مدة الإقامة

زمن إقامة حزمة سائلة هو إجمالي الوقت الذي قضاه الطرد داخل حجم التحكم (على سبيل المثال: مفاعل كيميائي ، بحيرة ، جسم الإنسان ). يتم تحديد زمن إقامة مجموعة من الطرود من حيث التوزيع الترددي لزمن الإقامة في المجموعة، والذي يُعرف باسم توزيع زمن الإقامة (RTD) ، أو من حيث متوسطه، المعروف باسم متوسط ​​زمن الإقامة .

يلعب وقت الإقامة دورًا مهمًا في الكيمياء وخاصة في العلوم البيئية وعلم الأدوية . تحت اسم وقت التسليم أو وقت الانتظار، فإنه يلعب دورًا محوريًا على التوالي في إدارة سلسلة التوريد ونظرية الطوابير ، حيث تكون المواد التي تتدفق عادةً منفصلة بدلاً من أن تكون مستمرة.

نشأ مفهوم زمن الإقامة في نماذج المفاعلات الكيميائية. وكان أول نموذج من هذا القبيل هو نموذج التشتت المحوري الذي وضعه إيرفينج لانجموير في عام 1908. ولم يحظ هذا النموذج باهتمام كبير لمدة 45 عامًا؛ وتم تطوير نماذج أخرى مثل نموذج مفاعل التدفق القابسي ومفاعل الخزان المتحرك المستمر ، وتم تقديم مفهوم دالة الغسيل (التي تمثل الاستجابة للتغير المفاجئ في المدخلات). ثم في عام 1953، أعاد بيتر دانكويرتس إحياء نموذج التشتت المحوري وصاغ المفهوم الحديث لزمن الإقامة. ^[1]

يُعرف الوقت الذي قضاه جسيم السائل في حجم التحكم (على سبيل المثال الخزان) بعمره . بشكل عام، كل جسيم له عمر مختلف. يتم تحديد تكرار حدوث العمر في مجموعة جميع الجسيمات الموجودة داخل حجم التحكم في وقت ما عن طريق توزيع العمر (الداخلي) . ^[2]${\displaystyle \tau }$${\displaystyle t}$ ${\displaystyle I}$

في اللحظة التي يغادر فيها الجسيم حجم التحكم، يكون عمره هو إجمالي الوقت الذي قضاه الجسيم داخل حجم التحكم، والذي يُعرف باسم وقت إقامته . يتم تحديد تكرار حدوث العمر في مجموعة جميع الجسيمات التي تغادر حجم التحكم في وقت ما عن طريق توزيع وقت الإقامة ، والمعروف أيضًا باسم توزيع عمر الخروج . ^[2]${\displaystyle \tau }$${\displaystyle t}$ ${\displaystyle E}$

يُفترض أن كلا التوزيعين موجبان ولهما تكامل وحدوي على طول العمر: ^[2]

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

في حالة التدفق الثابت ، يُفترض أن التوزيعات مستقلة عن الزمن، أي أن هذا قد يسمح بإعادة تعريف التوزيعات كوظائف بسيطة للعمر فقط. ${\displaystyle \partial _{t}E=\partial _{t}I=0\;\forall t}$

إذا كان التدفق ثابتًا (ولكن التعميم على التدفق غير الثابت ممكن ^[3] ) وكان محافظًا ، فيمكن ربط توزيع عمر الخروج وتوزيع العمر الداخلي ببعضهما البعض: ^[2]

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

يمكن عادةً إرجاع التوزيعات الأخرى غير و إلى تلك التوزيعات. على سبيل المثال، يتم تحديد نسبة الجسيمات التي تغادر حجم التحكم في وقت بعمر أكبر أو مساوٍ لـ بواسطة دالة الغسل ، وهي المكمل لأحد توزيعات عمر الخروج التراكمي: ${\displaystyle E}$${\displaystyle I}$${\displaystyle t}$${\displaystyle \tau }$ ${\displaystyle W}$

