निवास समय

तरल पदार्थ पार्सल का निवास समय वह कुल समय होता है जो पार्सल ने एक नियंत्रण मात्रा के अंदर बिताया होता है (उदाहरण के लिए: एक रासायनिक रिएक्टर, एक झील, एक मानव शरीर)। पार्सल के एक समुच्चय (गणित) का निवास समय समुच्चय में निवास समय की आवृत्ति (सांख्यिकी) के संदर्भ में निर्धारित किया जाता है, जिसे निवास समय वितरण (RTD) के रूप में जाना जाता है, या इसे औसत निवास समय के रूप में भी जाना जाता है।

निवास का समय रसायन विज्ञान और विशेष रूप से पर्यावरण विज्ञान और औषधशास्त्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। समय सीमा या प्रतीक्षा समय नाम के अंतर्गत यह आपूर्ति श्रृंखला प्रबंधन और कतार सिद्धांत में क्रमशः एक केंद्रीय भूमिका निभाता है, जहाँ बहने वाली सामग्री सामान्यतः निरंतर के अतिरिक्त असतत होती है।

इतिहास

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

वितरण

आने वाली प्रवाह दर f_in, निवर्तमान प्रवाह दर f_out और संग्रहीत मात्र को नियंत्रित करता है

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

जिस क्षण कोई कण नियंत्रण आयतन को छोड़ता है, उसकी आयु वह कुल समय कि होती है जो कण ने नियंत्रण आयतन के अंदर समय बिताया था, 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 समुच्चय में $t$ निवास समय वितरण के माध्यम से परिमाणित किया जाता है, जिसे निकास आयु वितरण $E$ के रूप में भी जाना जाता है।

दोनों वितरण सकारात्मक माने जाते हैं और उम्र के साथ एकात्मक अभिन्न अंग माने जाते हैं::$\int _{0}^{\infty }E(\tau ,t)\,d\tau =\int _{0}^{\infty }I(\tau ,t)\,d\tau =1$

प्रवाह की स्थतियों 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 पुनः परिभाषित करने की अनुमति दे सकता है।

यदि प्रवाह स्थिर होता है (लेकिन गैर-स्थिर प्रवाह के लिए एक सामान्यीकरण संभव होता है) और रुढ़िवादी होता है, तो बाहर निकलने की आयु वितरण और आंतरिक आयु वितरण एक दूसरे से संबंधित हो सकते हैं:

$\left.{\begin{aligned}{\frac {\partial I}{\partial t}}={\frac {dm}{dt}}=0&\\[4pt]f_{\text{in}}=f_{\text{out}}=f&\end{aligned}}\ \right\}\implies fE=-m{\frac {\partial I}{\partial \tau }}$

इसके अतिरिक्त अन्य वितरण $E$ और $I$ सामान्यतः उन्हें वापस प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, समय पर नियंत्रण मात्रा छोड़ने वाले कणों का अंश $t$ से अधिक या बराबर उम्र $\tau$ के साथ वाशआउट फ़ंक्शन $W$ के माध्यम से मात्रा निर्धारित की जाती है, जो संचयी निकास आयु वितरण में से एक का पूरक होता 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 वितरण का प्रथम क्षण (गणित) होता है:

$\tau _{a}(t)=\int _{0}^{\infty }\tau I(\tau ,t)\,d\tau$

औसत निवास समय या औसत पारगमन समय,अर्थात् समय 'टी' पर नियंत्रण मात्रा छोड़ने वाले सभी कणों की औसत आयु, निवास समय वितरण का प्रथम क्षण होता है:

$\tau _{t}(t)=\int _{0}^{\infty }\tau E(\tau ,t)\,d\tau .$

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

औसत आयु और औसत पारगमन समय के सामान्यतः भिन्न-भिन्न मान होते हैं, यहां तक ​​​​कि स्थिर स्थितियों में भी इनके मान भिन्न-भिन्न होते है:

• $\tau _{a}<\tau _{t}$: उदाहरणों में एक झील में पानी सम्मलित होता है जिसमें प्रवेश और निकास विपरीत दिशा में होता हैं और रेडियोधर्मी सामग्री को परमाणु बम परीक्षण द्वारा समताप मंडल में उच्च स्तर पर लाया जाता है और क्षोभ मंडल में फ़िल्टर किया जाता है।

