Residenssiaika

Residenssiaika tarkoittaa aikaa, jonka aine tai partikkele viettää järjestelmässä sisääntulo- ja poistumishetkien välissä. Kun järjestelmän tilavuus on V ja tilavuusvirta Q, järjestelmän keskimääräinen residenssiaika (mean residence time, MRT) on MRT = V / Q. Tämä kuvaa, kuinka kauan keskimäärin aine pysyy järjestelmässä, olettaen vakion tiheyden ja tasaisen virtauksen.

Residenssijakautuma (RTD) kuvaa sen ajan jakaumaa, jonka yksittäinen osa viettää järjestelmän sisällä ennen poistumista. RTD määritellään tiheysfunktiolla E(t) ja sen kertymäfunktiolla F(t) = ∫0^t E(τ) dτ. MRT on RTD:n ensimmäinen momentti, eli ∫0^∞ t E(t) dt, ja se vastaa usein V/Q-arvoa ideaalitilanteissa.

Esimerkit ideaalimalleista: ideassa plug flow -reaktorissa (PFR) kaikki ainesosat kokevat saman residenssian, joten RTD on deltafunktio E(t) = δ(t − τ) ja MRT = τ. Sekoitetussa, jatkuvassa sekoitusreitissä (CSTR) RTD on eksponentiaalinen: E(t) = (1/τ) e^(−t/τ), missä τ = V/Q, ja MRT on sama τ. Useat säiliöt sarjassa antavat RTD:n muodon, joka on lähestyttävä monimutkaisemmalla, mutta silti määriteltävällä jakaumalla.

Käytännön sovelluksia ovat reaktorisuunnittelu ja tuotannon mitoittaminen, ympäristötekniikkaan liittyvä kulkeutumis- ja varastointiarvio sekä vesistöjen ja maaperän residenssiajatusten tarkastelu. Mittaukset perustuvat usein tracer-tutkimuksiin, kuten väriaineet tai isotooppimerkit, joiden avulla RTD-käyriä ja MRT-arvoja estimaidaan. Rakennettaessä monimutkaisempia järjestelmiä voidaan käyttää useiden säiliöiden sarjoja tai jakautuneita malleja residenssiajan arvioimiseksi.