22321

ارائه مدل هاي جديد ساختار محور (QSPR) براي پيش بيني خواص پايه تركيبات گوگردي متداول در برش هاي نفتي

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

1399/3/13

دكتر محمد امين ثباتي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

خواص بحراني تركيبات شيميايي ازجمله دماي بحراني (Tc)، فشار بحراني (Pc)، حجم بحراني (Vc) و همچنين ضريب بي مركزي (ω) از اهميت زيادي برخوردار هستند. زيرا اين خواص براي تخمين بسياري از خواص فيزيكي و ترموديناميكي با استفاده از تئوري حالات متناظر يا معادلات حالت، ضروري هستند. همچنين اين خواص اساس محاسبات طراحي، شبيه سازي و مدل سازي فرايندهاي صنعتي مختلف ازجمله فرايندهاي گوگردزدايي مي باشند. تعيين آزمايشگاهي اين خواص ترجيح داده مي شود اما كاري پرهزينه و زمانبر است. همچنين به دليل وجود ناخالصي ها و امكان تجزيه تركيبات در شرايط نزديك به شرايط بحراني، اندازه گيري تجربي اين خواص با چالش هاي زيادي همراه است. از اين رو، توسعه روش هايي دقيق براي پيش بيني خواص بحراني و ضريب بي مركزي تركيبات شيميايي بسيار ضروري است. در اين مطالعه، مدل هاي جديد مبتني بر رابطه كمي ساختار-خاصيت (QSPR) براي پيش بيني خواص بحراني و ضريب بي مركزي تركيبات گوگردي پيشنهاد شده است. براي توسعه اين مدل ها، يك مجموعه داده وسيع شامل داده هاي آزمايشگاهي بيش از 130 تركيب گوگردي مختلف به كار گرفته شده است. روش جايگزيني بهبوديافته (ERM) براي انتخاب زيرمجموعه متغيرها استفاده شده است. بر اساس توصيف كننده هاي انتخاب شده با روش ERM، دو مدل مختلف شامل مدل خطي و مدل غيرخطي مبتني بر برنامه ريزي ژنتيكي (GP) براي هر يك از اين خواص گسترش يافته اند. قابليت پيش بيني مدل هاي توسعه يافته با روش هاي اعتبارسنجي داخلي و خارجي با استفاده از پارامترهاي آماري مناسب بررسي شده است. مقادير پيش بيني شده براي هر يك از خواص با هر دو روش خطي و غيرخطي تطابق خوبي با داده هاي آزمايشگاهي دارند. براي مدل هاي غيرخطي، مقادير ضريب تشخيص (R^2) براي دماي بحراني، فشار بحراني، حجم بحراني و ضريب بي مركزي به ترتيب 0/94، 0/98، 0/99 و 0/92 به دست آمده اند. پس از بازنگري مدل هاي QSPR موجود در مراجع، مشخص گرديد كه دامنه كاربردپذيري مدل هاي جديد براي پيش بيني خواص بحراني و ضريب بي مركزي تركيبات گوگردي مختلف گسترده تر شده است.

1399/07/08

Presentation of new structure-based models (QSPR) for the prediction of basic properties of sulfur-containing compounds of fossil-derived fuels

6/3/2021 12:00:00 AM

Critical properties of chemical compounds including critical temperature (Tc), critical pressure (Pc), critical volume (Vc), as well as acentric factor (ω) are of great importance. Because these properties are necessary for estimating large variety of thermodynamic and physical properties by theorem of corresponding states or equations of state. Also, these properties are the basis of design calculation, simulation and modeling of different industrial processes such as desulfurization processes. The Experimental determination of these properties is preferred; however, this task is time consuming and expensive. Also, due to existing the impurities and the possibility of decomposition of compounds in close conditions to critical point, the experimental measurement of these properties is associated with many challenges. Therefore, the development of accurate methods for the prediction of critical properties and acentric factor of chemical compounds are very necessary. In this study, new models based on quantitative structure-property relationship (QSPR) have been proposed for the prediction of critical properties and acentric factor for the sulfur-containing compounds. For the model development, an extensive data set containing experimental data of over 130 different sulfur-containing compounds was employed. Enhanced Replacement Method (ERM) was applied for subset variable selection. Based on ERM selected descriptors, two different models, including linear model and Genetic Programming (GP) based non-linear model have been developed for each these properties. The prediction capability of the developed models was examined by internal and external validations using appropriate statistical parameters. The predicted values of each target were in good agreement with the experimental data using linear and GP-based models. For nonlinear models, the values of the coefficient of determination (R^2) were 0.94, 0.98, 0.99, and 0.92 for Tc, Pc, Vc, and ω, respectively. After revisiting the available QSPR models in the literature, it was detected that the domain of applicability of new models for the prediction of the critical properties and acentric factor of different sulfur-containing compounds has been expanded.