Время жительства

Время пребывания посылки с жидкостью - это общее время, которое посылка провела в контрольном объеме (например, в химическом реакторе , озере , теле человека ). Время пребывания набора участков количественно оценивается с точки зрения частотного распределения времени пребывания в наборе, которое известно как распределение времени пребывания (RTD) , или с точки зрения его среднего значения, известного как среднее время пребывания .

Время пребывания играет важную роль в химии и особенно в науке об окружающей среде и фармакологии . Под названием « время выполнения заказа» или « время ожидания» оно играет центральную роль соответственно в управлении цепочкой поставок и теории очередей , где поток материалов обычно дискретен, а не непрерывен.

История [ править ]

Концепция времени пребывания возникла в моделях химических реакторов. Первая такая модель была осевая дисперсия модели с помощью Ирвинг Ленгмюры в 1908. Это уделялось мало внимания в течение 45 лет; были разработаны другие модели, такие как модель реактора идеального вытеснения и реактор непрерывного действия с мешалкой , а также была представлена ​​концепция функции вымывания (представляющей реакцию на внезапное изменение входной мощности). Затем, в 1953 году, Питер Данквертс воскресил модель осевой дисперсии и сформулировал современную концепцию времени пребывания. ^[1]

Распределения [ править ]

Время, в течение которого частица жидкости находилась в контрольном объеме (например, резервуаре), называется ее возрастом . Как правило, каждая частица имеет разный возраст. Частота появления возраста в наборе всех частиц, которые находятся внутри контрольного объема во время , количественно оценивается с помощью (внутреннего) распределения возраста . ^[2]${\ Displaystyle \ тау}$${\ displaystyle t}$ ${\ displaystyle I}$

В тот момент, когда частица покидает контрольный объем, ее возраст - это общее время, которое частица провела внутри контрольного объема, которое известно как время ее пребывания . Частота появления возраста в наборе всех частиц, покидающих контрольный объем в определенный момент , количественно определяется с помощью распределения времени пребывания , также известного как распределение возраста на выходе . ^[2]${\ Displaystyle \ тау}$${\ displaystyle t}$ ${\ displaystyle E}$

Предполагается, что оба распределения положительны и имеют единый интеграл по возрасту: ^[2]

${\ Displaystyle \ int _ {0} ^ {\ infty} E (\ tau, t) \, d \ tau = \ int _ {0} ^ {\ infty} I (\ tau, t) \, d \ tau = 1}$

В случае установившегося потока предполагается, что распределения не зависят от времени, то есть , что может позволить переопределить распределения как простые функции только от возраста.${\displaystyle \partial _{t}E=\partial _{t}I=0\;\forall t}$

Если поток устойчивый (но возможно обобщение на нестационарный поток ^[3] ) и консервативен , то возрастное распределение выхода и внутреннее возрастное распределение могут быть связаны друг с другом: ^[2]

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

Распределения, отличные от и, обычно можно проследить до них. Например, доля частиц, покидающих контрольный объем во время с возрастом, большим или равным, чем , количественно определяется с помощью функции вымывания , которая является дополнением к одному из кумулятивного распределения возрастов на выходе:${\displaystyle E}$${\displaystyle I}$${\displaystyle t}$${\displaystyle \tau }$ ${\displaystyle W}$

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

Средние [ править ]

Средний возраст и среднее время проживания [ править ]

Средний возраст всех частиц внутри контрольного объема в момент времени т является первым моментом распределения возраста: ^{[2] [3]}

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

Среднее время пребывания или среднее время прохождения частиц , покидающих объем управления в момент времени т первый момент распределения по времени пребывания: ^{[2] [3]}

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

Средний возраст и среднее время прохождения обычно имеют разные значения даже в стационарных условиях: ^[2]

