ष्य और दवा के आकार और आवेश कितने पूरक हैं और क्या बाहरी विलायक के अणुओं को बाध्यकारी साइट से बाहर रखा जाता है (जिससे उन्हें किसी भी बंधन को तोड़ने से रोका जा सके), और हदबंदी (रसायन विज्ञान) के आधे जीवन के लिए आनुपातिक है। निवास समय को मापने का एक तरीका एक पूर्व-उष्मायन-कमजोर पड़ने वाले प्रयोग में है जहां एक लक्ष्य एंजाइम अवरोधक के साथ ऊष्मायन किया जाता है, संतुलन तक पहुंचने की अनुमति दी जाती है, फिर तेजी से पतला होता है। उत्पाद की मात्रा को मापा जाता है और उस नियंत्रण से तुलना की जाती है जिसमें कोई अवरोधक नहीं जोड़ा जाता है।

निवास समय उस समय की मात्रा को भी संदर्भित कर सकता है जो एक दवा शरीर के उस हिस्से में खर्च करती है जहां उसे अवशोषित करने की आवश्यकता होती है। निवास का समय जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक अवशोषित किया जा सकता है। यदि दवा मौखिक रूप में दी जाती है और जठरांत्र पथ के लिए नियत होती है, तो यह आमतौर पर भोजन के साथ चलती है और इसका निवास समय लगभग भोजन का होता है। यह आम तौर पर अवशोषण के लिए 3 से 8 घंटे की अनुमति देता है। यदि दवा मुंह में एक श्लेष्मा झिल्ली के माध्यम से वितरित की जाती है, तो रहने का समय कम होता है क्योंकि लार इसे धो देती है। इस निवास समय को बढ़ाने की रणनीतियों में जैव चिपकने वाला पॉलिमर, गोंद, गले की गोलियां और सूखे पाउडर शामिल हैं।

जैव रासायनिक

आकार-अपवर्जन क्रोमैटोग्राफी में, अणु का निवास समय इसकी मात्रा से संबंधित होता है, जो इसके आणविक भार के लगभग आनुपातिक होता है। निवास समय निरंतर किण्वन के प्रदर्शन को भी प्रभावित करता है।

माइक्रोबियल ईंधन सेल रासायनिक ऊर्जा को कार्बनिक पदार्थ से बिजली में परिवर्तित करने के लिए एनोडोफिल्स (वैद्युतीयऋणात्मकता बैक्टीरिया) की चयापचय प्रक्रियाओं का उपयोग करता है। एक जैव ईंधन सेल तंत्र में एक एनोड और एक कैथोड होता है जो एक आंतरिक प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम) द्वारा अलग किया जाता है और बाहरी लोड के साथ बाहरी सर्किट में जुड़ा होता है। एनोडोफिल्स एनोड पर बढ़ते हैं और इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और कार्बन डाईऑक्साइड गैस का उत्पादन करने के लिए बायोडिग्रेडेबल कार्बनिक अणुओं का उपभोग करते हैं, और जैसे ही इलेक्ट्रॉन सर्किट के माध्यम से यात्रा करते हैं, वे बाहरी भार को खिलाते हैं।इस एप्लिकेशन के लिए एचआरटी वह दर है जिस पर एनोडिक कक्ष के माध्यम से फ़ीड अणुओं को पारित किया जाता है।यह एनोडिक कक्ष की मात्रा को उस दर से विभाजित करके निर्धारित किया जा सकता है जिस पर फ़ीड समाधान कक्ष में पारित किया जाता है।हाइड्रोलिक निवास समय (एचआरटी) सूक्ष्मजीवों की सब्सट्रेट लोडिंग दर को प्रभावित करता है जो एनोडोफिल्स उपभोग करते हैं, जो विद्युत उत्पादन को प्रभावित करता है। लंबे समय तक एचआरटी एनोडिक कक्ष में सब्सट्रेट लोडिंग को कम करते हैं जिससे पोषक तत्वों की कमी होने पर एनोडोफाइल आबादी और प्रदर्शन कम हो सकता है।छोटे एचआरटी exoelectrogen बैक्टीरिया के विकास का समर्थन करते हैं जो ईंधन सेल के फैराडे दक्षता इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन को कम कर सकते हैं यदि एनोडोफाइल को संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा करनी चाहिए या यदि उनके पास पोषक तत्वों को प्रभावी ढंग से कम करने के लिए पर्याप्त समय नहीं है।

यह भी देखें

• Anaerobic digestion § Residence time
• बेसफ्लो निवास समय
• Estuarine water circulation § Residence time
• झील प्रतिधारण समय
• माइक्रोमिक्सिंग
• प्लग फ्लो रिएक्टर का आरटीडी अध्ययन
• Water cycle § Residence times

अग्रिम पठन

• Davis, M; Masten, Susan (2013). Principles of environmental engineering and science. New York: McGraw Hill. ISBN 9780077492199.
• Leckner, Bo; Ghirelli, Frederico (2004). "Transport equation for local residence time of a fluid". Chemical Engineering Science. 59 (3): 513–523. doi:10.1016/j.ces.2003.10.013.
• Lee, Peter I.D.; Amidon, Gordon L. (1996). "2. Time constant approach". Pharmacokinetic analysis : a practical approach. Lancaster, Penn.: Technomic Pub. pp. 15–60. ISBN 9781566764254.</ref>
• MacMullin, R.B.; Weber, M. (1935). "The theory of short-circuiting in continuous-flow mixing vessels in series and kinetics of chemical reactions in such systems". Transactions of American Institute of Chemical Engineers. 31 (2): 409–458.
• Montgomery, Carla W. (2013). Environmental Geology (10th ed.). McGraw-Hill Education. ISBN 9781259254598.
• Nauman, E. Bruce (2004). "Residence Time Distributions". Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice. Wiley Interscience. pp. 1–17. ISBN 0-471-26919-0.
• Rowland, Malcolm; Tozer, Thomas N. (2011). Clinical Pharmacokinetics and Pharmacodynamics: Concepts and Applications (4th ed.). New York, NY: Lippincott Williams and Wilkins. ISBN 9780781750097.
• Wolf, David; Resnick, William (November 1963). "Residence Time Distribution in Real Systems". Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 2 (4): 287–293. doi:10.1021/i160008a008.

बाहरी संबंध

• Mean residence time (MRT): Understanding how long drug molecules stay in the body
• Calculate the Hydraulic Retention Time (Lenntech)