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

متوسط ​​عمر جميع الجسيمات داخل حجم التحكم في الوقت t هو اللحظة الأولى لتوزيع العمر: ^{[2] [3]}

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

متوسط ​​زمن الإقامة أو متوسط ​​زمن العبور ، أي متوسط ​​عمر جميع الجسيمات التي تغادر حجم التحكم في الوقت t ، هو اللحظة الأولى لتوزيع زمن الإقامة: ^{[2] [3]}

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

متوسط ​​العمر ومتوسط ​​وقت العبور لهما عمومًا قيم مختلفة، حتى في الظروف الثابتة: ^[2]

• ${\displaystyle \tau _{a}<\tau _{t}}$:تتضمن الأمثلة الماء في بحيرة حيث المدخل والمخرج على جانبين متقابلين والمواد المشعة التي دخلت إلى طبقة الستراتوسفير نتيجة اختبار قنبلة نووية وتسربت إلى طبقة التروبوسفير .
• ${\displaystyle \tau _{a}=\tau _{t}}$: E و I عبارة عن توزيعات أسية . تشمل الأمثلة الاضمحلال الإشعاعي والتفاعلات الكيميائية من الدرجة الأولى (حيث يكون معدل التفاعل متناسبًا مع كمية المتفاعل ).
• ${\displaystyle \tau _{a}>\tau _{t}}$:تمر معظم الجسيمات التي تدخل إلى حجم التحكم بسرعة، ولكن معظم الجسيمات الموجودة في حجم التحكم تمر ببطء. تشمل الأمثلة الماء في بحيرة حيث يكون المدخل والمخرج قريبين من بعضهما البعض وبخار الماء الصاعد من سطح المحيط، والذي يعود في الغالب بسرعة إلى المحيط، بينما يتم الاحتفاظ بالباقي في الغلاف الجوي ويعود في وقت لاحق في شكل مطر. ^[2]

إذا كان التدفق ثابتًا ومحافظًا ، فإن متوسط ​​زمن الإقامة يساوي النسبة بين كمية السائل الموجودة في حجم التحكم ومعدل التدفق من خلاله: ^[2]

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

تُعرف هذه النسبة عادةً باسم زمن الدوران أو زمن التنظيف . ^[4] وعند تطبيقها على السوائل، تُعرف أيضًا باسم زمن الاحتفاظ الهيدروليكي ( HRT ) أو زمن الإقامة الهيدروليكي أو زمن الاحتجاز الهيدروليكي . ^[5] وفي مجال الهندسة الكيميائية، يُعرف هذا أيضًا باسم زمن المكان . ^[6]

إن زمن بقاء مركب معين في خليط يساوي زمن الدوران (زمن المركب، وكذلك زمن الخليط) فقط إذا لم يشارك المركب في أي تفاعل كيميائي (وإلا فإن تدفقه غير محافظ) وكان تركيزه موحدًا . [ ^3]

على الرغم من أن التكافؤ بين زمن الإقامة والنسبة لا يصمد إذا لم يكن التدفق ثابتًا أو غير محافظ، فإنه يصمد في المتوسط ​​إذا كان التدفق ثابتًا ومحافظًا في المتوسط ، وليس بالضرورة في أي لحظة. في ظل هذه الظروف، والتي هي شائعة في نظرية الطوابير وإدارة سلسلة التوريد ، تُعرف العلاقة بقانون ليتل . ${\displaystyle m/f}$

معادلات التصميم هي معادلات تربط بين الفضاء الزمني والتحويل الكسري وخصائص أخرى للمفاعل. وقد تم استنباط معادلات تصميم مختلفة لأنواع مختلفة من المفاعلات، واعتمادًا على المفاعل، تشبه المعادلة إلى حد كبير تلك التي تصف متوسط ​​زمن الإقامة. غالبًا ما تُستخدم معادلات التصميم لتقليل حجم المفاعل أو معدل التدفق الحجمي المطلوب لتشغيل المفاعل. ^[7]

