مدل سازی نمک زدایی آب شور با استفاده از فرایند الکترودیالیز به روش شبکه عصبی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران ، ایران

چکیده

در این مطالعه، مدلی با استفاده از دیدگاه جعبه سیاه و با تکیه بر روش شبکه عصبی برای فرایند الکترودیالیز ارایه شده است. در این مدل به بررسی اثر چهار پارامتر اساسی دما، ولتاژ مصرفی، شدت جریان و غلظت خوراک بر درصد جداسازی نمک از آب شور پرداخته شده است. با استفاده از روش آزمون و خطا، روش آموزش، تابع انتقال و تعداد بهینه نرون‌های هر لایه با توجه به بهترین عملکرد شبکه انتخاب شده است. شبکه عصبی به صورت چند لایه، روش پس انتشار و روش لونبرگ ـ ماوکوارت توسعه یافته است. در این پژوهش از 135 داده آزمایشگاهی استفاده شده است که 60% (81 داده) آن برای آموزش شبکه، 20% داده‌ها (27 داده) به عنوان داده‌های ارزیابی فرایند آموزش و 20% (27 داده) برای ارزیابی تعمیم‌پذیری شبکه به عنوان داده‌های آزمون در نظر گرفته شده است. از مقایسه نتیجه­ های مدل با داده ‏های مستقل آزمایشگاهی، نتیجه‌شد که آرایش بهینه شبکه به صورت 4:5:8:1 به­ دست می‌آید و مدل با خطای کم­تر از 1% قابلیت پیش‌بینی رفتار فرایند را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Koter S., Warszawski A., Electromembrane Processes in Environment Protection, Polish Journal of Environmental Science, 9(1): 45-56 (2000).
[2] Rype J., Jonsson G., "Modelling of Electrically Driven Membrane Processes", Ph.D. Thesis, Technical University of Denmark (2003).
[3] Xu T., Huang C., Electrodialysis‐Based Separation Technologies: A Critical Review, AIChE Journal, 54(12): 3147-3159 (2008).
[4] گوهری، فاطمه؛ شاهسوند، اکبر؛ بررسی عملکرد شبکه عصبی مصنوعی  MLP، RBF و ORN در یک کانال افقی همراه با انتقال جرم و انتقال حرارت همزمان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)35: 168-151 (1395).
[5] Sha W., Edwards K., The Use of Artificial Neural Networks in Materials Science-Based Research, Material Design, 28(6): 1747-1752 (2007).
[6] Mjalli F., Al-Asheh S., Alfadala H., Use of Artificial Neural Network Black-Box Modeling 
for the Prediction of Wastewater Treatment Plants Performance, Journal of Environmental Management, 83(3): 329-338 (2007).
[7] Tanaka Y., Mass Transport and Energy Consumption in Ion-Exchange Membrane Electrodialysis of Seawater, Journal of Membrane Science, 215(1-2): 265-279 (2003). 
[8] Kabay N., Arda M., Kurucaovali I., Ersoz E., Kahveci H., Can M., Dal S., Kopuzlu S., Haner M., Demircioglu M., Effect of Seed Characteristics on the Separation Performances of Monovalent and Divalent Salts by Electrodialysis, Desalination, 158(1-3): 95-100 (2003).
[9] Ortiz J., Sotoca J., Exposito, E., Gallud F., Garcia-Garcia V., Montiel V., Aldaz, A., Brackish Water Desalination by Electrodialysis: Batch Recirculation Operation Modeling, Journal of Membrane Science, 252(1-2): 65-75 (2005).
[10] Lee H., Sarfert F., Strathmann H., Moon S., Designing of an Electrodialysis Desalination Plant, Desalination, 142(3): 267-286 (2002).
[11] نوغانی، سمیه؛ امیری، محمد؛ امامی، محمدامین؛ ارزیابی عملکرد شاخص هدایت الکتریکی در پایش فرایند نمک زدایی سفالینه های تاریخی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)35: 159-151 (1395).
[12] Sadrzadeh M., Mohammadi T., Ivakpour J.,  Kasiri N., Separation of Lead Ions from Wastewater Using Electrodialysis: Comparing Mathematical and Neural Network Modeling, Chemical Engineering Journal, 144(3): 431-441 (2008).
[13] Sadrzadeh M., Kaviani A., Mohammadi T., Mathematical Modeling of Desalination by Electrodialysis, Desalination, 206(1-3): 538-546 (2007).
[14] Delgrange N., Cabassud C., Cabassud M., Durand-Bourlier L., Laine J., Neural Networks for Prediction of Ultrafiltration Transmembrane Pressure–Application to Drinking Water Production, Journal of Membrane Science, 150(1): 111-123 (1998).
[15] Al-Shayji K. Khawla A., "Modeling, Simulation, and Optimization of Large-Scale Commercial Desalination Plants", Virginia Tech, (1998).
[16] Sadrzadeh M. Mohammadi T., Sea Water Desalination Using Electrodialysis, Desalination, 221(1-3): 440-447 (2008).
[17] ذوقی، محمدجواد؛ گنجی دوست، حسین؛ مختارانی، نادر؛ آیتی، بیتا؛ بهینه سازی فرایند تثبیت و جامدسازی سیمانی لجن صنایع آبکاری توسط شبکه عصبی مصنوعی و روش سطح پاس، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)34: 97 تا 109 (1394).
[18] He X., Xu S., "Process Neural Networks: Theory and Applications". Springer Science & Business Media (2010).
[19] Engelbrecht A., "Computational Intelligence: An Introduction". John Wiley & Sons Inc. (2007).