استفاده از شبکه عصبی ANFIS و MLP در پیش‌بینی استخراج ترکیب های آروماتیکی از ترکیب های آلیفاتیکی توسط مایع‌های یونی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

یکی از فرایند‌های اصلی در صنایع پالایشی صنعت نفت، استخراج هیدروکربن‌های آروماتیک از هیدروکربن‌های آلیفاتیک است. بر این اساس پیش‌بینی دقیق رفتار فازی این سامانه‌ها می‌تواند باعث بهبود استخراج مایع ـ مایع شود.  در این مطالعه، رفتار ترمودینامیکی فازی سامانه سه‌جزئی هیدروکربن‌های آلیفاتیک و آروماتیک به همراه مایع­ های یونی توسط سامانه استنتاجی فازی ـ عصبی تطبیقی (ANFIS) و شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) پیش‌بینی ‌شد.  ورودی‌های مدل در مدل‌سازی سامانه استخراج مایع  ـ  مایع،  نسبت مولی ترکیب های آلیفاتیک، آروماتیک و مایع های یونی در خوراک و هم­چنین جرم مولکولی آ­­ن­ ها و دمای سامانه استخراج در نظر گرفته شد و همچنین خروجی مدل نیز نسبت مولی ترکیب­ های آلیفاتیک و آروماتیک در فاز غنی از آلکان و نسبت مولی ترکیب های آروماتیک و مایع های یونی در فاز غنی از مایع های یونی در نظر گرفته شد. پارامترهای طراحی این شبکه‌های عصبی ازجمله تعداد نرون و شعاع خوشه‌چینی شبکه‌های MLP و ANFIS به منظور بهتر شدن دقت پیش‌بینی آن­ ها، با روش بهینه‌سازی تکاملی الگوریتم ژنتیک (GA) بهینه شدند. مقایسه دقت پیش‌بینی شبکه‌های ANFIS و MLP با داده‌های آزمایش بر اساس پارامترهای آماری R2 ، RMSD و MAD برای مدل ANFIS به ترتیب 9996/0، 0190/0 و0129/0 و برای مدل شبکه عصبی MLP به ترتیب 9996/0، 0204/0 و0127/0 به‌دست آمد. همچنین مقایسه‌ای بین دقت پیش‌بینی شبکه‌های ANFIS و MLP با مدل ترمودینامیکی NRTL برای دو سامانه گوناگون استخراج مایع ـ مایع انجام شد، میانگین RMSD  آن‌ها برای دو سامانه استخراج به ترتیب 0093/0، 0110/0 و 0113/0 به‌دست آمد. نتیجه­ های پارامترهای آماری نشان دهنده این است که این شبکه‌ها در پیش‌بینی رفتار ترمودینامیکی تعادل مایع ـ  مایع با دقت به نسبت مناسبی دارند و روش مؤثری هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Ghanadzadeh H., Ghanadzadeh A., Liquid-Liquid Equilibria in Water + Ethanol + 2-Ethyl-1-hexanol) at T = (298.2, 303.2, 308.2, and 313.2) K, J. Chem. Thermodynamics, 35: 1393–1401 (2003).
[2] Ghanadzadeh H., Haghi A. K., Liquid–Liquid Equilibrium Data for Water+Ethanol+trans-Decalin: Measurement and Predication, J. Fluid Phase Equilib., 243: 45–50 (2006).
[3] Villaluenga J.G., Tabe-Mohammadi A., A Review on the Separation of Benzene/Cyclohexane Mixtures by Pervaporation Processes, J. Memb. Sci., 169: 159–174 (2000).
[4] Al-Jimaz A.S., Fandary M.S., Alkhaldi K.H.E., Al-Kandary J.A., Fahim M.A., Extraction of Aromatics from Middle Distillate Using N-Methyl-2-Pyrrolidone: Experiment, Modeling, and Optimization, J. Ind. & Eng. Chem. Res. 46: 5686–5696 (2007).
[5] Mahmoudi J., Lotfollahi M.N., (Liquid+ Liquid) Equilibria of (Sulfolane+ Benzene+Nhexane), (N-Formylmorpholine+ Benzene+N-Hexane), and (Sulfolane+N-Formylmorpholine+ Benzene+N-Hexane) at Temperatures Ranging from (298.15 to 318.15) K: Experimental Results and Correlation, J. Chem. Thermodynamics, 42: 466–471 (2010).
[6] Wlazło M., Marciniak A., Ternary Liquid-Liquid Equilibria of Trifluorotris (Perfluoroethyl) Phosphate Based Ionic Liquids +Methanol + Heptane, J. Fluid Phase Equilib., 338: 253–256 (2013).
[7] Marsh K.N., Boxall J.A., Lichtenthaler R., Room Temperature Ionic Liquids and Their Mixtures– A Review, J. Fluid Phase Equilib., 219: 93–98 (2004).
