genetic algorithm
در نشریات گروه مهندسی شیمی، نفت و پلیمر-
گرم شدن کره زمین و تغییرات اقلیمی منجر به کاهش مصرف یا جایگزینی سوختهای فسیلی با منابع تجدیدپذیر شده است. با این حال، وابستگی جوی-فصلی تولید این انرژی ها به یک سیستم ذخیره بزرگ مقیاس برای بر طرف کردن ناترازی انرژی دارد. استفاده از هیدروژن به عنوان حامل انرژی و ذخیره سازی زیرزمینی آن راهکاری جدید برای این حل چالش است. اما ویژگیها و رفتار خاص گاز هیدروژن در محیط متخلخل نیازمند شبیه سازی های متعدد و زمان بر، برای تعیین بهترین سناریو ذخیره سازی گاز بر اساس بهینه سازی چندهدفه می باشد. در این مقاله ذخیره سازی زیرزمینی گاز هیدروژن در یک مخزن گازی تخلیه شده شبیه سازی شد و در ادامه با مدل هوش مصنوعی جایگزین گردید و بهینه سازی متغیرهای تصمیم گیری توسط الگوریتم ژنتیک چندهدفه انجام گرفت. با توجه به حضور گازهای بازمانده از قبل در مخزن، دو پارامتر مهم خلوص گاز تولید شده و ضریب بازیافت هیدروژن تزریقی در اولویت بررسی قرار گرفتند. به کمک طراحی آزمایش، داده های مورد نیاز برای بررسی پارامترهای تاثیرگذار و آموزش روش های داده-محور از طریق شبیه سازی میدانی تولید شد. شبکه عصبی مصنوعی با 10 نرون و تابع فعال سازی سیگموئیدی به عنوان مدل جایگزین مبتنی بر هوش مصنوعی به ترتیب با دقت برابر با 97/0 و 94/0، برای داده آموزش و داده صحت سنجی، بهترین عملکرد را برای پیش بینی میزان خلوص و بازیافت هیدروژن ارائه داد. پاسخ های بهینه عملیاتی برای متغیرهای تصمیم گیری نشان دهنده درصد غالب گاز نیتروژن با ترکیب گاز پایه 75، 20 و5 درصد به ترتیب برای نیتروژن، کربن دی اکسید و متان می باشد. علاوه بر این، تولید بهینه از بازه مشبک کاری چاه تولیدی از قسمت بالا و مشبک کاری تزریقی هیدروژن از قسمت پایین مخزن به صورت یک مجموعه جواب مطلوب (جبهه پارتو) مشخص گردید. خروجی این کار برای طراحی آزمایشات و انجام بهینه مدل سازی های مقیاس بزرگ که به امکانات محاسباتی و زمان بسیار طولانی نیاز دارند مفید خواهد بود.
کلید واژگان: ذخیره سازی زیر زمینی هیدروژن، مخازن تخلیه شده گاز، پروکسی مدل، بهینه سازی چندهدفه، طراحی آزمایش، هوش مصنوعیThe global warming and climate change due to the increase in greenhouse gas emissions are the vital and challenging issues in this period of human life. Human’s effort to address this problem has led to provide several solutions including net-zero carbon, i.e., carbon capture and storage and energy transition i.e., reducing or even replacing fossil fuels with renewable energy sources such as solar, wind, hydro etc. However, climate dependence and the highly fluctuating nature of clean energy production from these sources require a large-scale storage system to continuously meet energy demand. Hydrogen as an energy carrier, and underground hydrogen storage (UHS) hold potential for sustainable supply of a large amount of energy in the peak of energy consumption. Hydrogen has different characteristics and dynamical behaviors in the porous media compared to other gases. Thus it is required to create complex compositional models and perform time-consuming simulations to seek for the best gas storage scenario based on operational parameters including and cushion gas and working gas injection/production flowrates, perforations and cushion gas composition. In this study, the process of UHS in a depleted gas reservoir was simulated. Due to the reservoir remaining gas saturation and phase behavior of fluids in porous media, both hydrogen recovery factor and purity are considered as target variables. Next, the design of experiment methods (e.g., Latin hypercube) was utilized to generate the required train and test subsets for artificial neural network model. The feed-forward model with 10 neurons and sigmoid activation function as a smart proxy model with accuracy equal to 0.97 and 0.94, respectively, for training and testing subsets provided the best performance for predicting the hydrogen purity and recovery factor or the target parameters in the multi-objective optimization process of decision variables by genetic algorithm. The optimum solutions, i.e., Pareto front for the decision variables showed the dominant percentage of nitrogen gas with the base gas composition of 75, 20 and 5% respectively for nitrogen, carbon dioxide and methane. Moreover, production from top perforations and hydrogen injection in the lower part of the preformation were determined as optimal conditions. The implemented procedure in this paper can be used for UHS field studies and fast decision making in the large-scale energy storage operations.
Keywords: Underground Hydrogen Storage, Depleted Gas Reservoirs, Proxy Model, Artificial Intelligence, Genetic Algorithm -
Spiral Heat Exchanger’s Mathematical Modelling and Optimization using Multipurpose Genetic AlgorithmThis study presents a novel approach to optimize the thermal design of spiral plate heat exchangers (SPHEs) through a multi-objective genetic algorithm (GA) using MATLAB programming. SPHEs, known for their low fouling and ease ofdescaling, often outperform conventional heat exchangers for fouling-causing processes. The scientific innovation of this work includes using GA to simultaneously optimize the construction cost and pressure drop while increasing the thermal efficiency by fine-tuning key geometric parameters, including channel spacing and width, hydraulic diameter, and outer diameter. For this purpose, a robust numerical model relying on energy balance equations was introduced to accurately predict the temperature distribution and calculate the total convective heat transfer coefficient (HTC) and logarithmic mean temperature difference (LMTD). The GA-based optimization resulted in a 60% increase in HTC and a 50% reduction in total costs compared to the baseline design. The results confirm the effectiveness of the multi-objective GA methodas a powerful optimization tool, indicating strong agreement between the optimized calculations and the SPHE design formulas. This dual improvement in thermal efficiency and cost reduction highlights the practical and economicimportance of the proposed method for industrial-scale heat exchanger applications.Keywords: Spiral Heat Exchanger, Fouling, Temperature Distribution, Optimization, Genetic Algorithm
-
در این تحقیق، از یک روش ترکیبی ساده، برای حل مسائل طراحی شبکه مبدل های حرارتی استفاده شد. مدل های حاکم بر این مسائل ذاتا به صورت مدل های غیرخطی نامحدب هستند که حل آنها بسیار چالش برانگیز است. در این روش جدید، مدیریت متغیرهای ساختاری برای رسیدن به شبکه های بهینه به وسیله الگوریتم ژنتیک انجام می شد؛ درحالی که، بهینه سازی متغیرهای پیوسته به ترتیب در قسمت اول به وسیله مدل برنامه ریزی خطی و در قسمت دوم بااستفاده از فرایند تصحیح، انجام می گرفت. در ساختارهای تولیدی به وسیله الگوریتم ژنتیک، برای افزایش فضای جست وجو، امکان استفاده از مبدلهای یوتیلیتی داخلی نیز، مهیا شده بود. بدین روش، مدل های پیچیده حاکم بر مسائل طراحی شبکه مبدلی، تبدیل به مدل ترکیبی ساده و نسبتا خطی است که احتمال رسیدن به جوابهای بهینه را بالا می برد. باوجود ساده بودن عملکرد روی کرد پیشنهادی، اجرای آن برروی یک مطالعه موردی پر استناد، کارایی بالای آن را در تولید جوابهای جدید و کاهش هزینه کل سالانه شبکه به میزان 21/1 درصد، نشان داد.کلید واژگان: طراحی شبکه مبدل های حرارتی، هزینه سالیانه کل شبکه، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، به کارگیری مبدل های یوتیلیتی داخلیThis research presents a simple hybrid approach to tackle heat exchanger network (HEN) synthesis problems. The formulations governing these issues are inherently non-convex non-linear models, which are challenging to solve. In this new method, structural variables were managed by genetic algorithm (GA) to reach optimal networks. While the optimization of continuous variables was done in the first section by a linear programming (LP) model and in the second part by a correction procedure (COP). In production structures by the GA, to increase the search space, the possibility of utilizing internal utility exchangers was also provided. In this way, the complex models governing the HEN synthesis problems were transformed into a straightforward and relatively linear hybrid strategy, which increased the likelihood of reaching optimal solutions. Despite the simplicity of the proposed approach, implementing this method in a case study demonstrated its high efficiency in generating new solutions and reducing the total annual cost of the network by 1.21%.Keywords: Heat Exchanger Network Synthesis, Total Annual Cost, Optimization, Genetic Algorithm, Utilizing Internal Utility Exchangers
-
Time-consuming and costly experiments to measure the cetane number (CN) of biodiesel make computations even more valuable. In the current study, two artificial intelligence (AI) models have been used to predict the biodiesel CN by using comprehensive datasets (440 datasets). They were the gradient-based artificial neural network (GB-ANN) and the multi-layer-perceptron ANN optimized by the genetic algorithm (GA-ANN) for the first time. The three input variablesof the model for predicting the target variable of the biodiesel CN are the average number of carbon atoms, average number of double bonds, and average molecular weight of the fatty acid methyl esters. The learning function, transfer function, number of hidden layers, and number of neurons in the hidden layers are some of the optimized parameters in the current AI-models. The developed models were compared using statistical criteria such as the coefficient of determination (R2), mean square error (MSE), average absolute relative deviation (AARD), standard deviation (STD) and mean absolute percentage error (MAPE). The resulting outcomes revealed that the highest R2 and the lowest MSE were related to the GB-ANN model with two hidden layers, trainbfg learning method and logsig-tansig-purelin transfer function. The R2 and MSE for the optimized model are equal to 0.9296 and 0.0005 respectively. Although the GA-ANN achieved acceptable outcomes, its statistical analyses produced weaker outcomes than the AI-model based on GB-ANN.
Keywords: Biodiesel, Cetane Number, Artificial Neural Network, Genetic Algorithm, Fatty Acid Methyl Ester -
این تحقیق به دنبال دو هدف می باشد، تاثیر آمیخته بازاریابی حسی بر وفاداری مشتریان برندهای نساجی و پوشاک ایران و بهینه سازی تاثیر آمیخته بازاریابی حسی بر وفاداری مشتریان. روش تحقیق توصیفی- پیمایشی و از حیث هدف کاربردی می باشد. جامعه آماری خریداران و مصرف کنندگان پوشاک تعداد 18 برند ایرانی در رده سنی کودک، نوجوانان و بزرگسالان می باشد لذا حجم نمونه 384 نفر و روش نمونه گیری غیراحتمالی در دسترس انتخاب، جهت گردآوری داده ها از پرسشنامه های آمیخته بازاریابی حسی، کیان و لویی 2009، وفاداری مشتریان وایدا کنوپایت 2015 استفاده شد. به منظور تحلیل داده ها از معادلات ساختاری و نرم افزار LISREL استفاده شد. در بخش فراابتکاری از الگوریتم ژنتیک استفاده گردید. بدین صورت که ابتدا توسط درخت تصمیم قوانین مربوط به تاثیر ابعاد آمیخته بازاریابی حسی بر وفاداری مشتریان شناسایی و در ادامه این قوانین به کمک الگوریتم ژنتیک با نرم افزار MATLAB بهینه گردید. نتایج تحقیق در بخش اول نشان از تایید تمامی مولفه های بازاریابی حسی بجز مولفه تعامل داشت. در بخش دوم با استفاده از درخت تصمیم به کمک الگوریتم بهینه سازی ژنتیک وفاداری مشتریان با دقت و صحت حدود 97 درصد با استفاده از 27 قانون قابل پیش بینی می باشد.
کلید واژگان: آمیخته بازارایابی حسی، وفاداری مشتریان، الگوریتم ژنتیک، درخت تصمیم، صنعت نساجی و پوشاک ایرانIn the customer's interaction with the company, environmental information is received by the five senses. The compatibility or lack of compatibility of the environment's characteristics with the customer's sensory tastes can cause the customer's satisfaction or dissatisfaction. This research has two goals. The effect of mixed sensitive marketing on customer loyalty of Iranian clothing brands and optimization of the effect of mixed sensitive marketing on customer loyalty. The research method is descriptive-survey and practical in terms of purpose. The statistical population is unlimited and includes the buyers and consumers of clothes of 18 Iranian brands in the age group of children, teenagers and adults. The sample size of 384 was determined and selected using non-probability sampling method. In order to collect the data, the mixed sensitive marketing questionnaires of Kian and Loui 2009 and the customer loyalty questionnaire of vaida,kanopaite 2015 were used. In order to analyze the data, structural equations and LISREL software were used. The meta-heuristic algorithm part of the genetic algorithm was used for its optimal modeling. In this way, the rules related to the effect of the mixed dimensions of sensory marketing on customer loyalty were first identified by the decision tree and then these rules were optimized with the help of genetic algorithm with MATLAB software. The results of the research in the first part showed the approval of all sensory marketing components except the interaction component. In the second part, using the decision tree with the help of the genetic optimization algorithm, customer loyalty can be predicted with 97% accuracy and accuracy using 27 rules.
Keywords: Mixed sensitive marketing, customer loyalty, Genetic Algorithm, decision tree, Iran', s textile, apparel industry -
It is essential to separate two immiscible liquids from gas to produce the light liquid, heavy liquid, and vapor phases. The separation of water from hydrocarbons is a practical example in the oil industry. For such separation in industry, three phase separator is used. In this study, different parameter and the weight of the three-phase separator was optimized with the genetic algorithm (G.A.) and finally, the total cost of manufacturing the separator was decreased. Different types of three-phase separators are vertical, horizontal, and spherical. The separator works in the operating condition of 172 kPa and 445 K, respectively and the real weight of the separator is 8131 kg. For the optimization target, the flow of vapor, light liquid, and heavy liquid was considered constant during the optimization process. The objective function (O.F.) is obtained from the weight of the separator and 3 multiparameter equations. Also, 7 parameters which include: separator aspect ratio (L/D), the height of heavy liquid (HHL), height of light liquid (HLL), hold-up time (TH), surge time (TS), low liquid level (HLLL) and vapor level (Hv) are used in G.A. as constraints. The weight of the optimized separator was calculated 6001 kg approximately. So, with this method, the total weight of the separator decreases by about 26.2 % as compared to the real weight of the separator. On the other hand, the maximum difference between the answers was 3.3%, which is acceptable. Also, error analysis of the predicted results is calculated by mean absolute percentage error (MAPE) for 7 design parameters of the three-phase separator and separator weight, which are in an acceptable level of accuracy. The presented approach can have potential application for the development of low-cost manufacturing of three-phase separators in the petroleum industry.
Keywords: optimization, Three-phase separator, Genetic Algorithm, Petroleum, Objective Function -
ارزیابی پتانسیل هیدروکربن زایی سنگ منشا به عنوان تابعی از کل محتوی کربن آلی و نوع کروژن از اهمیت بالایی در مطالعات اکتشافی نفت و گاز برخوردار است. هدف اصلی در این مطالعه، مقایسه عملکرد شبکه عصبی مصنوعی بر پایه روش آموزش پس انتشار (ANN-BP) و همچنین الگوریتم های فراابتکاری ژنتیک (ANN-GA) و ازدحام ذرات (ANN-PSO) به منظور برآورد پارامترهای ژیوشیمیایی کل کربن آلی (TOC) و پتانسیل باقی مانده هیدروکربنی (S2) از طریق نمودارهای چاه پیمایی است. بدین منظور، سازند پابده (پالیوسن الیگوسن) در میدان نفتی منصوری مورد مطالعه قرار گرفت. براساس نتایج برازش خطی برروی داده های آزمون، روش ANN-PSO امکان برآورد پارامترهای TOC و S2 حاصل از آنالیز راک ایول را به ترتیب با ضریب تعیین (R2) برابر با 8548/0 و 9089/0 فراهم آورده و عملکرد بهتری نسبت به روش های ANN-BP و ANN-GA به نمایش می گذارد. همچنین، برآورد پارامتر شاخص هیدروژن (HI) بر مبنای ارتباط میان مقادیر TOC و S2 به واسطه این روش با ضریب تعیین 6882/0 از دقت قابل قبولی برخودار بوده و تفکیک انواع کروژن با دقت طبقه بندی 74% را امکان پذیر می سازد. زون بندی ژیوشیمیایی سازند پابده بر مبنای غنی شدگی آلی و نوع کروژن با توجه به نتایج حاصل از روش ANN-PSO نشان دهنده سه بخش مجزا است، به طوری که بخش میانی (واحد شیل قهوه ای) با دارا بودن مقادیر قابل توجه کل محتوی کربن آلی و شاخص هیدروژن از پتانسیل هیدروکربن زایی بیشتری برخودار بوده و در صورت رسیدن به بلوغ حرارتی مناسب می تواند نقش قابل توجهی در شارژ تله های نفتی میدان ایفاء نماید. بنابراین، تعیین دقیق اختصاصات هیدروکربن زایی سازند پابده با به کارگیری مدل پیشنهادی ANN-PSO در این مطالعه، کاهش عدم قطعیت در مدل سازی سیستم نفتی و متعاقبا افزایش قابل توجه کارایی اکتشاف در میدان نفتی منصوری را به دنبال خواهد داشت.کلید واژگان: کل کربن آلی، نوع کروژن، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی ازدحام ذراتPetroleum Research, Volume:32 Issue: 124, 2022, PP 112 -130Assessment of petroleum generation potential of the source rock as a function of total organic carbon content and kerogen type is of great importance in oil and gas exploration studies. The main aim of this research is to compare the performance of artificial neural networks trained by back propagation algorithm (ANN-BP) and metaheuristic methods including genetic algorithm (ANN-GA) and particle swarm optimization (ANN-PSO) for prediction of total organic carbon (TOC) content and remaining petroleum potential (S2) from the wireline data. For this purpose, Pabdeh Formation (Paleocene-Oligocene) in Mansuri oilfield is studied. Based on the results of linear regression on the test data, ANN-PSO method provides more accurate predictions of Rock-Eval derived TOC and S2 parameters with correlation coefficient (R2) values of 0.8548 and 0.9089, respectively. In addition, hydrogen index (HI) is appropriately predicted based on the relationship between TOC and S2 values obtained from the ANN-PSO method with R2 value of 0.6882, from which different types of kerogen can be distinguished with classification accuracy of 74 percent. Geochemical zonation of Pabdeh Formation based on organic richness and kerogen type reveals three distinctive parts, among which the middle part (Brown Shale Unit, BSU) demonstrates the greater petroleum generation potential with having the significant values of total organic carbon and hydrogen index. Therefore, the BSU can play an important role in hydrocarbon charging of the oilfield traps if it attains proper level of thermal maturity. Accordingly, precise determination of petroleum generation characteristics of Pabdeh Formation using the ANN-PSO model proposed in this study will lead to a reduction in uncertainty associated with petroleum system modeling, and therefore will considerably increase the exploration efficiency in the Mansuri oilfield.Keywords: Total Organic Carbon, Kerogen type, Artificial Neural Network, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization
-
The ability to approximate the nanofluid properties such as viscosity, thermal conductivity, and specific heat capacity will greatly assist in the modeling and design of nanofluidic systems. The purpose of this study was to present an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) model for estimating the viscosity of Water/Glycerin nanofluid-containing Cu nanoparticles. The model inputs consist of two variables of temperature and volume concentration of nanofluids which have a great influence on the nanofluid viscosity. The experimental data were divided into two categories: training (three-quarters) and testing (a quarter of the data). The grid partition and subtractive clustering approaches were employed to determine the ANFIS configuration. The mean value of the relative error of 5.18% and the root mean square error of 0.0794 were obtained by comparing the target and model output values for the testing data. Proper matching of ANFIS prediction results with the test data set indicates the validity of the model. In addition, an empirical correlation was developed based on the form presented in the literature. The constants of the equation were determined by the genetic algorithm (GA) searching technique. The comparison of the prediction accuracy of the two models showed the complete superiority of the ANFIS.Keywords: ANFIS, Cu, Genetic Algorithm, Heat transfer, Nano Fluid, viscosity
-
پس از شناخت اثرات سمی و سرطان زایی ترکیبات آلی سرب، تولید ترکیبات مانند متیل ترشری بوتیل اتر به عنوان افزودنی برای بنزین های هیدروکربنی معمولی مطرح گردید. در نتیجه توسعه فرآیندی جدید برای تولید بنزین با اکتان بالا از ترکیبات پیچیده مقطرهای سبک نفتی به اجرا درآمد. این روش مبتنی بر جداسازی آلکانهای خطی و شاخه ای C5-C8 براساس خواص جذبی آنها، طول زنجیره و تعداد شاخه ها می باشد. در این پژوهش مدل شبکه عصبی هیبریدی بر مبنای داده های تجربی موجود در بانک اطلاعاتی، به عنوان مدلی جایگزین برای پیش بینی میزان جداسازی پارافینهای خطی و شاخهای توسط فرآیند جذب استفاده شده است. دمای جذب، زمان جذب، عدد اکتان و چگالی هیدروکربنها به عنوان چهار پارامتر ورودی و همچنین نسبت غلظت پارافین خطی به کل به عنوان پارامتر خروجی شبکه عصبی در نظر گرفته شد. مدل شبکه عصبی با موفقیت توسط پایگاه داده آزمایشگاهی تعلیم داده شد و سپس به کمک داده های تست مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مدلسازی برای داده های تست نشان از موفقیت آمیز بودن مدل شبکه های عصبی در پیش بینی میزان جداسازی پارافینهای خطی از غیر خطی دارد از این رو مدل شبکه عصبی مصنوعی توسعه داده شده می تواند برای تعیین مطمین C/C0 در فرآیند جذب به کار رود. طبق نتایج به دست آمده برای داده تست، کمترین خطای میانگین مربعات، برابر با 0518/0 بدست آمد. که این میزان رضایت بخش است. داده های مدلسازی با داده های تجربی مقایسه گردید و ضریب رگرسیون برابر 99/0 حاکی از تطابق خوب نتایج تجربی و مدلسازی می باشد
کلید واژگان: بنزین، عدد اکتان، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبیAfter recognizing the toxic and carcinogenic effects of Lead organic compounds, production of compounds such as Methyl tertiary butyl ether as an additive to ordinary hydro carbonate gases was proposed. These materials are able to enter into water, soil and air due to relative steam pressure and partial dissolution in water and cause the pollution. As a result, development of a new process for producing gas with high octane from complex compounds of light petroleum distillates was initiated. This method is based on separating C5-C8 linear and branched alkanes according to their absorption properties, chain length and the number of branches. In this study, the hybrid neural network model based on experimental data in the database has been used as an alternative model for predicting the separation rate of linear and branched paraffin through absorption process. Absorption temperature, absorption time, hydrocarbons' octane number, and hydrocarbon density are considered as four input parameters, and the ratio of linear paraffin concentration to total (C/C0) as the output parameter of neural network. The neural network model was successfully generalized by experimental database and then was investigated with the help of test data. The results of modeling for the test data indicated the success of neural network model in predicting the rate of linear paraffin separation from non-linear ones. Therefore, the developed neural network model can be used for determining the C/C0 with confidence in absorption process. According the obtained results for test data, the minimum mean squared error is 0/0518, which is a satisfactory measure. The model and experimental data were compared and regression coefficient 0.990 shows good matching between modeling results and experimental results.
Keywords: Gasoline, Octane Number, Genetic algorithm, Neural network -
در این مطالعه فرآیند مایع سازی گاز طبیعی تک مرحله ای با مبرد آمیخته بهینه سازی و بدنبال آن تحلیل انرژی و اگزرژی تجهیزات روی آن انجام شد و اثر بهینه سازی انرژی مصرفی ویژه بر هزینه ی خرید تجهیزات چرخه ی سردسازی بررسی گردید. اساس این مطالعه بر پایه فرآیند پریکو قرار دارد و با توجه به محدودیت هایی که در ایران با آن مواجه هستیم، به توسعه فرآیند جدیدی که در آن مشکلات فرایندی رفع شده باشد پرداخته و سپس فرآیند ارایه شده توسط الگوریتم ژنتیک بهینه سازی شد. دبی مولی مبرد، فشارهای پایین و بالای مبرد در چرخه، مهمترین پارامترهای عملیاتی تاثیرگذار می باشند که با تحلیل حساسیت انتخاب شدند. مجموع انرژی مصرفی کمپرسورها به 1413/8 کیلووات رسید و %11 کاهش یافت. نتایج نشان داد بهینه سازی انرژی مصرفی ویژه، باعث افزایش هزینه ی مبدل حرارتی می شود، زیرا حداقل دمای نزدیکی در مبدل کاهش و سطح تبادل حرارتی لازم بالا میرود ولی هزینه ی خرید کمپرسورها به علت کم شدن انرژی مصرفی آن ها کاهش می یابد.
کلید واژگان: فرآیند پریکو، بهینه، سازی، الگوریتم ژنتیک، تحلیل اگزرژی، قیمت تجهیزIn this study, the process of single stage mixed natural gas liquefaction is reviewed, then process energy optimization and economic analysis are followed. The effect of specific energy consumption optimization on the costs of cooling equipment was investigated. The basis of this study is PRICO process and due to some limitations and concerns for Iran, it is tried to develop a new modified process so that the available process restrictions would expel and finally the recommended process optimized by genetic algorithm. Mole flow of refrigerant, low pressure and high pressure of refrigerant in the cycle, are the most important operational parameters that were selected by sensitivity analysis. The total energy consumption of compressors reached 1413.8 kW and decreased by 11 percent. Results showed optimization of the specific energy consumption increases the cost of the heat exchanger, due to the reduction of heat exchanger temperature driving force and need to higher heat transfer area. However, the operating cost of compressors can be reduced.
Keywords: PRICO process, Optimization, Genetic Algorithm, Exergy Analysis, Equipment Cost -
Clathrate hydrates (gas hydrates) are solid crystalline compounds formed from water molecules as host molecules and gas molecules as guest molecules. Due to the hydrogen bonds, water constructs a framework that entraps some small nonpolar molecules (typically gases) and in suitable conditions (i. e. low temperature and high pressure) gas hydrate forms. The objective of this research is to estimate the gas and refrigerant hydrate dissociation conditions with and without alcohols and sodium chloride aqueous solutions using simple empirical correlations. Generally, the empirical suggested correlations to estimate the equilibrium clathrate hydrate pressure of CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, R22, R23, R134a, R116, R125a, R152a, R141b, R410a, R407c, R507c, CH4 + methanol, CH4 + ethylene glycol, CH4 + triethylene glycol, CH4 + ethanol, CH4 + sodium chloride, CO2 + methanol, CO2 + glycerol, CO2 + sodium chloride, R134a + sodium chloride, R507c + sodium chloride and R410a + sodium chloride systems are a function of equilibrium hydrate temperature and concentration. A genetic algorithm was employed as an optimization method to determine correlation coefficients, and the mean squared error was selected as its fitness function. Due to the low values of the calculated absolute average deviations (between 0.00 and 7.65), except for H2S + pure water with the highest amount of the absolute average deviation percent (AAD% equal to 11.51), these correlations are capable of predicting the studied hydrate dissociation conditions.
Keywords: Gas Hydrate, Refrigerant hydrate, Inhibitor, Equilibrium conditions, Empirical correlation, Genetic Algorithm -
The artificial neural network (ANN) approach was applied to develop simple correlations for predicting the thermal conductivity of nitrogen-methane and carbon dioxide-methane mixtures. The genetic algorithm method was used to obtain global optimum parameters (weights and biases) of the ANNs. The methane mole fraction, temperature, pressure, and density as effective parameters on thermal conductivity were network input variables. 171 and 180 data points related to the nitrogen-methane and carbon dioxide-methane gas mixtures, respectively, divided to test and train datasets. Simple correlations were obtained due to the small number of optimal neurons in the ANN structures. The mean relative errors of 0.206% and 0.199% for the testing dataset indicate the high accuracy and validation of the correlations. The work indicates that artificial intelligence approaches are very useful for thermal conductivity modeling in natural gases. A sensitivity analysis was performed on all input variables that indicates that the gas mixture density has the greatest impact on the thermal conductivity.Keywords: Thermal conductivity, natural gases, Artificial Neural Network, Genetic Algorithm, Sensitivity analysis
-
Experimental study of the effect of gas antisolvent (GAS) system conditions on the particle size distribution of finasteride (FNS) requires a thermodynamic model for the volume expansion process. In this study, the phase behavior of the binary system including carbon dioxide and Dimethyl sulfoxide, and a ternary system comprising carbon dioxide, dimethyl sulfoxide, and Finasteride was studied. The Peng-Robinson equation of state was employed for the evaluation of the fluid phases and a fugacity expression to represent the solid phase. By developing an accurate predictive model, the GAS operating conditions can be optimized to produce particles with no need for a large number of experiments. First, the critical properties of the FNS were evaluated by the group contribution methods. The method of Marrero and Gani was also selected to predict the normal boiling point, critical temperature, and critical pressure. The correlation of Edmister was chosen for the prediction of the acentric factor. The lowest pressures for the ternary system at 308, 318, 328, and 338 K were 7.49, 8.13, 8.51, and 9.03 MPa, respectively. The precipitation of the dissolved finasteride happened at these operating pressures.Keywords: Finasteride, Genetic Algorithm, Group Contribution, Supercritical Fluid, Thermodynamic Modeling
-
The present research used novel hybrid computational intelligence (CI) models to predict inorganic indicators of water quality. Two CI models i.e. artificial neural network (ANN) and a hybrid adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) trained by genetic algorithm (GA) were used to predict inorganic indicators of water quality including total dissolved solids (TDS), total hardness (TH), total alkalinity (TAlk), and electrical conductivity (σ). The study was conducted on samples collected from water wells of Kermanshah province through analyzing water parameters including pH, temperature (T), and the sum of mill equivalents of cations (SC) and anions (SA). A multilayer perceptron (MLP) structure was used to forecast inorganic indicators of water quality using the ANN approach. A MATLAB code was used for the proposed ANFIS model to adjust and optimize the ANFIS parameters during the training process using GA. The accuracy of the generated models was described using various evaluation techniques such as mean absolute error (MAE), correlation factor (R), and mean relative error percentage (MRE%). The results showed that both methods were suitable for predicting inorganic indicators of water quality. Moreover, the comparison of the two methods showed that the predicted values obtained from the ANFIS/GA model were better than those obtained from the ANN approach.Keywords: ANFIS, ANN, Genetic Algorithm, Water quality
-
بهینه سازی فرآیند جداسازی گازی با استفاده از غشا پلیمری اصلاح شده بر پایه الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبیمجله پژوهش نفت، پیاپی 113 (مهر و آبان 1399)، صص 96 -104
افزودن نانوذرات به ماتریس پلیمری منجر به افزایش عملکرد غشا در فرایند جداسازی گازی می شود. در تحقیق جاری، هدف یافتن نقطه بهینه عملیاتی جداسازی گازی برای غشای پلیمری اصلاح شده با نانوذرات می باشد. متغیرهای عملیاتی مورد بررسی نوع نانوذره، غلظت نانوذره اضافه شده و اختلاف فشار عملیاتی در دوسوی غشا می باشد. نانوذرات Al2O3 ،ZnO و TiO2 در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفتند. همچنین غلظت نانوذره و اختلاف فشار عملیاتی به ترتیب در محدوده 5/2 تا 15% و 2 تا bar 25 مورد بررسی قرار گرفتند. یکی از الزامات بهینه سازی فرایند، توسعه یک مدل قوی و کارآمد است. بدین منظور ابتدا یک مدل قدرتمند با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی توسعه پیدا کرد که قادر به پیش بینی میزان تراوش پذیری گازهای اکسیژن، نیتروژن، متان و دی اکسید کربن می باشد. مدل هایی براساس انواع شبکه های عصبی پیشخور توسعه داده شدند که R2 بزرگتر از 9/0 داشتند. سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک شرایط بهینه عملیاتی برای هر یک از گازهای مورد بررسی با در نظر گرفتن چهار هدف و راهبرد استخراج شدند. نتایج بهینه سازی نشان دادند که مقدار تراوش پذیری بیشینه برای گازهای اکسیژن، نیتروژن، متان و دی اکسید کربن به ترتیب برابر با 7/334، 9/779، 7/902 و 4/270 می باشد.
کلید واژگان: جداسازی گازی، غشا پلیمری، بهینه سازی، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیکAddition of nanoparticles to a polymeric matrix leads to enhance the performance of membrane gas separation. In this study, the aim is to find the optimum operative point of polymeric membrane modified by adding nanoparticles in gas separation. The assessed factors are type of nanoparticle, percentage of added nanoparticle, and cross membrane pressure. Nanoparticles of AL2O3, ZnO, and TiO2 were used. Further, the ranges of nanoparticle concentration and operative cross membrane pressure were 2.5 to 15% and 2 to 25 bar respectively. To optimize a process, developing a robust model is necessary. Therefore, first, a powerful model based on artificial neural network was developed, which it was able to predict the values of permeability of oxygen, nitrogen, methane, and carbon dioxide. Neural network models were developed that had R2 greater than 0.9. Next, the optimum operative conditions for assessed gases were found using methodology based on genetic algorithm and considering four strategies. The results of optimization show that the maximum values of permeability for oxygen, nitrogen, methane, and carbon dioxide are 334.7, 779.9, 902.7, and 270.4 respectively.
