شماره ركورد
33478
پديد آورنده
مليكا عربي
عنوان
شبيه سازي جذب دي اكسيد كربن با جاذب هاي سطحي پايه كربني با استفاده از شبكه هاي عصبي
مقطع تحصيلي
ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/12/12
استاد راهنما
احد قائمي
استاد مشاور
/
دانشكده
مهندسي شيمي
چكيده
جذب سطحي CO₂ روي كربنهاي متخلخل روشي مؤثر و مقرونبهصرفه براي كاهش انتشار اين گاز است. يكي از روشهاي اميدواركننده براي مدلسازي جذب CO₂، استفاده از يادگيري ماشيني است؛ كه با توانايي بالا در پيشبيني رفتارهاي غيرخطي، ميتوانند ميزان جذب CO₂ توسط جاذبهاي جامد را با دقت خوبي پيشبيني كنند.در اين پژوهش، تأثير پارامترهاي مستقل مانند سطح ويژه، حجم ميكرومنافذ و مزومنافذ و شرايط عملياتي شامل دما، فشار و زمان بر ميزان جذب CO₂ مورد بررسي قرار گرفته است. بهمنظور مدلسازي فرايند جذب، از روشهاي يادگيري ماشيني و شبكههاي عصبي مصنوعي استفاده شد. دو شبكه عصبي پرسپترون چندلايه MLP و تابع پايه شعاعي RBF و روش سطح پاسخ RSM بهكار گرفته شدند و دادههاي موردنياز از منابع استخراج گرديد. اين دادهها بهصورت تصادفي به سه بخش آموزش¬(70٪)، اعتبارسنجي¬(15٪) و آزمايش¬(15٪) تقسيم شدند تا دقت مدلها بهدرستي ارزيابي شود. در مرحله اول، براي بررسي اثرات متقابل متغيرها و بهينهسازي شرايط جذب، از روش سطح پاسخ RSM استفاده شد و نتايج نشان داد كه اثر سطح ويژه و حجم ميكرومنافذ و فشار تأثير قابل توجهي بر ظرفيت جذب دارد و شرايط بهينه براي بيشترين ميزان جذب CO₂ تعيين شد و ضريب همبستگي حاصل شده از مدل RSM 0.9299 است كه مقدار مناسبي است. در مرحله شبيه سازي، ساختار شبكه MLP با 3 الگوريتم يادگيري پسانتشار خطا مورد بررسي قرار گرفتند. عملكرد اين الگوريتمها از نظر دقت، سرعت محاسبات و هزينه پردازشي مقايسه شد. نتايج نشان داد كه الگوريتمهاي LM و BR در شبكه MLP نسبت به SCG عملكرد بهتري ارائه دادند، بهطوريكه مقدار كمينه MSE براي BR برابر0005411/0 و ضريب همبستگي آن 9912/0 بهدست آمد، درحاليكه الگوريتم SCG پايينترين دقت را داشت. در مورد شبكه RBF، ساختار بهينه شامل 327 نورون در لايه پنهان و ميزان پراكندگي 01/0 بود كه مقدار خطاي MSE آن برابر با 5-e08691/ 1 محاسبه شد. بااينحال، دقت كلي اين شبكه نسبت به MLP بالاتر ارزيابي شد. بهمنظور بررسي قابليت تعميم مدلها، هر دو شبكه عصبي با 50 داده جديد آزمايش شدند كه نتايج نشان داد مدل MLP با الگوريتم BR و RBF با پراكندگي 01/0 بالاترين دقت را دارد. در نهايت، تحليل نتايج نشان داد كه جذب CO₂ در فشارهاي پايين، بيشتر تحت تأثير حجم ميكرومنافذ قرار دارد، درحاليكه در فشارهاي بالاتر، حجم مزومنافذ نقش مهمتري در ميزان جذب ايفا ميكندو سطح ويژه تاثير به سزايي در ميزان جذب دارد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/04/11
عنوان به انگليسي
simulation of carbon dioxide adsorption with carbon-based adsorbents using neural networks
تاريخ بهره برداري
3/3/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مليكا عربي
چكيده به لاتين
Adsorption of CO₂ on porous carbon materials is an effective and cost-efficient method to reduce the emission of this gas. One promising approach for modeling CO₂ adsorption is the use of machine learning techniques, which, with their high capability in predicting nonlinear behaviors, can accurately estimate the CO₂ uptake by solid adsorbents. In this study, the effects of independent parameters such as specific surface area, micropore and mesopore volume, as well as operational conditions including temperature, pressure, and time on CO₂ adsorption capacity were investigated. For process modeling, machine learning methods and artificial neural networks (ANNs) were employed. Two types of neural networks, multilayer perceptron (MLP) and radial basis function (RBF), along with response surface methodology (RSM), were utilized, and the required data were extracted from literature sources. The dataset was randomly divided into training (70%), validation (15%), and testing (15%) subsets to accurately assess model performance. Initially, RSM was applied to evaluate interaction effects among variables and optimize adsorption conditions. Results indicated that specific surface area, micropore volume, and pressure significantly influenced adsorption capacity, and the optimum conditions for maximum CO₂ uptake were determined. The RSM model achieved a correlation coefficient of 0.9299, indicating good accuracy. In the simulation phase, the MLP architecture was tested with three backpropagation learning algorithms, and their performance was compared in terms of accuracy, computational speed, and processing cost. The Levenberg–Marquardt (LM) and Bayesian Regularization (BR) algorithms outperformed the Scaled Conjugate Gradient (SCG) algorithm, with BR achieving a minimum mean squared error (MSE) of 0.0005411 and a correlation coefficient of 0.9912, whereas SCG showed the lowest accuracy. Regarding the RBF network, the optimal structure consisted of 327 neurons in the hidden layer and a spread parameter of 0.01, with an MSE of 1.08691e-05. Overall, RBF exhibited higher accuracy compared to MLP. To evaluate model generalization, both networks were tested on 50 new data points, confirming that MLP with BR and RBF with 0.01 spread provided the highest accuracy. Finally, analysis revealed that at low pressures, CO₂ adsorption is more influenced by micropore volume, while at higher pressures, mesopore volume plays a more significant role. Additionally, specific surface area has a substantial effect on the overall adsorption capacity.
كليدواژه هاي فارسي
جذب سطحي , جاذب , شبكه¬هاي عصبي , الگوريتم , CO2
كليدواژه هاي لاتين
adsorption , Adsorbent , Neural Networks , algorithm , CO2
Author
Melaka Arabi
SuperVisor
Dr, Ghaemi