• ${\displaystyle \tau _{a}<\tau _{t}}$: примеры включают воду в озере с входом и выходом на противоположных сторонах, а также радиоактивный материал, попавший высоко в стратосферу в результате испытания ядерной бомбы и фильтрующийся до тропосферы .
• ${\displaystyle \tau _{a}=\tau _{t}}$: E и I - экспоненциальные распределения . Примеры включают радиоактивный распад и химические реакции первого порядка (где скорость реакции пропорциональна количеству реагента ).
• ${\displaystyle \tau _{a}>\tau _{t}}$: большинство частиц, попадающих в контрольный объем, проходят быстро, но большинство частиц, содержащихся в контрольном объеме, проходят через него медленно. Примеры включают воду в озере с входом и выходом, которые расположены близко друг к другу, и водяной пар, поднимающийся с поверхности океана, который по большей части быстро возвращается в океан, в то время как остальное остается в атмосфере и возвращается намного позже в форма дождя. ^[2]

Время оборота [ править ]

Если поток устойчивый и консервативный , среднее время пребывания равно отношению количества жидкости, содержащейся в контрольном объеме, и скорости потока через него: ^[2]

${\displaystyle \left.{\begin{aligned}{\frac {\partial I}{\partial t}}={\frac {dm}{dt}}=0&\\f_{\text{in}}=f_{\text{out}}=f&\end{aligned}}\ \right\}\implies \tau _{t}={\frac {m}{f}}}$

Этот коэффициент обычно известен как время оборота или время промывки . ^[4] Применительно к жидкостям он также известен как время гидравлического удерживания ( HRT ), время гидравлического удерживания или время гидравлического удержания . ^[5] В области химической инженерии это также известно как пространство-время . ^[6]

Обратите внимание, что время пребывания определенного соединения в смеси равно времени оборота (как соединения, так и смеси) только в том случае, если соединение не участвует в какой-либо химической реакции (в противном случае его поток не консервативный) и его концентрация однородна . ^[3]

Хотя эквивалентность между временем пребывания и соотношение не выполняется , если поток не является стационарным или не консервативным, он делает удержание в среднем , если поток устойчив и консервативный в среднем , и не обязательно в любой момент времени . В таких условиях, которые являются обычными для теории очередей и управления цепочками поставок , отношение известно как закон Литтла .${\displaystyle m/f}$

Простые модели потока [ править ]

Расчетные уравнения - это уравнения, связывающие пространственное время с дробной конверсией и другими свойствами реактора. Для различных типов реакторов были выведены различные расчетные уравнения, и в зависимости от реактора уравнение более или менее похоже на уравнение, описывающее среднее время пребывания. Часто уравнения конструкции используются для минимизации объема реактора или объемного расхода, необходимого для работы реактора. ^[7]

Реактор с поршневым потоком [ править ]

В идеальном реакторе с поршневым потоком (PFR) частицы жидкости уходят в том же порядке, в котором они прибыли, не смешиваясь с частицами впереди и сзади. Следовательно, частицы, входящие в момент времени t , выйдут в момент времени t + T , и все они проведут время T внутри реактора. Распределение времени пребывания будет тогда дельта-функцией Дирака с задержкой на T :

${\displaystyle E(\tau )=\delta (\tau -T)\,}$

Среднее значение равно T, а дисперсия равна нулю. ^[1]

RTD реального реактора отличается от RTD идеального реактора в зависимости от гидродинамики внутри корпуса. Ненулевое отклонение указывает на наличие некоторой дисперсии на пути движения жидкости, которая может быть отнесена к турбулентности, неоднородному профилю скорости или диффузии. Если среднее значение распределения меньше ожидаемого времени T, это указывает на наличие застойной жидкости в сосуде. Если кривая RTD показывает более одного основного пика, это может указывать на образование каналов, параллельные пути к выходу или сильную внутреннюю циркуляцию.

В реакторах PFR реагенты входят в реактор с одного конца и вступают в реакцию при движении вниз по реактору. Следовательно, скорость реакции зависит от концентраций, которые меняются вдоль реактора, что требует интегрирования обратной скорости реакции с дробной конверсией.

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

Реактор периодического действия [ править ]

Реакторы периодического действия - это реакторы, в которых реагенты помещаются в реактор в момент времени 0 и реагируют до тех пор, пока реакция не остановится. Следовательно, пространственное время такое же, как и среднее время пребывания в реакторе периодического действия.

