مدلسازی فرایند ocm با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و بهینه سازی پارامترهای عملیاتی فرایند با استفاده از الگوریتم ژنتیک

در این پروژه از 100 آزمون رآکتوری انجام شده روی کاتالیست mn/na2wo4/sio2 در واکنش زوج شدن اکسایشی متان (ocm) ودر یک رآکتور بستر ثابت از جنس کوارتز، در فشار اتمسفریک و تحت شرایط عملیاتی متفاوت شامل دما، سرعت فضایی حجم گاز (ghsv)، نسبت متان به اکسیژن و درصد مولی گاز رقیق کننده (n2) استفاده گردید. با توجه به ویژگی شبکه های عصبی، از شبکه عصبی مصنوعی جهت توسعه مدل از داده های نمونه سیستم استفاده گردید. پارامترهای عملیاتی ذکر شده در بالا به عنوان پارامترهای ورودی و میزان تبدیل متان، گزینش پذیری محصولات دو کربنه، بازده محصولات دو کربنه و نسبت اتیلن به اتان به عنوان پارامترهای خروجی در نظر گرفته شده است. جهت جلوگیری از پیچیدگی شبکه و شناخت متغیرهای موثر جهت ورود به شبکه از تکنیک آماری آنالیز مولفه های اصلی (pca) استفاده شد و تعداد متغیرهای خروجی از 4 به 2 کاهش داده شد. پس از تهیه مجموعه داده های ورودی- خروجی برای تهیه مدل از نرم افزار matlab 7.5.0 استفاده شد. در این پروژه از شبکه عصبی پرسپترون چند لایه پیشرو با الگوریتم پس انتشار (bp) استفاده شد. برای آموزش شبکه نیز از الگوریتم لونبرگ مارکوات (lm) استفاده گردید. همچنین برای هر دو لایه میانی و خروجی از تابع انتقال tansig استفاده شده است. برای خروجی اول، شبکه بهینه با توپولوژی 4-9-1 (یک لایه میانی شامل 9 نرون) تحت عنوان شبکه اول و برای خروجی دوم شبکه بهینه با توپولوژی 4-6-1 (یک لایه میانی با 6 نرون) تحت عنوان شبکه دوم تهیه شد. پس از آموزش شبکه ها و تست آنها با داده های تست، با استفاده از وزن های شبکه و الگوریتم ژنتیک، اقدام به بهینه سازی پارامترهای عملیاتی فرایند ocm بر مبنای ماکسیمم بازدهی محصولات دو کربنه گردید. نتایج بدست آمده از تلفیق شبکه های عصبی مصنوعی تهیه شده با الگوریتم ژنتیک نشان می دهد که تحت شرایط عملیاتی دما c° 850 ، سرعت فضایی حجم گاز cm3g-1h-1 22464 ، نسبت متان به اکسیژن 4 و درصد مولی نیتروژن به عنوان گاز رقیق کننده 30 ، دارای حداکثر بازدهی محصولات دو کربنه به میزان %47/23 خواهیم بود. برای همین شرایط میزان تبدیل متان %03/33 ، گزینش پذیری محصولات دو کربنه % 07/71 و نسبت اتیلن به اتان 073/2 بدست آمده است. جهت حصول اطمینان از مدل تهیه شده و بهره گیری از نتایج آن اقدام به انجام آزمایش در شرایط بهینه گردید. بدین منظور، با همکاری پژوهشگاه صنعت نفت، کاتالیست mn/na2wo4/sio2 به روش تلقیح، تهیه گردید و دو آزمون رآکتوری روی کاتالیست ساخته شده انجام شد. متوسط خطای ناشی از مقایسه مدل با نتایج آزمایشگاهی برای میزان تبدیل متان و بازده محصولات c2+، به ترتیب %73/2 و %48/5 می باشد. اما برای گزینش پذیری محصولات c2+ و نسبت اتیلن به اتان متوسط خطای حاصل از مقایسه مدل با نتایج آزمایشگاهی کمی بیشتر شده وبه ترتیب برابر %66/10 و %28/10 بدست آمده است.