في مفاعل التدفق المثالي (PFR)، تخرج جزيئات السائل بنفس الترتيب الذي وصلت به، ولا تختلط بالجسيمات الموجودة أمامها وخلفها. لذلك، فإن الجسيمات التي تدخل في الوقت t ستخرج في الوقت t + T ، وكلها تقضي وقتًا T داخل المفاعل. سيكون توزيع وقت الإقامة بعد ذلك دالة دلتا ديراك متأخرة بمقدار T :

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

المتوسط ​​هو T والتباين يساوي صفرًا. ^[1]

ينحرف RTD للمفاعل الحقيقي عن RTD للمفاعل المثالي، اعتمادًا على الديناميكية المائية داخل الوعاء. يشير التباين غير الصفري إلى وجود بعض التشتت على طول مسار السائل، والذي قد يُعزى إلى الاضطراب أو ملف تعريف السرعة غير المنتظم أو الانتشار. إذا كان متوسط ​​التوزيع سابقًا للوقت المتوقع T ، فهذا يشير إلى وجود سائل راكد داخل الوعاء. إذا أظهر منحنى RTD أكثر من ذروة رئيسية، فقد يشير ذلك إلى وجود قنوات أو مسارات موازية للخروج أو دوران داخلي قوي.

في مفاعلات PFR، تدخل المواد المتفاعلة إلى المفاعل من أحد طرفيه وتتفاعل أثناء تحركها إلى أسفل المفاعل. وبالتالي، يعتمد معدل التفاعل على التركيزات التي تختلف على طول المفاعل، مما يتطلب دمج معكوس معدل التفاعل على التحويل الكسري.

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

المفاعلات الدفعية هي مفاعلات يتم فيها وضع المتفاعلات في المفاعل عند الوقت 0 وتتفاعل حتى يتوقف التفاعل. وبالتالي، فإن زمن المكان هو نفس متوسط ​​زمن الإقامة في مفاعل الدفعة.

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

في مفاعل الخزان المتحرك المستمر المثالي ، يختلط التدفق عند المدخل بشكل كامل وفوري في كتلة المفاعل. يكون للمفاعل والسائل الخارج تركيبات متماثلة ومتجانسة في جميع الأوقات. يكون توزيع وقت الإقامة أسيًا:

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

حيث؛ المتوسط ​​هو T والتباين هو 1. ^[1] الفرق الملحوظ عن مفاعل التدفق القابس هو أن المواد التي يتم إدخالها إلى النظام لن تتركه تمامًا أبدًا. ^[4]

في الواقع، من المستحيل الحصول على مثل هذا الاختلاط السريع، حيث يوجد بالضرورة تأخير بين أي جزيء يمر عبر المدخل ويشق طريقه إلى المخرج، وبالتالي فإن RTD للمفاعل الحقيقي سوف ينحرف عن الاضمحلال الأسي المثالي، وخاصة في حالة المفاعلات الكبيرة. على سبيل المثال، سيكون هناك بعض التأخير المحدود قبل أن يصل E إلى قيمته القصوى وسوف يعكس طول التأخير معدل نقل الكتلة داخل المفاعل. وكما لوحظ بالنسبة لمفاعل التدفق القابس، فإن المتوسط ​​المبكر سوف يشير إلى وجود بعض السوائل الراكدة داخل الوعاء، في حين أن وجود قمم متعددة قد يشير إلى وجود قنوات، أو مسارات موازية للخروج، أو دوران داخلي قوي. سوف يظهر السائل الذي يحدث ماس كهربائي داخل المفاعل في منحنى RTD كنبضة صغيرة من المادة التتبعية المركزة التي تصل إلى المخرج بعد وقت قصير من الحقن. تدخل المواد المتفاعلة وتخرج باستمرار من الخزان حيث يتم خلطها. وبالتالي، يستمر التفاعل بمعدل يعتمد على تركيز المخرج:

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

في مفاعل التدفق الصفائحي ، يتدفق السائل عبر أنبوب طويل أو مفاعل ذو صفيحتين متوازيتين ويكون التدفق في طبقات موازية لجدران الأنبوب. سرعة التدفق هي دالة مكافئة لنصف القطر. في غياب الانتشار الجزيئي ، تكون RTD ^[8]

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

التباين لا نهائي. في المفاعل الحقيقي، سوف يخلط الانتشار الطبقات في النهاية بحيث يصبح ذيل RTD أسيًا والتباين محدودًا؛ ولكن يمكن أن يكون للمفاعلات ذات التدفق الصفحي تباين أكبر من 1، وهو الحد الأقصى لمفاعلات CTSD. ^[1]

إن مفاعلات إعادة التدوير عبارة عن مفاعلات PFR ذات حلقة إعادة تدوير. وبالتالي، فإنها تتصرف مثل هجين بين مفاعلات PFR ومفاعلات CSTR.

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

في كل هذه المعادلات: هو معدل استهلاك A ، وهو متفاعل. وهذا يساوي معدل التعبير الذي يشارك فيه A. غالبًا ما يرتبط معدل التعبير بالتحويل الكسري من خلال استهلاك A ومن خلال أي تغيرات k من خلال تغيرات درجة الحرارة التي تعتمد على التحويل. ^[7]${\displaystyle -r_{A}}$

في بعض التفاعلات، تختلف كثافة المتفاعلات والنواتج بشكل كبير. وبالتالي، مع تقدم التفاعل يتغير حجم التفاعل. يضيف هذا الحجم المتغير مصطلحات إلى معادلات التصميم. مع الأخذ في الاعتبار هذا التغير في الحجم، يصبح حجم التفاعل:

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

يؤدي إدخال هذا في معادلات التصميم إلى المعادلات التالية:

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

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

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

بشكل عام، عندما تحدث التفاعلات في الطور السائل والطور الصلب فإن التغير في الحجم بسبب التفاعل ليس كبيرًا بما يكفي لوضعه في الاعتبار. غالبًا ما يكون للتفاعلات في الطور الغازي تغيرات كبيرة في الحجم وفي هذه الحالات يجب استخدام هذه المعادلات المعدلة. ^[7]

يتم قياس توزيعات زمن الإقامة عن طريق إدخال مادة تتبع غير تفاعلية في النظام عند المدخل. يتم تغيير تركيز مدخلاتها وفقًا لوظيفة معروفة وتركيز المخرج المقاس. لا ينبغي للمادة التتبعية تعديل الخصائص الفيزيائية للسائل (كثافة متساوية، لزوجة متساوية) أو الظروف الهيدروديناميكية ويجب أن يكون من السهل اكتشافها. ^[9] بشكل عام، سيكون التغيير في تركيز المادة التتبعية إما نبضة أو خطوة . هناك وظائف أخرى ممكنة، لكنها تتطلب المزيد من الحسابات لفك ارتباط منحنى RTD.

تتطلب هذه الطريقة إدخال حجم صغير جدًا من المادة المتتبعة المركزة عند مدخل المفاعل، بحيث تقترب من دالة دلتا ديراك . ^{[10] [8]} وعلى الرغم من أنه لا يمكن إنتاج حقنة قصيرة بلا حدود، إلا أنه يمكن جعلها أصغر كثيرًا من متوسط ​​زمن إقامة الوعاء. إذا تم إدخال كتلة من المادة المتتبعة، ، في وعاء بحجم وزمن إقامة متوقع ، يمكن تحويل المنحنى الناتج إلى منحنى توزيع زمن إقامة بلا أبعاد بالعلاقة التالية: ${\displaystyle M}$${\displaystyle V}$${\displaystyle \tau }$${\displaystyle C(t)}$

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

يتغير تركيز المادة المتتبعة في تجربة متدرجة عند مدخل المفاعل بشكل مفاجئ من 0 إلى . يتم قياس تركيز المادة المتتبعة عند المخرج وتطبيعه على التركيز للحصول على المنحنى غير البعدي الذي يتراوح من 0 إلى 1: ${\displaystyle C_{0}}$${\displaystyle C_{0}}$${\displaystyle F(t)}$

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

ترتبط استجابات الخطوة والنبضة للمفاعل بما يلي:

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

غالبًا ما يكون إجراء تجربة الخطوة أسهل من إجراء تجربة النبضة، لكنها تميل إلى إخفاء بعض التفاصيل التي قد تظهرها استجابة النبضة. من السهل دمج استجابة النبضة التجريبية رقميًا للحصول على تقدير عالي الجودة لاستجابة الخطوة، لكن العكس ليس هو الحال لأن أي ضوضاء في قياس التركيز سيتم تضخيمها عن طريق التمايز العددي.

في المفاعلات الكيميائية ، الهدف هو جعل المكونات تتفاعل بمعدل إنتاج مرتفع . في تفاعل متجانس من الدرجة الأولى ، فإن احتمالية تفاعل الذرة أو الجزيء تعتمد فقط على وقت إقامته:

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

بالنسبة لثابت المعدل . في حالة وجود RTD، فإن الاحتمال المتوسط ​​يساوي نسبة تركيز المكون قبل وبعد: ^[1]${\displaystyle k}$${\displaystyle a}$

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

إذا كان التفاعل أكثر تعقيدًا، فإن الناتج لا يتم تحديده بشكل فريد بواسطة RTD. كما يعتمد أيضًا على درجة الاختلاط الدقيق ، وهو الاختلاط بين الجزيئات التي دخلت في أوقات مختلفة. إذا لم يكن هناك اختلاط، يقال إن النظام منفصل تمامًا ، ويمكن إعطاء الناتج في الشكل

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

بالنسبة لـ RTD معين، يوجد حد أعلى لكمية الخلط التي يمكن أن تحدث، يسمى الحد الأقصى للخلط ، وهذا يحدد العائد الذي يمكن تحقيقه. يمكن أن يكون مفاعل الخزان المتحرك المستمر في أي مكان في الطيف بين الخلط المنفصل تمامًا والخلط المثالي . ^[1]

يمكن الحصول على RTD للمفاعلات الكيميائية من خلال محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية . ويمكن اتباع نفس الإجراء الذي يتم إجراؤه في التجارب. يتم حقن نبضة من جسيمات التتبع الخاملة (خلال فترة زمنية قصيرة جدًا) في المفاعل. تخضع الحركة الخطية لجسيمات التتبع لقانون نيوتن الثاني للحركة ويتم إنشاء اقتران أحادي الاتجاه بين السائل والتتبع. في الاقتران أحادي الاتجاه، يؤثر السائل على حركة التتبع بقوة السحب بينما لا يؤثر التتبع على السائل. يتم اختيار حجم وكثافة التتبع صغيرين جدًا بحيث يصبح ثابت الوقت للتتبع صغيرًا جدًا. بهذه الطريقة، تتبع جسيمات التتبع نفس المسار الذي يتبعه السائل تمامًا. ^[11]

يعد زمن الإقامة الهيدروليكي (HRT) عاملاً مهمًا في نقل السموم البيئية أو المواد الكيميائية الأخرى عبر المياه الجوفية . ترتبط كمية الوقت الذي يقضيه الملوث في السفر عبر مساحة تحت سطحية محددة بالتشبع والتوصيل الهيدروليكي للتربة أو الصخور. ^[12] المسامية هي عامل آخر مهم يساهم في حركة المياه عبر الأرض (على سبيل المثال نحو منسوب المياه الجوفية ). يحدد التقاطع بين كثافة المسام وحجمها درجة أو حجم معدل التدفق عبر الوسائط. يمكن توضيح هذه الفكرة من خلال مقارنة الطرق التي يتحرك بها الماء عبر الطين مقابل الحصى . سيكون وقت الاحتفاظ عبر مسافة رأسية محددة في الطين أطول من نفس المسافة في الحصى، على الرغم من أن كلاهما يتميز بمواد عالية المسامية. وذلك لأن أحجام المسام أكبر بكثير في وسائط الحصى منها في الطين، وبالتالي يكون هناك توتر هيدروستاتيكي أقل يعمل ضد تدرج الضغط تحت السطح والجاذبية.