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

Реактор непрерывного действия с мешалкой [ править ]

В идеальном реакторе непрерывного действия с мешалкой (CSTR) поток на входе полностью и мгновенно смешивается с массой реактора. Реактор и выходящая жидкость всегда имеют одинаковый гомогенный состав. Распределение времени пребывания экспоненциально:

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

Среднее значение равно T, а отклонение - 1. ^[1] Заметное отличие от реактора с поршневым потоком состоит в том, что материал, введенный в систему, никогда полностью не покинет ее. ^[4]

В действительности невозможно добиться такого быстрого перемешивания, поскольку обязательно существует задержка между любой молекулой, проходящей через вход и выходящей, и, следовательно, RTD реального реактора будет отклоняться от идеального экспоненциального затухания, особенно в случае реакторов большой мощности. Например, будет некоторая конечная задержка до Eдостигает своего максимального значения, и продолжительность задержки будет отражать скорость массопереноса внутри реактора. Как было отмечено для реактора с поршневым потоком, раннее среднее значение будет указывать на наличие некоторого застоя жидкости внутри емкости, в то время как наличие нескольких пиков может указывать на наличие каналов, параллельные пути к выходу или сильную внутреннюю циркуляцию. Короткозамкнутая жидкость внутри реактора будет отображаться на кривой RTD в виде небольшого импульса концентрированного индикатора, который достигает выхода вскоре после закачки. Реагенты непрерывно поступают и покидают резервуар, где они смешиваются. Следовательно, реакция протекает со скоростью, зависящей от концентрации на выходе:

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

Ламинарный проточный реактор [ править ]

В реакторе с ламинарным потоком жидкость протекает через длинную трубку или реактор с параллельными пластинами, и поток идет слоями, параллельными стенкам трубки. Скорость потока является параболической функцией радиуса. В отсутствие молекулярной диффузии RTD составляет ^[8]

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

Разница бесконечна. В реальном реакторе диффузия в конечном итоге приведет к перемешиванию слоев, так что хвостовая часть RTD станет экспоненциальной, а дисперсия конечной; но реакторы с ламинарным потоком могут иметь отклонение больше 1, максимум для реакторов CTSD. ^[1]

Рециркулирующие реакторы [ править ]

Рециркуляционные реакторы представляют собой реакторы с рециркуляционным контуром. Следовательно, они ведут себя как гибрид между PFR и CSTR.

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

Во всех этих уравнениях: - скорость расхода А , реагента. Это равно выражению скорости, в котором участвует A. Выражение скорости часто связано с дробным преобразованием как за счет потребления A, так и за счет любых изменений k через изменения температуры, которые зависят от преобразования. ^[7]${\displaystyle -r_{A}}$

Реакции переменного объема [ править ]

В некоторых реакциях реагенты и продукты имеют существенно разные плотности. Следовательно, по мере протекания реакции объем реакции изменяется. Этот переменный объем добавляет термины к расчетным уравнениям. Принимая во внимание это изменение объема, объем реакции становится:

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

Включение этого в уравнения проектирования приводит к следующим уравнениям:

Пакет [ править ]

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

Реакторы с поршневым потоком [ править ]

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

Реакторы непрерывного действия с мешалкой [ править ]

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

Обычно, когда реакции происходят в жидкой и твердой фазах, изменение объема из-за реакции не является достаточно значительным, чтобы его нужно было принимать во внимание. Реакции в газовой фазе часто имеют значительные изменения объема, и в этих случаях следует использовать эти модифицированные уравнения. ^[7]

Экспериментальное определение RTD [ править ]

Распределение времени пребывания измеряется путем введения нереактивного индикатора в систему на входе. Его входная концентрация изменяется в соответствии с известной функцией и измеряется выходная концентрация. Индикатор не должен изменять физические характеристики жидкости (равная плотность, равная вязкость) или гидродинамические условия, и он должен легко обнаруживаться. ^[9] В общем, изменение концентрации индикатора будет либо импульсным, либо ступенчатым . Возможны и другие функции, но они требуют дополнительных вычислений для деконволюции кривой RTD.

Импульсные эксперименты [ править ]

Этот метод требовал введения очень небольшого объема концентрированного индикатора на входе в реактор, так что он приближался к дельта-функции Дирака . ^{[10] [8]} Хотя бесконечно короткий впрыск не может быть произведен, его можно сделать намного меньше, чем среднее время пребывания в сосуде. Если в сосуд объемом, а ожидаемое время пребывания в нем помещается масса индикатора, полученная кривая может быть преобразована в безразмерную кривую распределения времени пребывания с помощью следующего соотношения:${\displaystyle M}$${\displaystyle V}$${\displaystyle \tau }$${\displaystyle C(t)}$

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

Пошаговые эксперименты [ править ]

Концентрация трассера в ступенчатом эксперименте на входе в реактор скачкообразно изменяется от 0 до . Концентрация индикатора на выходе измеряется и нормализуется к концентрации для получения безразмерной кривой, которая идет от 0 до 1:${\displaystyle C_{0}}$${\displaystyle C_{0}}$${\displaystyle F(t)}$

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

Ступенчатые и импульсные характеристики реактора связаны следующим образом:

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

Пошаговый эксперимент часто легче выполнить, чем импульсный, но он имеет тенденцию сглаживать некоторые детали, которые может показать импульсный отклик. Легко численно интегрировать экспериментальный импульсный отклик, чтобы получить очень качественную оценку ступенчатого отклика, но обратное не так, потому что любой шум при измерении концентрации будет усилен числовым дифференцированием.

Приложения [ править ]

Химические реакторы [ править ]

В химических реакторах цель состоит в том, чтобы компоненты реагировали с высоким выходом . В гомогенной реакции первого порядка вероятность реакции атома или молекулы зависит только от времени их пребывания:

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

для постоянной скорости . Учитывая RTD, средняя вероятность равна отношению концентрации компонента до и после: ^[1]${\displaystyle k}$${\displaystyle a}$

${\displaystyle {\overline {P_{\mathrm {R} }}}=a_{\mathrm {out} }/a_{\mathrm {in} }=\int _{0}^{\infty }\exp \left(-kt\right)E(t)\,dt.}$

Если реакция более сложная, то выход не определяется однозначно RTD. Это также зависит от степени микросмешивания , смешения между молекулами, вступившими в разное время. Если перемешивания нет, система считается полностью изолированной , и результат можно представить в виде

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

Для данного RTD существует верхний предел количества смешивания, которое может произойти, называемое максимальной смешиваемостью , и это определяет достижимый выход. Реактор непрерывного действия с мешалкой может находиться где угодно в диапазоне от полностью изолированного до идеального перемешивания . ^[1]

RTD химических реакторов может быть получен с помощью моделирования CFD . Можно следовать той же процедуре, которая проводится в экспериментах. Импульс инертных индикаторных частиц (в течение очень короткого времени) вводится в реактор. Линейное движение частиц-индикаторов регулируется вторым законом движения Ньютона, и между жидкостью и индикаторами устанавливается односторонняя связь. В одностороннем соединении жидкость влияет на движение трассирующего средства за счет силы сопротивления, в то время как индикатор не влияет на жидкость. Размер и плотность индикаторов выбраны настолько малыми, что постоянная времени индикаторов становится очень малой. Таким образом, частицы индикатора следуют точно так же, как и жидкость. ^[11]

Поток подземных вод [ править ]

Гидравлическое время пребывания (HRT) - важный фактор в переносе токсинов из окружающей среды или других химикатов через грунтовые воды . Время, в течение которого загрязнитель проходит через очерченное подповерхностное пространство, связано с насыщением и гидравлической проводимостью почвы или породы. ^[12] Пористость - еще один важный фактор, способствующий подвижности воды через землю (например, по направлению к зеркалу грунтовых вод ). Пересечение между плотностью пор и размером определяет степень или величину скорости потока через среду. Эту идею можно проиллюстрировать путем сравнения того, как вода движется через глину и гравий.. Время удерживания на заданном вертикальном расстоянии в глине будет больше, чем на том же расстоянии в гравии, даже если они оба характеризуются как материалы с высокой пористостью. Это связано с тем, что размеры пор в гравийной среде намного больше, чем в глине, и поэтому гидростатическое напряжение меньше действует против подповерхностного градиента давления и силы тяжести.

