• شماره ركورد
    27778
  • پديد آورنده

    علي ملاح زاده

  • عنوان
    بهبود سرعت شبيه‌سازي در مسائل چيدمان برج‌هاي تقطير با استفاده از شبكه‌ عصبي مصنوعي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي- طراحي فرايند
  • سال تحصيل
    1398
  • تاريخ دفاع
    1401/7/25
  • استاد راهنما
    نوراله كثيري بيدهندي
  • استاد مشاور
    جواد ايوك‌پور
  • دانشكده
    مهندسي شيمي، نفت و گاز
  • چكيده
    مدل‌سازي يك برج تقطير به دلايلي از جمله ماهيت غيرخطي آن، برهمكنش‌هاي چند متغيره، رفتار ناپايدار و تأخيرهاي زماني مي‌تواند چالش‌برانگيز باشد كه طي ساليان اين چالش در حوزه‌هاي كاربردي مختلف به كمك شبكه‌هاي عصبي مصنوعي برطرف شده است. از سوي ديگر، بهينه‌سازي توالي برج‌هاي تقطير خود فرآيند پيچيده‌تري است كه از زمان محاسباتي طولاني‌تر و ساختارهاي احتمالي متعددتري نيز برخوردار است. در اين پايان‌نامه، ابتدا به توصيف رفتار غيرخطي برج تقطير و توسعه يك مدل شبكه عصبي خوراك پيشخور با لايه‌هاي ورودي، پنهان و خروجي به منظور پيش‌بيني‌هاي متغيرهاي معين براي خوراك‌هاي سه جزئي در دو مطالعه موردي C4-6 و BTX پرداخته مي‌شود كه مجموعه داده‌هاي آموزشي لازم از شبيه‌سازي‌هاي متعدد به كمك نرم‌افزار Aspen Plus بدست مي‌آيند. ارزيابي و انتخاب متغيرها به گونه‌اي صورت پذيرفته كه حداكثر داده‌هاي ممكن فرآيندي در مرحله پس-پردازش حاصل شود. پس از بررسي عملكرد شبكه عصبي توسعه يافته، از آن براي بررسي دقت پيش‌بيني متغيرها در هر برج تقطير ساده موجود در يك چيدمان مستقيم يا غيرمستقيم استفاده خواهد شد. توسعه چنين مدلي كاربر را از آموزش شبكه‌هاي ديگر در يك چيدمان برج‌هاي تقطير بي‌نياز خواهد كرد. سپس استفاده از مدل نهايي براي فرآيند بهينه‌سازي چيدمان برج‌هاي تقطير مورد بررسي قرار مي‌گيرد و نتايج بدست آمده با كمك شبكه عصبي با نتايج حاصل از شبيه‌سازي دقيق مورد مقايسه قرار خواهند گرفت. بر اساس مقايسه نتايج بدست آمده، ميتوان اذعان كرد كه شبكه عصبي به عنوان يك شبيه‌ساز عملكرد خوبي را از خود به لحاظ دقت پيش‌بيني متغيرها نشان مي‌دهد. ميزان خطاي MSE بدست آمده براي هر يك از سيستم بين مرتبه‌هاي 10-7تا 10-5 متغير است كه حاكي از دقت بالاي شبكه‌هاي توسعه يافته مي‌باشد. مطالعه و تفسير نتايج حاصل از كاربرد شبكه عصبي نهايي در مسائل بهينه‌سازي نشان‌دهنده برتري شبكه عصبي نسبت به حالت لينك بين دو نرم‌افزار Aspen Plus و MATLAB از لحاظ زمان محاسباتي مي‌باشد. مطابق نتايج بدست آمده شبكه عصبي قادر است تا با انجام تعداد محاسبات بهينه‌سازي بيشتر و با توجه به الگوريتم خود مدت زمان بهينه‌سازي را به صورت ميانگين از حدود 200 دقيقه به 2 دقيقه تقليل بدهد كه اين كاهش زماني در انجام محاسبات بهينه‌سازي قابل توجه است. از طرفي دقت شبكه عصبي در انجام محاسبات با توجه به ماهيت آن از رضايت كافي برخوردار است اما همچنان توسعه مدلي دقيق‌تر در اين مسائل نياز مي‌باشد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1401/11/05
  • عنوان به انگليسي
    Improvement simulation time in distillation columns sequencing problems using Artificial Neural Network
  • تاريخ بهره برداري
    1/1/1900 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    علي ملاح زاده

  • چكيده به لاتين
    Modeling a distillation column can be challenging due to the inherently nonlinear nature of the process, multivariate interactions, unstable behavior, and time delays. Over the years, this challenge has been solved in various fields of application with the help of artificial neural networks. Furthermore, optimizing the sequence of distillation columns is a more complicated process, which has a longer computing time and more possible structures. In this thesis, firstly, the nonlinear behavior of the distillation column and the development of a feed-forward neural network model with input, hidden, and output layers are discussed to predict certain variables for three-component feeds in two case studies, C4-6 and BTX. The necessary training data sets are obtained from multiple simulations with the help of Aspen Plus software. The eva‎luation and selection of variables are made so that the maximum possible process data is obtained in the post-processing stage. After checking the performance of the developed neural network, it will be used to check the accuracy of predicting variables in any simple distillation column in a direct or indirect sequence. The development of such a model will free the user from training other networks in a distillation column sequencing. Then the use of the final model for the process of optimizing the sequence of distillation columns will be investigated, and the results obtained with the help of a neural network will be compared with the results obtained from rigorous simulation. Based on the comparison of the obtained results, it can be acknowledged that the neural network as a simulator shows a good performance in terms of the accuracy of predicting the variables. The amount of MSE error obtained for each system varies between 1e-7 to 1e-5 orders, indicating the developed networks' high precision. The study and interpretation of the results of the application of the final neural network in optimization problems show the superiority of the neural network over the link mode between Aspen Plus and MATLAB software in terms of computing time. According to the obtained results, the neural network can reduce the optimization time from about 200 minutes to 2 minutes by performing more optimization calculations and, according to its algorithm, which is a significant time reduction in optimization calculations. Moreover, the accuracy of the neural network in performing calculations is satisfactory according to its nature; however, the development of a more accurate model is still needed in these issues.
  • كليدواژه هاي فارسي
    فرآيند تقطير , چيدمان برج‌هاي تقطير , شبكه‌هاي عصبي مصنوعي , مدل‌سازي و شبيه‌سازي , بهينه‌سازي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Distillation process , Distillation Columns Sequence , Artificial Neural Networks , Modeling and simulation , optimization
  • Author
    Ali Mallahzade
  • SuperVisor
    Dr. Kasiri