يعد تدفق المياه الجوفية من المعايير المهمة التي يجب مراعاتها عند تصميم أحواض الصخور العادمة لعمليات التعدين . الصخور العادمة عبارة عن مادة غير متجانسة مع جزيئات تتراوح من الصخور الكبيرة إلى جزيئات بحجم الطين، وتحتوي على ملوثات كبريتية يجب التحكم فيها بحيث لا تعرض جودة منسوب المياه للخطر وأيضًا حتى لا يتسبب الجريان السطحي في حدوث مشاكل بيئية في المناطق المحيطة. ^{[12] تعتبر} الأحواض المائية مناطق طينية يمكن أن يكون لها درجة من عدم النفاذية بحيث تؤخر تدفق المياه جزئيًا أو كليًا. ^{[5] [13]} يمكن لهذه العدسات الطينية إبطاء أو إيقاف التسرب إلى منسوب المياه، على الرغم من أنه إذا تم كسر الأحواض المائية وتلوثها، فقد تصبح مصدرًا طويل الأمد لتلوث المياه الجوفية بسبب نفاذيتها المنخفضة ومعامل انتقال الحرارة العالي. ^[13]

تتضمن المعالجة الأولية لمياه الصرف الصحي أو مياه الشرب الترسيب في حجرة الترسيب لإزالة أكبر قدر ممكن من المواد الصلبة قبل تطبيق معالجات إضافية. ^[5] يتم التحكم في الكمية التي تمت إزالتها من خلال زمن الإقامة الهيدروليكي (HRT). ^[5] عندما يتدفق الماء عبر حجم بمعدل أبطأ، تتوفر طاقة أقل للحفاظ على الجسيمات الصلبة محصورة في التيار ويكون هناك المزيد من الوقت لها للاستقرار في القاع. تبلغ مدة زمن الإقامة الهيدروليكي النموذجي لأحواض الترسيب حوالي ساعتين، ^[5] على الرغم من أن بعض المجموعات توصي بأوقات أطول لإزالة الملوثات الدقيقة مثل الأدوية والهرمونات. ^[14]

التطهير هو الخطوة الأخيرة في المعالجة الثلاثية لمياه الصرف الصحي أو مياه الشرب. تشمل أنواع مسببات الأمراض التي تحدث في المياه غير المعالجة تلك التي يمكن قتلها بسهولة مثل البكتيريا والفيروسات ، وتلك الأكثر قوة مثل الأوليات والكيسات . ^{[5] يجب أن تحتوي غرفة التطهير على هرمون الاستروجين} طويل بما يكفي لقتل أو تعطيل جميع هذه الكائنات.

يمكن احتجاز ذرات وجزيئات الغاز أو السائل على سطح صلب في عملية تسمى الامتزاز . وهي عملية طاردة للحرارة تتضمن إطلاق الحرارة ، ويزيد تسخين السطح من احتمالية هروب الذرة خلال فترة زمنية معينة. عند درجة حرارة معينة ، يتم تحديد وقت إقامة الذرة الممتصة بواسطة ${\displaystyle T}$

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

حيث هو ثابت الغاز ، و هو طاقة التنشيط ، و هو عامل مسبق يرتبط بأوقات اهتزاز ذرات السطح (عادةً من رتبة الثواني). ^{[15] : 27  [16] : 196}${\displaystyle R}$${\displaystyle E_{\mathrm {a} }}$${\displaystyle \tau _{0}}$${\displaystyle 10^{-12}}$

في تقنية الفراغ ، يمكن لزمن بقاء الغازات على أسطح حجرة الفراغ أن يحدد الضغط الناتج عن إطلاق الغازات . إذا كان من الممكن تسخين الحجرة، فإن المعادلة أعلاه توضح أنه من الممكن "خبز" الغازات؛ ولكن إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن الأسطح ذات زمن الإقامة المنخفض مطلوبة لتحقيق فراغات عالية للغاية . ^{[16] : 195}

من الناحية البيئية، يتم تعديل تعريف وقت الإقامة ليتناسب مع المياه الجوفية والغلاف الجوي والأنهار الجليدية والبحيرات والجداول والمحيطات. وبشكل أكثر تحديدًا، هو الوقت الذي تظل فيه المياه داخل طبقة المياه الجوفية أو البحيرة أو النهر أو أي مسطح مائي آخر قبل الاستمرار في الدورة الهيدرولوجية . قد يختلف الوقت المعني من أيام لطبقات المياه الجوفية الضحلة إلى ملايين السنين لطبقات المياه الجوفية العميقة ذات القيم المنخفضة جدًا للتوصيل الهيدروليكي . أوقات إقامة المياه في الأنهار هي بضعة أيام، بينما تتراوح أوقات الإقامة في البحيرات الكبيرة حتى عدة عقود. أوقات إقامة الصفائح الجليدية القارية هي مئات الآلاف من السنين، والأنهار الجليدية الصغيرة بضعة عقود.

تعتبر تطبيقات زمن بقاء المياه الجوفية مفيدة لتحديد مقدار الوقت الذي يستغرقه الملوث للوصول إلى مصدر مياه الشرب الجوفية وتلويثه وبأي تركيز سيصل. يمكن أن يعمل هذا أيضًا على التأثير المعاكس لتحديد المدة التي يصبح فيها مصدر المياه الجوفية غير ملوث من خلال التدفق الداخلي والخارجي والحجم. يعد زمن بقاء البحيرات والجداول مهمًا أيضًا لتحديد تركيز الملوثات في البحيرة وكيف قد يؤثر ذلك على السكان المحليين والحياة البحرية.

يناقش علم المياه، وهو علم دراسة المياه، ميزانية المياه من حيث زمن الإقامة. يتم استخدام مقدار الوقت الذي تقضيه المياه في كل مرحلة مختلفة من مراحل الحياة (الجليد، الغلاف الجوي، المحيط، البحيرة، الجدول، النهر)، لإظهار العلاقة بين كل المياه على الأرض وكيف ترتبط بأشكالها المختلفة.

فئة كبيرة من الأدوية هي مثبطات الإنزيم التي ترتبط بالإنزيمات في الجسم وتثبط نشاطها. في هذه الحالة، يكون وقت إقامة الدواء المستهدف (طول الوقت الذي يظل فيه الدواء مرتبطًا بالهدف) هو المهم. يتم تعريف وقت الإقامة على أنه القيمة العكسية لثابت معدل koff (وقت الإقامة = 1 / koff). الأدوية ذات أوقات الإقامة الطويلة مرغوبة لأنها تظل فعالة لفترة أطول وبالتالي يمكن استخدامها بجرعات أقل. ^{[17] : 88} يتم تحديد وقت الإقامة هذا من خلال حركية التفاعل، ^[18] مثل مدى تكامل شكل وشحنات الهدف والدواء وما إذا كانت جزيئات المذيبات الخارجية تُمنع من الوصول إلى موقع الارتباط (وبالتالي منعها من كسر أي روابط مكونة)، ^[19] ويتناسب مع نصف عمر التفكك الكيميائي . ^[18] إحدى الطرق لقياس وقت الإقامة هي تجربة التخفيف قبل الحضانة حيث يتم حضانة إنزيم مستهدف مع المثبط، ويُسمح له بالاقتراب من التوازن، ثم يتم تخفيفه بسرعة. يتم قياس كمية المنتج ومقارنتها بعنصر تحكم لا يتم فيه إضافة أي مثبط. ^{[17] : 87–88}

يمكن أن يشير وقت الإقامة أيضًا إلى مقدار الوقت الذي يقضيه الدواء في جزء الجسم الذي يحتاج إلى الامتصاص. وكلما طالت مدة الإقامة، كلما كان من الممكن امتصاص المزيد منه. إذا تم توصيل الدواء في شكل فموي ومخصص للأمعاء العليا ، فإنه يتحرك عادةً مع الطعام ويكون وقت إقامته تقريبًا مثل وقت الطعام. وهذا يسمح عمومًا بامتصاصه لمدة تتراوح من 3 إلى 8 ساعات. ^{[20] : 196} إذا تم توصيل الدواء من خلال غشاء مخاطي في الفم، فإن وقت الإقامة يكون قصيرًا لأن اللعاب يغسله. تشمل الاستراتيجيات لزيادة وقت الإقامة هذا البوليمرات اللاصقة الحيوية والعلكة والحبوب والمساحيق الجافة. ^{[20] : 274}

في كروماتوغرافيا استبعاد الحجم ، يرتبط وقت إقامة الجزيء بحجمه، والذي يتناسب تقريبًا مع وزنه الجزيئي. تؤثر أوقات الإقامة أيضًا على أداء المخمرات المستمرة . ^[1]

تستخدم خلايا الوقود الحيوي العمليات الأيضية للبكتيريا الأنودية ( البكتيريا السالبة الكهربية ) لتحويل الطاقة الكيميائية من المواد العضوية إلى كهرباء. ^{[21] [22] [23]} تتكون آلية خلية الوقود الحيوي من أنود وكاثود مفصولين بغشاء تبادل بروتون داخلي (PEM) ومتصلين في دائرة خارجية بحمل خارجي. تنمو البكتيريا الأنودية على الأنود وتستهلك جزيئات عضوية قابلة للتحلل الحيوي لإنتاج الإلكترونات والبروتونات وغاز ثاني أكسيد الكربون ، ومع انتقال الإلكترونات عبر الدائرة فإنها تغذي الحمل الخارجي. ^{[22] [23]} إن زمن الإقامة الهيدروليكي لهذا التطبيق هو المعدل الذي تمر به جزيئات التغذية عبر الغرفة الأنودية. ^[23] يمكن تحديد ذلك عن طريق قسمة حجم الغرفة الأنودية على المعدل الذي يمر به محلول التغذية إلى الغرفة. ^[22] يؤثر زمن الإقامة الهيدروليكي (HRT) على معدل تحميل الركيزة للكائنات الحية الدقيقة التي تستهلكها البكتيريا الأنودية، مما يؤثر على الناتج الكهربائي. ^{[23] [24]} تعمل فترات الاسترداد الحراري الأطول على تقليل تحميل الركيزة في الغرفة الأنودية مما قد يؤدي إلى انخفاض عدد الأنودوفيليات والأداء عندما يكون هناك نقص في العناصر الغذائية. ^[23] تدعم فترات الاسترداد الحراري الأقصر تطوير البكتيريا غير الكهروكيميائية الخارجية والتي يمكن أن تقلل من الأداء الكهروكيميائي لكفاءة كولومبيك لخلية الوقود إذا كان على الأنودوفيليات التنافس على الموارد أو إذا لم يكن لديهم الوقت الكافي لتحلل العناصر الغذائية بشكل فعال. ^[23]

• متوسط ​​زمن الإقامة (MRT): فهم المدة التي تبقى فيها جزيئات الدواء في الجسم
• حساب زمن الاحتفاظ الهيدروليكي (لينتيك)