شماره ركورد
28849
پديد آورنده
پرديس مهرمحمدي
عنوان
مدلسازي و شبيهسازي فرآيندهاي جذب سطحي دياكسيدكربن با استفاده از الگوريتمهاي يادگيري عميق
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1402/4/25
استاد راهنما
دكتر احد قائمي
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
جذب دياكسيدكربن (CO2) بر روي مواد كربن متخلخل يك رويكرد مقرون به صرفه و با ظرفيت بالا براي كاهش انتشار CO2 ارائه ميدهد. خواص بافتي اين كربنهاي متخلخل، به ويژه وجود ميكرومنافذ، به طور قابل توجهي بر ظرفيت جذب CO2 تأثير ميگذارد. با اين حال، تاثير اين ويژگيهاي بافتي بر مكانيسم جذب سطحي نامشخص است. در اين پژوهش، يك شبكه عميق پرسپترون چندلايه (MLP) و يك شبكه عصبي پايه شعاعي (RBF)بهعنوان مدلهايي جهت شبيهسازي مقدار جذب CO2 توسط شرايط عملياتي (دما و فشار) و خواص بافتي جاذب (سطح ويژه، حجم ميكرومنافذ و حجم مزومنافذ) آموزش داده ميشوند. دادههاي موردنياز از مقالات معتبر بينالمللي جمعآوري شد و به ترتيب 80، 10 و 10 درصد از داده¬هاي ورودي به طور تصادفي براي آموزش، اعتبارسنجي و آزمايش شبكه اختصاص يافت. بهمنظور يافتن بهترين مدل، شبكههاي عميق MLP با معماري و توابع فعالسازي متفاوت براي 12 الگوريتم يادگيري پسانتشار خطا بهينهسازي شد. شبكههاي بهينه با الگوريتمهاي متفاوت از نظر ميزان دقت، زمان و هزينه محاسبات با يكديگر مقايسه شدند. در شبكه عصبي MLP، الگوريتم يادگيري LM و GDM به ترتيب با مقدار MSE برابر 2/6293E-5 و 4E-4192/4 و ضريب همبستگي 0/9951 و 0/9138 بالاترين و پايينترين دقت را نشان دادند. الگوريتم SCG و BFG به ترتيب با 0/7640 و 56/6110 ثانيه كمترين و بيشترين زمان اجرا را به خود اختصاص دادند. همچنين، كمترين تعداد تكرار براي الگوريتم LM و بيشترين براي الگوريتمهاي GDM و GD بهدست آمد. شبكه RBF با پراكندگي 9 و تعداد 207 نورون در لايه پنهان خود با مقدار MSE معادل 9/8401e-5، بهعنوان شبكه RBF بهينه انتخاب شد. جهت ارزيابي كارايي مدلهاي ايجاد شده، شبكهها با 45 داده جديد اجرا شدند كه شبكه MLP با الگوريتم LM و BR به ترتيب با %AARD برابر با 2/80 و 4/27 و ضريب همبستگي 0/9993 و 0/9988 در ميان مدلها بالاترين دقت را نشان دادند. در نهايت، شبكه عصبي عميق MLP با الگوريتم يادگيري LM و BR، به علت داشتن مقدار MSE كمتر و ضريب همبستگي بالاتر نسبت به شبكه RBF، مدل مناسبتري براي شبيهسازي فرآيند بهدست آمد. همچنين، نتايج حاصل از شبيهسازي نشان داد در فشارهاي پايينتر ميزان جذب سطحي دياكسيدكربن وابستگي بيشتري به حجم ميكرومنافذ دارد و در فشارهاي بالاتر، بيشتر تحتتأثير حجم مزومنافذ است.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/07/19
عنوان به انگليسي
Modeling and Simulation of CO2 Adsorption Processes Using Deep Learning Algorithms
تاريخ بهره برداري
7/15/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
پرديس مهرمحمدي
چكيده به لاتين
Carbon dioxide (CO2) adsorption on porous carbon materials offers a cost-effective and high-capacity approach to reduce CO2 emissions. The textural properties of these porous carbons, especially the presence of micropores, significantly affect the CO2 adsorption capacity. However, the effect of these textural properties on the adsorption mechanism is unclear. In this research, a MLP and RBF neural network are trained as models for simulating the amount of CO2 adsorption by operating conditions (temperature and pressure) and adsorbent textural properties (specific surface area, micropore volume, and mesopore volume). The required data was collected from international authoritative articles and 80%, 10% and 10% of the input data were randomly allocated for training, validation and testing of the network, respectively. In order to find the best model, MLP deep networks with different architectures and activation functions were optimized for 12 backpropagation learning algorithms. Optimal networks with different algorithms were compared with each other in terms of accuracy, time and cost of calculations. In MLP neural network, LM and GDM learning algorithms showed the highest and lowest accuracy with MSE values of 2.6293E-5 and 4.4192E-4 and correlation coefficients of 0.9954 and 0.9138, respectively. SCG and BFG algorithms took the least and the most run time with 0.7640 and 56.6110 seconds, respectively. Also, the lowest number of epochs was obtained for the LM algorithm and the highest for the GDM and GD algorithms. The RBF network with a spread of 9 and the number of 207 neurons in its hidden layer with an MSE value equal to 9.8401E-5 was selected as the optimal RBF network. In order to evaluate the efficiency of the created models, the networks were implemented with 50 new data, and the MLP network with LM and BR algorithm showed the highest accuracy among the models with %AARD equal to 2.80 and 4.27 and correlation coefficient of 0.9993 and 0.9988 respectively. Finally, the MLP deep neural network with LM and BR learning algorithm, due to having a lower MSE value and a higher correlation coefficient than the RBF network, is a more suitable model for process simulation. Also, the results obtained from the simulation showed that at lower pressures, the amount of carbon dioxide adsorption is more dependent on the volume of micropores, and at higher pressures, it is more affected by the volume of mesopores.
كليدواژه هاي فارسي
شبكه عصبي پرسپترون چندلايه , شبكه عصبي پايه شعاعي , الگوريتم يادگيري , جذب سطحي CO2 , خواص بافتي جاذب
كليدواژه هاي لاتين
MLP , RBF , Training Algorithm , CO2 Adsorption , Textural Properties
Author
pardis mehrmohammadi
SuperVisor
ahad ghaemi