[8] Kamankesh A., Vossoughi M., Shamloo A., Mirkhani S., Akbari J., Liquid–Liquid Equilibrium (LLE) Data for Ternary Mixtures of {Aliphatic+ P-Xylene+ [EMpy][ESO 4]} at T= 313.15 K, J. Fluid Phase Equilib., 332: 48–54 (2012).
[9] Larriba M., Navarro P., García J., Rodríguez F., Liquid–Liquid Extraction of Toluene from Heptane Using [Emim][DCA], [Bmim][DCA], and [Emim][TCM] Ionic Liquids, J.  Ind. & Eng. Chem. Res., 52: 2714–2720 (2013).
[10] Al-Jimaz A.S., Alkhaldi K.H., Al-Rashed M.H., Fandary M.S., AlTuwaim M.S., Study on the Separation of Propylbenzene from Alkanes Using Two Methylsulfate-Based Ionic Liquids at (313 and 333) K, J.  Fluid Phase Equilib. 354: 29–37 (2013).
[11] Larriba M., Navarro P., García J., Rodríguez F., Selective Extraction of Toluene from N-Heptane Using [Emim][SCN] and [Bmim][SCN] Ionic Liquids as Solvents, J. Chem. Thermodynamics, 79: 266–271 (2014).
[12] García S., Larriba M., García J., Torrecilla J.S., Rodríguez F., Alkylsulfate-Based Ionic Liquids in the Liquid-Liquid Extraction of Aromatic Hydrocarbons,  J. Chem. Thermodynamics, 45: 68–74 (2012).
[13] Heidari M.R., Mokhtarani B., Seghatoleslami N., Sharifi A., Mirzaei M., Liquid-Liquid Extraction of Aromatics from Their Mixtures with Alkanes Using 1-Methyl 3-Octylimidazolium Thiocyanate Ionic Liquid, J. Chem. Thermodynamics, 54: 310–315 (2012).
[14] García S., Larriba M., Casas A., García J., Rodríguez F., Separation of Toluene and Heptane by Liquid-Liquid Extraction Using Binary Mixtures of the Ionic Liquids 1-Butyl-4-Methylpyridinium Bis (Trifluoromethylsulfonyl) Imide and 1-Ethyl-3-Methylimidazolium Ethylsulfate, J. Chem. Eng. Data, 57: 2472–2478 (2012).
[15] de Oliveira L.H., Álvarez V.H., Aznar M., Liquid–Liquid Equilibrium in N-Methyl-2-Hydroxyethylammonium Acetate Butanoate, or Hexanoate Ionic Liquids + Dibenzothiophene + N- Dodecane Systems at 298.2K and Atmospheric Pressure, J. Chem. Eng. Data, 57: 744–750 (2012).
[16] González E.J., Calvar N., Gómez E., Domínguez Á., Application of [EMim][ESO 4] Ionic Liquid as Solvent in the Extraction of Toluene from Cycloalkanes: Study of Liquid–Liquid Equilibria at T= 298.15 K, J. Fluid Phase Equilib., 303: 174–179 (2011).
[17] Calvar N., Domínguez I., Gómez E., Domínguez Á., Separation of Binary Mixtures Aromatic+ Aliphatic Using Ionic Liquids: Influence of the Structure of the Ionic Liquid, Aromatic and Aliphatic, J. Chem. Eng., 175: 213–221 (2011)
[18] Fandary M.S., Alkhaldi K.H., Al-Jimaz A.S., Al-Rashed M.H., Al-Tuwaim M.S., Evaluation of [Bmim][PF 6] as an Ionic Solvent for the Extraction of Propylbenzene from Aliphatic Compounds, J. Chem. Thermodynamics, 54: 322–329 (2012).
[19] Corderi S., Calvar N., Gómez E., Domínguez A., Capacity of Ionic Liquids [EMim][NTf2] and [EMpy][NTf2] for Extraction of Toluene from Mixtures with Alkanes: Comparative Study of the Effect of the Cation, J. Fluid Phase Equilib., 315: 46–52 (2012).
[20] Bogdan S., Gosak D., Vasic-Racki D., Mathematical Modeling of Liquid-Liquid Equilibria in Aqueous Polymer Solution Containing Neutral Proteinase and Oxytetracycline Using Artificial Neural Network, J. Comput. Chem. Eng., 19: 791–796 (1995).
[21] Ganguly S., Prediction of VLE Data Using Radial Basis Function Network, J. Comput. Chem. Eng., 27: 1445–1454 (2003).
[22] Mjalli F.S., Neural Network Model-Based Predictive Control of Liquid-Liquid Extraction Contactors, J. Chem. Eng. Sci., 60: 239–253 (2005).