Keywords: Gas Separation, Polymeric Membrane, Optimization, Artificial Neural Network, Genetic Algorithm -
مجله فرآیند نو، پیاپی 71 (پاییز 1399)، صص 50 -66حذف مرکاپتان از برش های نفتی جهت ارتقای کیفیت آن ها دارای اهمیت فراوان است. در این مقاله به شبیه سازی واحد تصفیه نفت سفید پالایشگاه آبادان بر اساس روش مراکس با نرم افزار Petro-SIM پرداخته شده است. برای مقایسه بهینه سازی با نرم افزار مذکور، اطلاعات شبیه سازی واحد برای پارامترهای تاثیرگذار، در ابتدا یک مدل با استفاده از تحلیل شبکه عصبی به دست آمده و مدل اخیر توسط الگوریتم ژنتیک بهینه شد مقایسه نتایج بهینه سازی با نرم افزار Petro-SIM و الگوریتم ژنتیک نشان داد که دما در هر دو تکنیک یکسان بوده و برابر 125 درجه فارنهایت است که همان دمای عملیاتی است. همچنین فشار به دست آمده از الگوریتم ژنتیک و نرم افزار Petro-SIM به ترتیب 75/6psig و 79/5psig بوده که نسبت به مقدار عملیاتی اندکی کم تر شده است و در مقابل شدت جریان هوای بهینه به کمک الگوریتم ژنتیک 181kg/hr از مقدار بهینه به دست آمده از نرم افزار (8/169kg/hr) بیشتر شده است. علاوه بر این، کسر وزنی بهینه سود در دو هر تکنیک تقریبا برابر 0/28 است و تفاوتی با مقادیر موجود در واحد ندارد. با استفاده از نتایج به دست آمده از الگوریتم ژنتیک و وارد کردن این شرایط به نرم افزار Petro-SIM و شبیه سازی آن مشخص شد که با بهینه سازی شرایط، مقدار غلظت جرمی مرکاپتان در محصول خروجی به کم تر از 1ppm خواهد رسید که شرایط مطلوبی را ایجاد خواهد کرد.کلید واژگان: نفت سفید، فرآیند مراکس، نرم افزار پتروسیم، شبکه عصبی، الگوریتم ژنتیکInitially a model of neural network analysis achieved and was using by genetic algorithm optimization. Comparing the results of Petro-SIM’s optimization software, and genetic algorithm showed that the temperature in both are equal and pressure from genetic algorithms and Petro-SIM’s software, respectively 75.6 psig and 79.5 psig that are slightly lower than the amount of operational. In contrast the help of genetic algorithm to optimize air flow rate is 181 kg/hr and the optimum value obtained from the Software is 169.8 kg/hr. In addition, optimum weight fraction of soda in both techniques is almost equal to the values in the unit. Using the results of genetic algorithm and Entering this condition to Petro-SIM software and simulation it became clear that optimize the optimum conditions, the value of mercaptan concentration in the product will be less than 1ppm.Keywords: Kerosene, Merox, Petro-SIM, Artificial neural network, genetic algorithm
-
به تازگی روش های بهینه سازی، به طور گسترده در محاسبات تعادل فازی استفاده شده است. از بین این روش ها، می توان از الگوریتم ژنتیک برای محاسبه مولفه های برهم کنش دوتایی الگو های ضریب فعالیت در سامانه های تعادلی استفاده کرد. در این مطالعه، با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مولفه های برهم کنش 5 الگو ضریب فعالیت شامل مارگولس 2- مولفه ای،3- مولفه ای، ویلسون، NRTL و UNIQUAC برای 20 سامانه تعادلی سه جزیی (آب + اسیدهای کربوکسیلیک + حلال های آلی) شامل 126 خط رابط حساب شده است. اندازه های مولفه های برهم کنش دوتایی این الگو ها به همراه میانگین انحراف مربع ریشه (RMSD) گزارش شده است. مقادیر میانگین RMSD سامانه ها به ترتیب الگو های مذکور 0298/0، 0067/0، 0114/0، 0025/0 و 0052/0 شده است. نتایج حاکی از این است: به جز الگوی مارگولس 2- مولفه ای، بقیه الگو ها دقت نسبتا مناسبی دارند. با مقایسه میانگین RMSD مقالات در الگو های NRTL و UNIQUAC مقدارها به ترتیب از 0124/0 و 0181/0 به 0025/0 و 0052/0 بهبود یافته اند.
کلید واژگان: استخراج مایع- مایع، الگوریتم ژنتیک، مولفه برهم کنش دوتایی، الگو ی ضریب فعالیت، اسیدهای کربوکسیلیکRecently, optimization methods have been extensively applied in phase equilibrium calculations. Among these methods, Genetic Algorithm (GA) can be used to calculate the interaction parameters of activity coefficient models in equilibrium systems. In this study, based on the genetic algorithm, the interaction parameters of 5 activity coefficient models (2-suffix Margules, 3-suffix Margules, Wilson, NRTL and UNIQUAC) have been calculated for 20 ternary extraction systems (water + carboxylic acids + organic solvents) including 126tie-lines. The values of binary interaction parameters of these models along with the root mean square deviations (RMSD) are reported. The mean values of RMSD of the systems in the order of the mentioned models have been calculated 0.0298, 0.0067, 0.0114, 0.0025 and 0.0052, respectively. The results show that all models except 2-suffix Margules model have relatively good accuracy. By comparing the RMSD values in literature and the values determined by GA for NRTL and UNIQUAC models, the RMSD values of the models improved from 0.0124 and 0.0181 to 0.0025 and 0.0052, respectively
Keywords: Liquid-Liquid Extraction, Genetic Algorithm, Binary Interaction Parameters, Activity Coefficient Model, Carboxylic Acid -
یکی از آزمون های غیر مخرب توسعه یافته در تعیین رسیدگی میوه ها، تجزیه و تحلیل صدا و همچنین پردازش سیگنال حاصل از اعمال ضربه می باشد . لذا در این تحقیق به منظور ارزیابی کیفیت و رسیدگی میوه انار یک سامانه ثبت پاسخ صوتی حاصل از ضربه توسعه یافت. بدین منظور صدای حاصل از ضربه150 عدد انار در سه مرحله رسیدگی (نارس، رسیده و بیش رس) ثبت گردید. برای ارزیابی کیفیت انار از میان ویژگی های مخرب میزان مواد جامد محلول، میزان اسیدیته، ویتامین ث، آنتوسیانین، فنل کل وpH اندازه گیری شدند؛ همچنین به منظور ثبت و استخراج ویژگی های صوتی (آزمون غیر مخرب)، جهت قرارگیری میکروفن نسبت به محل اعمال ضربه (پشت، کنار و زیر میوه) و درجه ضربه زن (5، 10 و 15 درجه) به عنوان متغیر مورد بررسی قرار گرفتند. به منظور طبقه بندی داده ها از الگوریتم درخت تصمیم گیری ترکیب شده با الگوریتم ژنتیک استفاده گردید. بر اساس آنالیز آماری که در سطح احتمال خطای %5 صورت گرفت مشخص گردید که؛ بهترین جهت قرارگیری میکروفن و زاویه ضربه زن به ترتیب قرارگیری میکروفن در کنار میوه و درجه ضربه زن 15 درجه می باشد. بر اساس نتایج طبقه بند، بیشترین و کمترین دقت به ترتیب %7/96 (در گروه رسیده)، 73% (در گروه بیش رس) و در نهایت دقت کلی %2/89 بدست آمد.کلید واژگان: پس از برداشت، انار، آنالیز صدا، الگوریتم ژنتیکOne of the non-destructive tests developed for determining fruit maturity stage is the analysis of imapact fruit response of fruit . Therefore, in this study, in order to evaluate the quality and maturity stages of pomegranate fruit, a system for recording acoustic responses was developted. For this purpose, the acoustic response of 150 pomegranates in three maturity stages (immature, ripe, and over-ripe) was recorded. To evaluate the destructive properties, the total soluble solids, acidity, ascoric acid , anthocyanin, total phenol and pH were measured; Also, in order to record and extract the acoustic features (non-destructive test), positions of microphone (behind, next to and under the fruit), as well as the hitting angle (5, 10 and 15 degrees) were evaluated as variables. In order to classify the data, a decision tree classifier combined with the genetic algorithm was utilized. Based on the statistical analysis, it was determined that the best orientation of the microphone and the hitting angle were the placement of the microphone next to hitting ball and 15 degrees, respectivily. Based on the results of the classification, the highest, lowest and overall classification accuricy were 96.7% (in the ripe group), 73% (in the over-ripe group) and 89.2%, respectively.Keywords: Pomegranate, Quality Parameters, Sound Analysis, Genetic algorithm, Classification
-
مبرد آمیخته در فرآیند مایع سازی گاز طبیعی به صورت وسیع مورد استفاده قرار می گیرد و این امر باعث می شود تا بهینه سازی پارامترهای اثرگذار در این فرآیند مهم باشد. در این پژوهش یک فرآیند پریکو با مبرد آمیخته به کمک الگوریتم ژنتیک چندهدفه با رتبه بندی نامغلوب 2 بهینه سازی شده است. در این بهینه سازی انرژی مصرفی و سطح مبدل حرارتی به صورت هم زمان بهینه شدند تا اثر نامطلوب افزایش سطح مبدل حرارتی ناشی از بهینه سازی تک هدفه انرژی مصرفی که در مقالات پیشین مشاهده شد، برطرف شود. دبی های مولی ترکیبات مبرد آمیخته شامل متان، اتیلن، پروپان، ایزوپنتان و نیتروژن، فشار جریان های خروجی از کمپرسور اول و دوم و فشار جریان خروجی از شیرفشارشکن چرخه سردسازی به عنوان متغیرهای بهینه سازی درنظر گرفته شدند. همچنین توابع هدف درنظرگرفته شده نسبت به متغیرهای بهینه سازی تحلیل حساسیت شدند. جواب های بهینه سازی به صورت مجموعه ای از جواب های بهینه به نام جبهه بهینه پارتو ارایه شدند که نتایج آن، تضاد دو تابع هدف را به خوبی نشان می دهند. در ادامه نتایج بهینه سازی چندهدفه با نتایج کمینه سازی تک هدفه انرژی مصرفی مقایسه شدند. نتایج مقایسه نشان می دهند که سطح مبدل حرارتی در بهینه سازی چندهدفه به میزان 54% نسبت به بهینه سازی تک هدفه (کمینه سازی انرژی) کاهش یافته است.
کلید واژگان: مایع سازی گازطبیعی، فرآیند پریکو، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی چندهدفه، تحلیل اکسرژیMixed refrigerant is widely used in the natural gas liquefaction process, and this makes it important to optimize the parameters affecting this process. In this research, a PRICO process with mixed refrigerant was optimized by using Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGAII). In this optimization, energy consumption and the surface of heat exchanger were optimized simultaneously to eliminate the adverse effect of the surface of heat exchanger increase due to the single-objective optimization of the energy consumption observed in the previous papers. Molar flow rates of mixed refrigerant compounds including methane, ethylene, propane, isopentane and nitrogen, outlet pressures of the first and second compressors and outlet pressure of the cooling cycle valve were considered as optimization variables. Also, the considered objective functions were performed on sensitive analysis towards optimization variables Moreover, the optimization solutions were presented as a set of optimal solutions called Pareto optimal fronts whose results showed the contradiction of the two objective functions well. Afterwards, multi-objective optimization results were compared with single-objective minimization results. Ultimately, comparison results showed that the surface of heat exchanger in multi-objective optimization was reduced by 54% in comparison with single-objective optimization (energy optimization).
Keywords: Natural Gas liquefaction, PRICO Process, Genetic Algorithm, Multi-objective Optimization, Exergy analysis -
Production strategy from a hydrocarbon reservoir plays an important role in optimal field development in the sense of maximizing oil recovery and economic profits. To this end, self-adapting optimization algorithms are necessary due to the great number of variables and the excessive time required for exhaustive simulation runs. Thus, this paper utilizes genetic algorithm (GA), and the objective function is defined as net present value (NPV). After developing a suitable program code and coupling it with a commercial simulator, the accuracy of the code was ensured using a synthetic reservoir. Afterward, the program was applied to an Iranian southwest oil reservoir in order to attain the optimum scenario for primary and secondary production. Different hybrid water/gas injection scenarios were studied, and the type of wells, the number of wells, well coordination/location, and the flow rate (production/injection) of each well were optimized. The results from these scenarios were compared, and simultaneous water and gas (SWAG) injection was found to have the highest overall profit representing an NPV of about 28.1 billion dollars. The application of automated optimization procedures gives rise to the possibility of including additional decision variables with less time consumption, and thus pushing the scopes of optimization projects even further.
Keywords: optimization, Production optimization, Well Placement, Genetic Algorithm
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.