Поток подземных вод является важным параметром, который необходимо учитывать при проектировании бассейнов пустой породы для горных работ. Пустая порода представляет собой неоднородный материал с частицами, варьирующимися от валунов до частиц размером с глину, и он содержит сульфидные загрязнители, которые необходимо контролировать, чтобы они не ухудшали качество грунтовых вод, а также чтобы сток не создавал экологических проблем в окружающей среде. области. ^[12] Аквитарды - это зоны глины, которые могут иметь такую ​​степень непроницаемости, что они частично или полностью задерживают поток воды. ^{[5] [13]}Эти глиняные линзы могут замедлить или остановить просачивание в грунтовые воды, хотя, если водоносный слой сломан и загрязнен, он может стать долгосрочным источником загрязнения грунтовых вод из-за его низкой проницаемости и высокой HRT. ^[13]

Очистка воды [ править ]

Первичная обработка для сточных вод или питьевой воды включает в себя урегулирование в седиментационной камере , чтобы удалить как можно больше твердого вещества , как это возможно перед применением дополнительных обработок. ^[5] Удаляемое количество контролируется гидравлическим временем пребывания (HRT). ^[5] Когда вода течет через объем с меньшей скоростью, меньше энергии доступно для удержания твердых частиц в потоке, и у них больше времени, чтобы осесть на дно. Типичная продолжительность HRT для отстойников составляет около двух часов ^[5], хотя некоторые группы рекомендуют более длительное время для удаления микрозагрязнителей, таких как фармацевтические препараты и гормоны. ^[14]

Дезинфекция - это последний этап доочистки сточных вод или питьевой воды. Типы патогенов, которые встречаются в неочищенной воде, включают те, которые легко убиваются, такие как бактерии и вирусы , и те, которые более устойчивы, такие как простейшие и цисты . ^[5] В дезинфекционной камере должна быть достаточно длительная HRT, чтобы убить или отключить их всех.

Наука о поверхности [ править ]

Атомы и молекулы газа или жидкости могут быть захвачены на твердой поверхности в процессе, называемом адсорбцией . Это экзотермический процесс, связанный с выделением тепла , и нагрев поверхности увеличивает вероятность того, что атом улетит в течение заданного времени. При данной температуре время пребывания адсорбированного атома определяется выражением ${\displaystyle T}$

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

где - газовая постоянная , - энергия активации и - предварительный фактор, который коррелирует с временами колебаний поверхностных атомов (обычно порядка секунд). ^{[15] : 27 [16] : 196}${\displaystyle R}$${\displaystyle E_{\mathrm {a} }}$${\displaystyle \tau _{0}}$${\displaystyle 10^{-12}}$

В вакуумной технологии время пребывания газов на поверхностях вакуумной камеры может определять давление из-за дегазации . Если камера может быть нагрета, вышеприведенное уравнение показывает, что газы могут быть «сожжены»; но если нет, то для достижения сверхвысокого вакуума необходимы поверхности с малым временем пребывания . ^{[16] : 195}

Окружающая среда [ править ]

С экологической точки зрения определение времени пребывания адаптировано к грунтовым водам, атмосфере, ледникам , озерам, ручьям и океанам. В частности, это время, в течение которого вода остается в водоносном горизонте, озере, реке или другом водном объекте, прежде чем продолжить гидрологический цикл . Это время может варьироваться от дней для неглубоких гравийных водоносных горизонтов до миллионов лет для глубоких водоносных горизонтов с очень низкими значениями гидравлической проводимости . Время пребывания воды в реках составляет несколько дней, а в больших озерах - до нескольких десятилетий. Время пребывания континентальных ледяных щитов составляет сотни тысяч лет, малых ледников - несколько десятилетий.

Применения времени пребывания в грунтовых водах полезны для определения количества времени, которое потребуется загрязнителю, чтобы достичь и загрязнить источник питьевой воды грунтовых вод, и в какой концентрации он поступит. Это также может работать с противоположным эффектом, чтобы определить, как скоро источник грунтовых вод станет незагрязненным из-за притока, оттока и объема. Время пребывания озер и ручьев также важно для определения концентрации загрязняющих веществ в озере и того, как это может повлиять на местное население и морскую жизнь.