[23] Torrecilla J.S., Deetlefs M., Seddon K.R., Rodríguez F., Estimation of Ternary Liquid-Liquid Equilibria for Arene/Alkane/Ionic Liquid Mixtures Using Neural Networks, J. Chem. Phys., 10: 5114–5120 (2008).
[24] Dehnavi S.M., Pazuki G., Goodarznia I., Vossoughi M., Prediction of the Selectivity Coefficient of Ionic Liquids In Liquid–Liquid Equilibrium Systems Using Artificial Neural Network and Excess Gibbs Free Energy Models, J. Part. Sci. Technol., 28: 379–391 (2010).
[25] Özmen A., Correlation of Ternary Liquid–Liquid Equilibrium Data Using Neural Network-Based Activity Coefficient Model, J. Neural Comput. Appl., 24: 339–346 (2014).
[26] Powell M.J.D., Mason J.C., Cox M.G., “Radial Basis Functions for Multivariable Interpolation: A Review in Algorithms for Approximation”, Clarendon Press, Oxford, UK, (1987).
[27] Park J., Sandberg I., Universal Approximation Using Radial Basis Function Networks, J. Neural Comput., 3 (2): 246–257 (1991).
[28] Ivakhnenko A.G., Polynomial Theory of Complex Systems, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern., ggg1: 364–378 (1971).
[29] Farlow S.J., “Self-Organizing Method in Modelling: GMDH-Type Algorithm”, Marcel Dekker, New York, (1984).
[30] Reyhani S.Z., Ghanadzadeh H., Puigjaner L., Recances F., Estimation of Liquid–Liquid Equilibrium for a Quaternary System Using the GMDH Algorithm, J. Ind. Eng. Chem. Res., 48: 2129–2134 (2009).
[31] Ketabchi S., Ghanadzadeh H., Ghanadzadeh A., Fallahi S., Ganji M., Estimation of VLE of Binary Systems (Tert-Butanol + 2-Ethyl-1 Hexanol) and (Nbutanol + 2-Ethyl-1-Hexanol) Using GMDH-Type Neural Network, J. Chem. Thermodynamics, 42 (11): 1352–1355 (2010).
[32] Ghanadzadeh H., Ganji M., Fallahi S., Mathematical Model of Liquid–Liquid Equilibrium for a Ternary System Using the GMDH-Type Neural Network and Genetic Algorithm, J. Appl. Math. Model, 36: 4096–4105 (2012).
[33] Pazuki G., Seyfi Kakhki S., A Hybrid GMDH Neural Network to Investigate Partition Coefficients of Penicillin G Acylase in Polymer–Salt Aqueous Two-Phase Systems, J. Mol. Liq., 188: 131–135 (2013).
[34] Hakim M., Behmardikalantari G., Abedini Najafabadi H., Pazuki G., Vosoughi A., Vossoughi M., Prediction of Liquid–Liquid Equilibrium Behavior for Aliphatic + Aromatic + Ionic Liquid Using Two Different Neural Network-Based Models, J. Fluid Phase Equilib., 394: 140–147 (2015).
[35] Shaahmadi F., Anbaz M. A., The Prediction of Liquid-Liquid Equilibria for Benzene/Alkane/Ionic Liquids Mixtures Using Intelligent Models, J. Mol. Liq., 208: 131–135 (2017).
[36] García S., Larriba M., García J., Torrecilla J.S., Rodríguez F., 1-Alkyl-2,3-Dimethylimidazolium Bis(Trifluoromethylsulfonyl)Imide Ionic Liquids for the Liquid-Liquid Extraction of Toluene from Heptane, J. Chem. Eng. Data, 56: 3468–3474 (2011).
[37] Melin P., Castillo O., Hybrid Intelligent Systems for Pattern Recognition Using Soft Computing, J. Fuzz. Inf. and Eng. 4: 345–355(2005).
[38] Mamdani E.H., Assilian S., An Experiment in Linguistic Synthesis with a Fuzzy Logic Controller, J. Man-Machine Studies, 7 (1): 1–13 (1975).
[39] Sugeno M., “Industrial Applications of Fuzzy Control”, Elsevier, Amsterdam, (1985).
[40] Jang J., ANFIS: Adaptive Network-Based Fuzzy Inference Systems, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern., 23: 665–668 (1993).
[41] Brown M., Harris C., “Neuro-Fuzzy Adaptive Modeling and Control”, Prentice-Hall, New York, (1994).
[42] Haykin S., “Neural Networks: A Comprehensive Foundation”, Prentice-Hall, New York, (2007).
[43] Rojas R., “Neural Networks: A Systematic Introduction”, Springer, Berlin, (1996).
[44] Preechakul C., Kheawhom S., Modified Genetic Algorithm With Sampling Techniques for Chemical Engineering Optimization, J. Ind. Eng. Chem. 15: 110-119 (2009).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار