دانلود مقاله تخمین شرایط تعادلی تشکیل هیدرات متان در حضور بازدارنده های ترمودینامیکی به کمک الگوریتم ماشین بردار پشتیبان

word قابل ویرایش
10 صفحه
21700 تومان

مقدمه

هیدرات گازی ذرات یخ مانندی است که از ترکیب آب و مولکولهای میهمان ایجاد میشود. پیوندهای هیدروژنی در میان مولکولهای آب، با ایجاد حفرههایی تشکیل ساختمانی شبکهای را میدهند. تشکیل ذرات کریستالی هیدرات یکی از مشکلات اساسی در صنایع گازی در مراحل تولید، انتقال و فرآیندها میباشد که سبب انسداد خطوط لوله، تجهیزات و پایین آمدن سطح ایمنی میشود .[1] حضور گازهای سبک هیدروکربنی و غیر هیدروکربنی سبب میشود شرایط جهت تشکیل هیدرات مهیا گردد. وقتی مولکولهای میهمان هماندازه با فضاهای ایجاد شده1 در بین ذرات آب باشند، در این فضاها قرار گرفته، توسط نیروی واندروالس محبوس شده و تشکیل هیدرات گازی میدهند و از این طریق سبب پایداری کریستال هیدرات میشود.[2] پس برای تشکیل هیدرات وجود آب ، فشار بالا و دمای پایین در حضور مواد تشکیل دهنده هیدرات مانند متان، اتان و دی اکسید کربن الزایست .[3]

از طرف دیگر اضافه کردن موادی مانند اتانول و یا نمکهایی از قبیل NaCl, CaCl 2, KCl ، NaBr، KBr، CaBr2، MgCl2 وK2CO3 بعنوان مهار کننده2، از تولید هیدراتهای گازی جلوگیری مینماید .[4]

در نیم قرن گذشته، مدل های ترمودینامیکی مختلفی برای محاسبه خواص تعادلی فازی سیستمهای هیدرات گازی، ارائه شده است. مانند مدلهای پریش و پرازنیس (1972)، انجی و رابینسون 1976) )، جان و همکاران (1985) و لی و هولدر .(2002) بسیاری از این مدلها بر اساس مدل آماری مکانیکی ارائه شده توسط وندر والس و پلاتئو (1959) میباشند و ثوابت لانگموئر را از مدل پتانسیل کیهارا با پارامترهایی که از تعادل فازی گاز هیدرات تعیین شده، محاسبه میکنند.

استفاده از مدلهای ترمودینامیکی که در شرایط تشکیل هیدرات برای انواع سیستمها معتبر باشد، نیازمند دادههای تعادلی هیدراتهای گازی برای سیستم مورد نظر است. دادههای آزمایشگاهی تعادل هیدراتهای گازی در مراجع و منابع در بسیاری از موارد برای انواع بازدازندههای خاص و یا به تعداد اندک، محدود میباشد.
در این مقاله روشی جدید بر مبنای روشهای تشخیص الگوی رفتاری، ماشین بردار پشتیبان3 ارائه شده است. با توجه به گستردگی و تنوع انواع روشهای هوشمند ارائه شده در مراجع [8] به دنبال روشـی جدیـد بـرای ایـن مدلسـازی، از ماشینهای بردار پشتیبان استفاده شده است. با استناد به نتایج حاصل، این روش از دقت قابل ملاحظـهای بـا انـواع مـدلهـای

ترمودینامیکی و هوشمند انجام شده در گذشته برخوردار است.


-2 ماشین بردار پشتیبان

شیوههای مختلف یادگیری ماشین بعنوان مثال انواع شبکههای عصبی بطور گسترده در زمینـههـای مهندسـی شـیمی بکار برده شدهاند. در حالیکه ماشین بردار پشتیبان (SVM) بعنوان روشی کارآمد در زمینههای مختلف با توجـه بـه بکـارگیری آسان در مسائل پیچیده، چندان مورد استفاده قرار نگرفته است.[5]
ماشین بردار پشتیبان روش نوین آماریست که بر اساس الگوریتم آموزش ماشین توسط وپنیـک و همکـارانش در سـال 1995 ارائه شده است که در ابتدا تنها جهت مسائل طبقهبندی بسط داده شد. در حال حاضر ماشین بردار پشتیبان جهت حـل مسائل رگرسیون نیز بسط داده شده است که توانایی بالایی تفسیر مسئله غیر خطی شرایط تعادلی تشـکیل هیـدرات گـازی از خود نشان داده است. تئوری بنیادی SVM در مسائل رگرسیون بطور گسترده در منابع و مراجع آمده است کـه در زیـر بطـور خلاصه به آن پرداخته شده است.[6]

در مسائل رگرسیون توسط SVM هدف پیدا کردن ابر صفحهای است که فاصـلهاش از تمـامی نقـاط دادههـا، مینـیمم باشد. شکل شماره 1، نشان دهنده ماشین بردار پشتیبان در مسائل رگرسیون است.

دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران 25-26 اردیبهشت 1392، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان


شکل :1 نمایش ماشین بردار پشتیبان در مسائل رگرسیون


بر اساس شکل شماره 1، ابر صفحه بهینه با نقاط نسبتآ کمتری به نام بردارهای پشتیبان تعیین میشود. در اینجا مشکل بهینهسازی را میتوان با به حداقل رساندن پیچیدگی مدل، که برابر است با مینیمم سازی مقدار 1⁄2 ‖ ‖2 که مشروط به . + − ≤ و − . − ≤ است.

وقتی خطای پیشبینی ( | − |) مشخص شد با معرفی پارامترهای و ∗ بصورت | − | − و پارامتر C بعنوان جریمه (Violation)، مسئله برنامهریزی درجه دوم ( Quadratic Programming) Q P بصورت زیر تعریف خواهد شد.

1 2 ‖ ‖2 + ∑( − ∗)
=1
با توجه به مسئله QP، تابع رگرسیون بهینه بصورت زیر خواهد شد.
( ) = ( . ) + = ∑( − ∗)( . ) +
=1
که ≥ 0 و . ∗ ≤
در مسائل رگرسیون غیر خطی، توسط تابع کرنل (Kernel) بصورت ( , ) ، بردار ورودیهـای X بـه فضـای چنـد بعدی ( ) نگاشت داده میشود و تابع ابر صفحه بهینه بصورت زیر خواهد شد.
( ) = ( . Φ( )) + = ∑( − ∗)(Φ( ). Φ( )) +
=1
که . ( , ) = (Φ( ). Φ( ))

برای تـابع کرنـل چهـار انتخـاب Linear، Polynomial، Sigmoid و Radial Basis function وجـود دارد کـه در مسائل رگرسیون از Radial Basis function استفاده میشـود. دسـتیـابی بـه رگرسـیون مناسـب نیازمنـد تنظـیم مناسـب پارامترهای C و میباشد. در تابع Radial Basis function نیز مقدار پارامتر گستردگی ( ) که کنتـرل کننـده دامنـه تـابع کرنل است، نیازمند به تنظیم است که با سعی و خطا مقدار مطلوب تنظیم شده است.[7]

پیشبینی شرایط تعادلی تشکیل هیدرات متان...


-3 بحث و نتایج

در ابتدا تعداد 230 داده آزمایشگاهی تعادلی هیدرات گازی از منابع معتبر جمعآوری شده3]و [4 که این دادههـا شـامل دما، فشار و ترکیب درصد انواع بازدارندههای ترمودینامیکی میباشد. سپس دادههای مربوط به هر یک از انواع بازدارندهها بـه دو بخش تقسیم شده است. بخش اول شامل تقریبآ 180 ) %80 داده) از دادهها برای آموزش شبکه مورد استفاده قرار گرفته اسـت و بخش دوم شامل بیش از 50) %20 داده) دادههای باقیمانده جهت تست شبکه آموزش داده شده مورد اسـتفاده قـرار گرفتـه است.

در آموزش ماشین بردار پشتیبان در ابتدا تمامی دادهها بیبعد شده است. این کار بدین دلیل صورت گرفته اسـت تـا از پیشآمد خطای برش1 بدلیل محدوده وسیع دادههای آزمایشگاهی جلوگیری شود. بعلاوه این شـیوه بـرای تعیـین پارامترهـای ماشین برداری در منابع مورد استفاده قرار میگیرد. بیبعدسازی مقدار پارامترها تاثیری بر روی مقادیر واقعی پـیشبینـی شـده توسط الگوریتم ماشین برداری ندارد .[5]

در هر مورد سه پارامتر قابل تنظیم شبکه (C, , γ) با سعی و خطا و با توجه و میزان انحراف مقـادیر پـیشبینـی شـده توسط شبکه از مقادیر هدف یا همان دادههای آزمایشگاهی مورد بررسی، انجام گرفته است. در جـدول 1مقـادیر ایـن پارامترهـا برای این مدلسازی آورده شده است.

جدول :1 مقادیر بهینه پارامترهای شبکه برای هر یک از سیستمهای مورد بررسی

C System
0/01 0/08 50 NaCl
0/09 0/05 100 CaCl2
0/1 0/08 100 NaCl+KCl
0/1 0/01 500 Seawater ( 35 Wt %)

در شکلهای 2 تا 5 مقادیر پیشبینی شده توسط شبکه و دادههای آزمایشگاهی متناظر با هر یک رسم شـده اسـت. در این نمودارها محور افقی نمایشگر تعداد دادههای مورد استفاده جهت آموزش الگوریتم ماشین برداری و محـور عمـودی نشـانگر فشار تعادلی تشکیل هیدرات متان در حضور نمکهای ذکر شده است.

در شکل 2 که مربوط به شرایط تعادلی تشکیل هیدرات در حضور نمک NaCl است، تعـداد 82 مجموعـه داده جهـت آموزش الگوریتم ماشین برداری استفاده شده است. مقدار درصدهای نمک موجود در حالـت 0/529، 2/275، 3/529، 4/688 و 5/430 میلی مول بر لیتر نمک میباشد. در شکل 3، بـرای نمـک CaCl2، تعـداد 25 مجموعـه داده بـا مقـادبر نمـک 0/473، 1/017، 1/529، 2/219، 2/693 و 4/123 میلی مول بر لیتر نمک CaCl2 میباشد. در شکل 4 برای درصدهای مختلـف از دو نمک NaCl و KCl مدلسازی صورت گرفته است. در آموزش این الگوریتم از دادههایی بـا درصـدهای KCl%3 +NaCl %3 ، KCl%10 +NaCl %5 ، KCl%12 +NaCl %10 ، KCl% 5 +NaCl % 5 ، KCl%15 +NaCl %5 و %8 +NaCl % 15 KCl استفاده شده است. در شکل 5 نیز فشار تعادلی هیدرات متان در آب دریا با درصد نمک %35 وزنـی مـورد اسـتفاده قـرار گرفته است.

1 Truncation Error

دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران 25-26 اردیبهشت 1392، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان

Training set. Exp
Predicted Value 95
bar)
75
Pressure(
55

35
15
81 71 61 51 41 31 21 11 1

Number of Data Set

شکل:2 مقایسه مقادیر پیشبینی شده توسط شبکه با دادهای آزمایشگاهی برای سیستم تعادلی هیدرات متان در حضور نمک NaCl

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 21700 تومان در 10 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع

دانلود مقاله بررسی بازدارنده های ترمودینامیکی در تشکیل هیدرات گازی

word قابل ویرایش
7 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات رشته شیمی
چکیدهامروزه تشکیل هیدرات در خطوط انتقال گاز به عنوان یک معضل اساسی سبب انسداد خطوط میشود. استفاده از بازدارندههاي شیمیایی یکی از روش هاي متداول جلوگیري از تشکیل هیدرات در خطوط نفت و گاز می باشد. در این مقاله با استفاده از نرم افزار WAT GAS به بررسی نحوه عملکرد بازدارندههاي ترمودینامیکی بر تشکیل هیدرات پرداخته ...

دانلود مقاله ارائه یک سیستم هوشمند به منظور تشخیص بیماری سرطان معده بر اساس الگوریتم طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان ( SVM )

word قابل ویرایش
11 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات رشته پزشکی
چکیده در کشور ما سرطان معده جزو شایعترین بدخیمیها بوده و میزان بروز آن در منطقه شمال شرق کشور بالاست. در این تحقیق روش جدیدی برای تشخیص بیماری سرطان معده ارائه شده است. یکی از مشکلات اساسی مربوط به این بیماری عدم تشخیص، بموقع و صحیح آن می باشد. امروزه پزشکان بیش از هر چیز با تکیه بر تجربیات و دانسته های خود، ...

دانلود مقاله الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی بهبود یافته در انتخاب ویژگی و بهینهسازی پارامترهای ماشین بردار پشتیبان

word قابل ویرایش
8 صفحه
21700 تومان
چکیده- در سالهای اخیر الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی بر پایه انتخاب کلونال به عنوان یک روش محاسبه نرم الهام گرفته شده از سیسـتم ایمنی طبیعی جهت حل مسائل علمی و مهندسی معرفی شده است. ماشین بردار پشتیبان یک روش معروف در کلاسهبندی الگـو در کاربردهـای متنوع میباشد که انتخاب پارامترهای کرنل در مرحله آموزش همراه با ان ...

دانلود مقاله مقایسه پیش بینی شرایط تعادل ترمودینامیکی تشکیل هیدرات متان با معادله حالات SRK و CPA

word قابل ویرایش
8 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات رشته شیمی
-1 مقدمههیدراتهای گازی جامداتی بلورین شبیه یخ هستند که در هر واحد سازنده آن ها یک یا چند مولکول گاز به عنوان مهمان در قفسی از ملکول های آب به عنوان میزبان محصور شده است. هیدرات هنگامی تشکیل میشود که برخی از گازها مانند اجزاء سبک گاز طبیعی (به عنوان مثال متان) با آب در شرایط مناسب دما و فشار در حال تماس باشند. ...

دانلود مقاله بررسی شرایط ترموینامیکی تشکیل هیدرات کربن دی اکسید در حضور بهبود دهنده نمکی TBAC در غلظت بالا

word قابل ویرایش
7 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات رشته شیمی
مقدمههیدرات گاز طبیعی ترکیب کریستالی جامدی است که از ترکیب آب و گاز به وجود میآید و جزء خانواده کلاتریت ها2 محسوب میشود. مولکول های گازی (مهمان) درون حفرات شبکه آب (میزبان)،که از طریق پیوند هیدروژنی بین مولکول های آب به وجود آمده است، گیر میافتند. نمونه بارز این مولکولهای گازی، ترکیبات کوچکتر از پنتان موجود د ...

دانلود مقاله تخمین سرعت رشد کریستال های هیدرات گازی دی اکسیدکربن در حضور بازدارنده به کمک شبکه عصبی

word قابل ویرایش
8 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
مقدمههیدرات گازی ساختار کریستالی شبیه به یخ است که از مولکول های کوچک غیر قطبی یا با قطبیت کممعمولاً( گـاز) تشکیل شده است. مولکول های آب با پیوند هیدروژنی تشکیل قفس هایی می دهند که توسط این مولکول های کوچک پر می شوند و ساختار پایداری تشکیل می دهند که می تواند در دمایی بالاتر از دمای ذوب یخ هم پایدار بماند.[1] ...

دانلود مقاله مطالعه آزمایشگاهی تشکیل هیدرات نیمه کلاتریت متان در حضور مایع یونی تترا بوتیل آمونیوم برماید

word قابل ویرایش
6 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
-1 مقدمههیدرات های گازی جامدهای کریستالی هستند که در صورت وجود آب و گاز و شرایط دمایی و فشاری مناسـب تشـکیل می شوند. نقش مولکول های آب در تشکیل هیدرات، این است که با پیونـدهای هیـدروژنی خـود، حفـره هـایی مـی سـازند کـه مولکول های گاز درون آن ها به دام می افتند. شرایط مناسب برای تشکیل هیدرات عموما در دماهای پا ...

مقاله مقایسه و ارزیابی مدل های شبکه عصبی بیزین ، برنامه ریزی بیان ژن ، ماشین بردار پشتیبان و رگرسیون خطی در تخمین بده جریان ؛ مطالعه موردی حوضه صوفی چای

word قابل ویرایش
28 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست *** مقايسه و ارزيابي مدل هاي شبکه عصبي بيزين ، برنامه ريزي بيان ژن ، ماشين بردار پشتيبان و رگرسيون خطي در تخمين بده جريان ؛ مطالعه موردي حوضه صوفي چاي چکيده پيش بيني جريان رودخانه براي برنامه ريزي طراحي و مديريت مطمئن پروژه هاي منابع آب مهم ...