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

आवर्त काल

यदि प्रवाह स्थिर और रूढिवादी होता है, तो औसत निवास समय नियंत्रण मात्रा में निहित तरल पदार्थ की मात्रा और इसके माध्यम से प्रवाह दर के बीच के 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 सामान्यतः आवर्त काल या फ्लशिंग समय के रूप में जाना जाता है।जब इसे तरल पदार्थों पर लागू किया जाता है, तो इसे हाइड्रोलिक रिटेंशन समय (HRT), हाइड्रोलिक रेजिडेंस समय या हाइड्रोलिक डिटेंशन समय के रूप में भी जाना जाता है। केमिकल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में इसे अंतरिक्ष समय के नाम से भी जाना जाता है।

मिश्रण में एक विशिष्ट यौगिक का निवास समय आवर्त काल (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 इसकी एकाग्रता का समान वितरण (निरंतर) होता है।

यद्यपि यदि प्रवाह स्थिर या यह रूढ़िवादी नहीं होते है, तो निवास समय और अनुपात $m/f$ के बीच समानता स्थिर नहीं रहतीं है, यदि प्रवाह स्थिर और औसतन रूढ़िवादी होता है, और किसी भी समय महत्वपूर्ण नहीं होता है। ऐसी परिस्थितियों जो कतार सिद्धांत और आपूर्ति श्रृंखला प्रबंधन में समान्य होती हैं, इस संबंध को लिटिल लॉ के रूप में जाना जाता है।

सरल प्रवाह नमूना

डिजाइन समीकरण अंतरिक्ष समय को भिन्नात्मक रूपांतरण और रिएक्टर के अन्य गुणों से संबंधित समीकरण होता हैं। विभिन्न प्रकार के रिएक्टरों के लिए अलग-अलग डिज़ाइन समीकरण तैयार किए जाते हैं और रिएक्टर के आधार पर औसत निवास समय का वर्णन करने वाले समीकरण अधिक या कम मिलते-जुलते हैं। रिएक्टर को संचालित करने के लिए आवश्यक रिएक्टर वॉल्यूम या वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर को कम करने के लिए प्रायः डिज़ाइन समीकरणों का उपयोग किया जाता है।

प्लग प्रवाह रिएक्टर

एक आदर्श प्लग प्रवाह रिएक्टर नमूना (PFRs) में द्रव के कण उसी क्रम में निकलते हैं जिस क्रम में वे आए थे, आगे और पीछे के साथ मिश्रित नहीं होते है। इसलिए, समय t में प्रवेश करने वाले कण समय t + T पर बाहर निकल जाते है, और सभी रिएक्टरों के अंदर एक समय T व्यतीत करते है। निवास समय वितरण तब T द्वारा विलंबित एक डिराक डेल्टा फ़ंक्शन होता है:

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

जहाँ माध्य T है और प्रसरण शून्य होता है।

एक वास्तविक रिएक्टर का आरटीडी एक आदर्श रिएक्टर से विचलित होता है पोत के भीतर हाइड्रोडायनामिक्स पर निर्भर करता है। एक गैर-शून्य विचरण इंगित करता है कि द्रव के पथ के साथ कुछ फैलाव होता है, जिसे अशांति, एक गैर-समान वेग प्रोफ़ाइल या प्रसार के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। यदि वितरण का माध्य अपेक्षित समय T से पहले है तो यह इंगित करता है कि पोत के भीतर ठहराव बिंदु उपस्थित होता 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।

PFRs में, अभिकारक एक छोर पर रिएक्टर में प्रवेश करते हैं और रिएक्टर के नीचे जाने पर प्रतिक्रिया करते हैं। परिणामस्वरूप, 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। 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 उत्तेजित-टैंक रिएक्टर

एक आदर्श निरंतर उत्तेजित-टैंक रिएक्टर (CSTR) में, इनलेट पर प्रवाह पूर्ण रूप से और तुरंत रिएक्टर के बड़े भाग में मिश्रित होता है। रिएक्टर और आउटलेट द्रव में हर समय समान, सजातीय रचनाएँ होती हैं। निवास समय वितरण घातीय होता है:

