Блог

Aug 06, 2023

Понимание оценки поверхностного натяжения смесей на основе проектируемых экологически чистых материалов с использованием схемы ансамблевого обучения.

Scientific Reports Volume 13, Номер статьи: 14145 (2023) Цитировать эту статью 43 Доступы Детали метрики Точная оценка физических свойств как ионных жидкостей (ИЖ), так и их смесей

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 14145 (2023) Цитировать эту статью

43 доступа

Подробности о метриках

Точная оценка физических свойств как ионных жидкостей (ИЛ), так и их смесей имеет решающее значение для инженеров для успешного проектирования новых промышленных процессов. Среди этих свойств особенно важное значение имеет поверхностное натяжение. Для обеспечения оптимального использования в различных приложениях необходимо знать не только свойства чистых ИЖ, но и их смесей. В связи с этим данное исследование было направлено на оценку эффективности дерева стохастического градиентного повышения (SGB) при моделировании поверхностного натяжения бинарных смесей различных ионных жидкостей (ИЛ) с использованием комплексного набора данных. Набор данных включал 4010 точек экспериментальных данных для 48 различных ИЖ и 20 компонентов, не являющихся ИЖ, охватывающих диапазон поверхностного натяжения 0,0157–0,0727 Н·м-1 в диапазоне температур 278,15–348,15 К. Исследование показало, что расчетные значения находились в пределах хорошее согласие с сообщенными экспериментальными данными, о чем свидетельствует высокий коэффициент корреляции (R) и низкая средняя относительная абсолютная ошибка, превышающая 0,999 и менее 0,004 соответственно. Кроме того, результаты использованной модели SGB сравнивались с результатами SVM, GA-SVM, GA-LSSVM, CSA-LSSVM, GMDH-PNN, трех базовых ИНС, PSO-ANN, GA-ANN, ICA-ANN, Модели TLBO-ANN, ANFIS, ANFIS-ACO, ANFIS-DE, ANFIS-GA, ANFIS-PSO и MGGP. С точки зрения точности модель SGB лучше и обеспечивает значительно меньшие отклонения по сравнению с другими методами. Кроме того, была проведена оценка для определения важности каждой переменной в прогнозировании поверхностного натяжения, которая показала, что наиболее влиятельным фактором была мольная доля IL. В конце концов, график Уильяма был использован для исследования области применимости модели. Поскольку большинство точек данных, т.е. 98,5% всего набора данных, находились в пределах запаса безопасности, был сделан вывод, что предложенная модель имеет широкую область применимости, а ее прогнозы действительны и надежны.

В последние несколько лет наблюдается всплеск интереса к ионным жидкостям (ИЛ) среди ученых, инженеров, регулирующих органов и политиков во всем мире1. Эти расплавленные соли, состоящие из органических катионов и органических/неорганических анионов, завоевали популярность в различных отраслях промышленности как новый класс соединений для разнообразных применений. Из-за своей объемистой и асимметричной катионной структуры2 ИЖ имеют низкую склонность к образованию упорядоченных кристаллов и, таким образом, остаются в жидком состоянии при температуре окружающей среды.

Исключительные свойства ИЖ, такие как хорошие каталитические свойства, низкое давление паров, негорючесть, высокая сольватационная способность к различным органическим соединениям, а также высокая термическая и химическая стабильность, делают их перспективными устойчивыми альтернативами традиционным материалам в широком спектре процессов3,4. ,5. ИЖ часто называют «проектируемыми материалами», поскольку их свойства можно адаптировать для конкретных процессов путем внесения структурных модификаций катиона или аниона6. В настоящее время ИЖ используются для различных применений, включая, помимо прочего, процесс повышения нефтеотдачи пластов (EOR)7, процессы экстракции8,9,10,11, каталитические реакции12, процессы разделения13,14,15, электрохимию16, литиевые батареи17, биомассу. конверсия18, десульфурация19, растворение угля20, переработка битума21,22, растворение сырой нефти23,24, растворение асфальтенов25 и снижение IFT сырой нефти/воды26.

Полное понимание химических, физических и термодинамических свойств ИЖ или их смесей с другими соединениями имеет решающее значение, особенно с учетом того, что значительный процент промышленного применения ИЖ включает смеси27, например, в процессах повышения нефтеотдачи пластов. Это имеет большое значение как с академической, так и с промышленной точки зрения.

Поверхностное натяжение является важнейшим макроскопическим физическим свойством28 ИЖ и их соответствующих смесей. Он играет важную роль в правильном проектировании и эксплуатации будущих промышленных процессов, включающих массообмен, таких как дистилляция, экстракция и абсорбция3,29. В нефтяной промышленности поверхностное натяжение особенно важно для проектирования фракционирующих аппаратов, абсорберов, сепараторов, двухфазных трубопроводов и оценки резервуаров30. Это связано с тем, что это существенно влияет на массо- и теплообмен на границах раздела31. Заинтересованных читателей отсылаем к Тарику и др.32, которые подробно объясняют, почему поверхностное натяжение ИЖ имеет решающее значение.