Гидрология, изучение воды, обсуждает водный баланс с точки зрения времени пребывания. Количество времени, которое вода проводит на каждой стадии жизни (ледник, атмосфера, океан, озеро, ручей, река), используется для того, чтобы показать взаимосвязь всей воды на Земле и ее взаимосвязь в различных формах.

Фармакология [ править ]

Большой класс препаратов - это ингибиторы ферментов, которые связываются с ферментами в организме и подавляют их активность. В этом случае интерес представляет время пребывания лекарственного средства на мишени (время, в течение которого лекарство остается связанным с мишенью). Желательны препараты с длительным временем пребывания, поскольку они остаются эффективными дольше и, следовательно, могут использоваться в более низких дозах. ^{[17] : 88} Это время пребывания определяется кинетикой взаимодействия ^[18], например, насколько комплементарны форма и заряды мишени и лекарственного средства и удерживаются ли внешние молекулы растворителя вне сайта связывания.(тем самым предотвращая их от разрушения любых связей , образованных), ^[19] и пропорционален полураспадом от химической диссоциации . ^[18] Одним из способов измерения времени пребывания является эксперимент с предварительным инкубационным разбавлением, в котором целевой фермент инкубируется с ингибитором, ему дают приблизиться к равновесию, а затем быстро разбавляют. Количество продукта измеряется и сравнивается с контролем, в котором не добавлен ингибитор. ^{[17] : 87–88}

Время пребывания также может относиться к количеству времени, которое лекарство проводит в той части тела, где ему необходимо абсорбироваться. Чем дольше время пребывания, тем больше его можно абсорбировать. Если лекарство доставляется перорально и предназначено для верхних отделов кишечника , оно обычно перемещается с пищей, и время его пребывания примерно такое же, как у пищи. Обычно это позволяет впитаться от 3 до 8 часов. ^{[20] : 196} Если лекарство доставляется через слизистую оболочку рта, время пребывания невелико, поскольку его смывает слюна . Стратегии увеличения этого времени пребывания включают биоадгезивные полимеры , жевательные резинки, пастилки и сухие порошки. ^{[20]: 274}

Биохимический [ править ]

В эксклюзионной хроматографии время пребывания молекулы связано с ее объемом, который примерно пропорционален ее молекулярной массе. Время выдержки также влияет на производительность ферментеров непрерывного действия . ^[1]

Биотопливные элементы используют метаболические процессы анодофилов ( электроотрицательных бактерий) для преобразования химической энергии из органических веществ в электричество. ^{[21] [22] [23]} Механизм биотопливного элемента состоит из анода и катода , которые разделены внутренней протонообменной мембраной (PEM) и соединены во внешней цепи с внешней нагрузкой. Анодофилы растут на аноде и потребляют биоразлагаемые органические молекулы для производства электронов, протонов и углекислого газа, и, путешествуя по цепи, электроны питают внешнюю нагрузку. ^{[22] [23]}HRT для этого приложения - это скорость, с которой исходные молекулы проходят через анодную камеру. ^[23] Это может быть определено количественно путем деления объема анодной камеры на скорость, с которой подаваемый раствор проходит в камеру. ^[22] Гидравлическое время пребывания (HRT) влияет на скорость загрузки субстрата микроорганизмов, которые потребляют анодофилы, что влияет на электрическую мощность. ^{[23] [24]} Более длительные HRT снижают нагрузку на субстрат в анодной камере, что может привести к снижению популяции анодофилов и производительности при дефиците питательных веществ. ^[23] Более короткие ЗГТ поддерживают развитие неэкзоэлектрогенных бактерий, которые могут уменьшитьЭлектрохимические характеристики топливного элемента с кулоновской эффективностью, если анодофилы должны конкурировать за ресурсы или если у них нет достаточно времени для эффективного разложения питательных веществ. ^[23]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Среднее время пребывания (MRT): понимание того, как долго молекулы лекарства остаются в организме
• Рассчитайте время удерживания в гидравлической системе (Lenntech)