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

जहाँ; माध्य T है और प्रसरण 1 होता है।प्लग प्रवाह रिएक्टर से एक उल्लेखनीय अंतर यह है कि प्रणाली में डाली गई सामग्री इसे पूर्ण रूप से कभी नहीं छोडती है।

वास्तव में, इस तरह के मिश्रण को अतिशीघ्र प्राप्त करना असंभव होता 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 जाता है, विशेष रूप से बड़े रिएक्टरों की स्थतियों में होता है। उदाहरण के लिए, E के अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंचने से पहले कुछ परिमित विलंब होता है और विलंब की लंबाई रिएक्टर के भीतर बड़े पैमाने पर स्थानांतरण की दर को दर्शाती है। जैसा कि एक प्लग-प्रवाह रिएक्टर के लिए नोट किया गया था, प्रारंभिक माध्य पोत के भीतर कुछ स्थिर द्रव का संकेत देता है, जबकि कई चोटियों की उपस्थिति चैनलिंग, निकास के समानांतर पथ, या मजबूत आंतरिक परिसंचरण का संकेत देती है। रिएक्टर के भीतर शॉर्ट-परिपथ टिंग तरल पदार्थ एक आरटीडी वक्र में केंद्रित ट्रैसर की एक छोटी नाड़ी के रूप में दिखाई देता है 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। परिणामस्वरूप, 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 होता है। आणविक प्रसार के अभाव में, आरटीडी इस प्रकार होता है

$E(\tau )={\begin{cases}0&\tau \leq T/2\\[5pt]{\dfrac {T^{2}}{2\tau ^{3}}}&\tau >T/2.\end{cases}}$

विचरण अनंत होती है। एक वास्तविक रिएक्टर में, विसरण अंततः परतों को मिला देता है जिससे आरटीडी की पूंछ चरघातांकी हो जाती है और प्रसरण परिमित हो हो जाता है; लेकिन लामिनार प्रवाह रिएक्टरों में अधिकतम 1 से अधिक भिन्नता होती है।

रीसायकल रिएक्टर

रीसायकल रिएक्टर रीसायकल लूप वाले PFRs होते हैं। परिणामस्वरूप, वे PFRs और CSTRs 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 होती है जिसमें A सम्मलित होता है। दर अभिव्यक्ति अधिकांशतः A की उपभोग 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। परिणामस्वरूप, जैसे ही प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है, प्रतिक्रिया की मात्रा बदल जाती है। यह परिवर्तनशील आयतन डिज़ाइन समीकरणों में नियम जोड़ता है। इस आयतन परिवर्तन को ध्यान में रखते पर 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 प्रवाह रिएक्टर

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

निरंतर उत्तेजित-टैंक रिएक्टर

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

सामान्यतः, 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 अधिक मात्रा में महत्वपूर्ण परिवर्तन होते हैं और इन स्थतियों में इन संशोधित समीकरणों का उपयोग किया जाता है।

प्रयोगात्मक रूप से आरटीडी(RTD) का निर्धारण

इनलेट पर प्रणाली में एक गैर-प्रतिक्रियाशील डाई ट्रेसर (अनुरेखक) को प्रस्तुत 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। सामान्यतः, अनुरेखक एकाग्रता में परिवर्तन या तो एक पल्स या एक कदम होता है। अन्य कार्य संभव होता 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 अनुरेखक की प्रारंभ की आवश्यकता होती है, जिससे यह डायराक डेल्टा फ़ंक्शन तक पहुंचता है।यद्यपि एक असीम रूप से कम इंजेक्शन का उत्पादन नहीं किया जाता है, इसे पोत के औसत निवास समय से बहुत छोटा बनाया जाता है। यदि अनुरेखक का द्रव्यमान, $M$ मात्रा को, आयतन $V$ के एक बर्तन में प्रस्तुत किया जाता है और एक अपेक्षित निवास समय $\tau$, का परिणामी वक्र $C(t)$ निम्नलिखित संबंध द्वारा एक आयाम रहित निवास समय वितरण वक्र में परिवर्तित किया जाता 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 बदलकर $C_{0}$ हो जाती है। आउटलेट पर अनुरेखक की एकाग्रता को मापा जाता है और एकाग्रता $C_{0}$ को सामान्य किया जाता है 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 पल्स-प्रतिक्रियाएं निम्नलिखित से संबंधित होती हैं:

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

पल्स प्रयोग की तुलना में चरणबद्ध करना प्रायः 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 होता है, लेकिन विपरीत स्थिति में नहीं होता है क्योंकि एकाग्रता माप में किसी भी कोलाहलपूर्ण को संख्यात्मक अंतर से बढ़ाया जा सकता है।

अनुप्रयोग

रासायनिक रिएक्टर

यथोचित मिश्रित रिएक्टर के लिए एक आरटीडी वक्र

रासायनिक रिएक्टरों में, लक्ष्य घटकों को उच्च उपज के साथ प्रतिक्रिया करना होता 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 $k$ के लिए आरटीडी को देखते हुए, औसत संभावना एकाग्रता $a$ के अनुपात के घटक के पहले और बाद के बराबर होती है:${\overline {P_{\mathrm {R} }}}=a_{\mathrm {out} }/a_{\mathrm {in} }=\int _{0}^{\infty }\exp \left(-kt\right)E(t)\,dt.$

यदि प्रतिक्रिया अधिक जटिल होती है, तो आउटपुट आरटीडी द्वारा विशिष्ट रूप से निर्धारित नहीं होता है। यह माइक्रोमिक्सिंग की डिग्री पर भी निर्भर करता है, अणुओं के बीच का मिश्रण जो अलग-अलग समय पर प्रवेश करता है। यदि कोई मिश्रण नहीं होता है, तो कहा जाता है कि प्रणाली 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 होती 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 उत्तेजित-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 अनुरेखक 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 अनुरेखक गति को ड्रैग बल द्वारा प्रभावित करता है जबकि अनुरेखक 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 (HRT) एक महत्वपूर्ण कारक होता 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। धरती के माध्यम से पानी की गतिशीलता के लिए सरंध्रता एक और महत्वपूर्ण योगदान कारक होता है (उदाहरण के लिए जल तालिका की ओर)। छिद्र 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 जाता है। मिट्टी में एक निर्दिष्ट ऊर्ध्वाधर दूरी के माध्यम से अवधारण समय बजरी में समान दूरी से अधिक लंबा होता है, भले ही वे दोनों उच्च सरंध्रता सामग्री के रूप में वर्णित होते हों। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि बजरी मीडिया में मिट्टी की तुलना में छिद्रों का आकार बहुत बड़ा होता है, और इसलिए उपसतह दबाव प्रवणता और गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध 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 होता है। अपशिष्‍ट चट्टान विषमांगी सामग्री होती 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 आसपास के क्षेत्रों में अपवाह से पर्यावरणीय समस्याएं पैदा न हों। एक्वीटर्ड मिट्टी के क्षेत्र में उपस्थित होते 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, यघपि अगर एक एक्वाटर्ड खंडित और दूषित होता है तो यह कम पारगम्यता और उच्च HRT के कारण भूजल संदूषण का दीर्घकालिक स्रोत बन जाता है।

जल उपचार

See also: सक्रिय कीचड़ and अपशिष्ट स्थिरीकरण तालाब

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 सम्मलित होता है।निकाली गई राशि को हाइड्रोलिक रेजिडेंस समय (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 HRT लगभग दो घंटे के होते हैं,यघपि कुछ समूह विक्षनरी को हटाने के लिए सूक्ष्म प्रदूषक जैसे फार्मास्यूटिकल्स और हार्मोन में अधिक समय की आवश्कता होती हैं।

कीटाणुशोधन अपशिष्ट जल या पीने के पानी के तृतीयक उपचार में अंतिम चरण होता है। अनुपचारित पानी में होने वाले रोगजनकों में वे सम्मलित होते हैं जो आसानी से मारे जाते हैं जैसे रोगजनक जीवाणु, और वे जो प्रोटोजोअन संक्रमण और माइक्रोबियल सिस्ट जैसे अधिक मजबूत होते हैं।कीटाणुशोधन कक्ष में उन सभी को मारने या निष्क्रिय करने के लिए पर्याप्त लंबा HRT की आवश्कता होती है।

भूतल विज्ञान

See also: भूतल विज्ञान

अधिशोषण नामक प्रक्रिया में गैस या तरल के परमाणुओं और अणुओं को एक ठोस सतह पर फंसाया(ट्रैप) जाता है। यह एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया होती है जिसमें ताप का निर्गमन सम्मलित होती 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 अधिशोषित परमाणु का निवास समय इसके 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 होता है जो सतह परमाणुओं के कंपन समय से संबंधित होता है (सामान्यतः $10^{-12}$सेकंड के क्रम में होता है )।

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

पर्यावरण

See also: झील प्रतिधारण समय

पर्यावरणीय दृष्टि से, निवास समय की परिभाषा को भूजल, वातावरण, ग्लेशियरों, झीलों, धाराओं और महासागरों के साथ स्थापित करने के लिए अनुकूलित किया जाता है। अधिक विशेष रूप से यह वह समय होता है जिसके समयावधि में जलीय चक्र के आसपास आगे बढ़ते रहने से पहले पानी एक जलभृत, झील, नदी या अन्य जल निकाय के भीतर रहता है। सम्मलित 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 कुछ दशकों में छोटे हिमनदों का निवास समय सैकड़ों हजारों वर्षका होता है ।

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 होता 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 में होता है और यह अपने विभिन्न रूपों में कैसे संबंधित है, यह दिखाने के लिए किया जाता है।

फार्माकोलॉजी

दवाओं का एक बड़ा वर्ग एंजाइम अवरोधक होता है जो शरीर में एंजाइमों को बांधता है और उनकी गतिविधि को रोकता है। इस स्थिति में यह दवा-लक्षित निवास समय (दवा की अवधि लक्ष्य के लिए बाध्य रहती है) होता है। लंबे समय तक रहने वाली दवाएं वांछनीय होती हैं क्योंकि वे लंबे समय तक प्रभावी रहती हैं और इसलिए उन्हें कम खुराक में उपयोग किया जाता है। यह निवास समय सहभागिता को फार्माकोकाइनेटिक्स द्वारा निर्धारित किया जाता है,जैसे लक्ष्य और दवा के आकार और आवेश कितने पूरक होते 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 होते है। निवास समय को मापने का एक विधि एक पूर्व-उष्मायन-कमजोर पड़ने वाले प्रयोग में होती है जहां एक लक्ष्य एंजाइम अवरोधक के साथ ऊष्मायन किया जाता है, संतुलन तक पहुंचने की अनुमति दी जाती है, फिर शीघ्र 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 भाग में व्यय करती है जहां उसे अवशोषित करने की आवश्यकता होती है। निवास का समय जितना अधिक होता है, उतना ही अधिक अवशोषित किता है। यदि दवा मौखिक रूप में दी जाती है और जठरांत्र पथ के लिए नियत होती है, तो यह सामान्यतः भोजन के साथ चलती है और इसका निवास समय लगभग भोजन का होता है। यह सामान्रयतः 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 सम्मलित होते 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 कोशिका रासायनिक ऊर्जा को कार्बनिक पदार्थ से बिजली में परिवर्तित करने के लिए एनोडोफिल्स (वैद्युतीयऋणात्मकता जीवाणु ) की चयापचय प्रक्रियाओं का उपयोग करता है। एक जैव ईंधन कोशिका व्यवस्था में एक एनोड और एक कैथोड होता है जो एक आंतरिक प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली (PEM) द्वारा अलग किया जाता है और बाहरी लोड के साथ बाहरी परिपथ 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 परिपथ के माध्यम से यात्रा करते हैं, वे बाहरी भार की पूर्ति करते हैं।इस एप्लिकेशन के लिए HRT वह दर होती 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 (HRT) सूक्ष्मजीवों की सब्सट्रेट लोडिंग दर को प्रभावित करता है जो एनोडोफिल्स उपभोग करते हैं, जो विद्युत उत्पादन को प्रभावित करता है। लंबे समय तक HRT 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 HRT एक्सोइलेक्ट्रोजेनस जीवाणु के विकास का समर्थन करते हैं जो ईंधन कोशिका 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 होता है।

यह भी देखें

• एनारोबिक पाचन § निवास समय
• बेसफ्लो निवास समय
• एस्टुरीन जल परिसंचरण § निवास समय
• झील प्रतिधारण समय
• माइक्रोमिक्सिंग
• प्लग फ्लो रिएक्टर का आरटीडी अध्ययन
• जल चक्र § निवास समय

अग्रिम पठन

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बाहरी संबंध

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