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Título : Desarrollo de una RNA para la predicción de la concentración del ácido fórmico producido en una columna de destilación reactiva de pared divisora
Autor : Bayas Garcés, Luis Alexander
Director(es): Chuquín Vasco, Daniel Antonio
Tribunal (Tesis): Cepeda Godoy, Carlos Ramiro
Palabras claves : RED NEURONAL ARTIFICIAL;COLUMNA DE DESTILACIÓN REACTIVA DE PARED DIVISORA;ÁCIDO FÓRMICO;DWSIM (SOFTWARE);MATLAB (SOFTWARE);BAYESIAN REGULARIZATION (ALGORITMO);ANOVA
Fecha de publicación : 20-mar-2023
Editorial : Escuela Superior Politécnica de Chimborazo
Citación : Bayas Garcés, Luis Alexander. (2023). Desarrollo de una RNA para la predicción de la concentración del ácido fórmico producido en una columna de destilación reactiva de pared divisora. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba
Identificador : UDCTFC;96T00888
Abstract : The present work dealt with the creation of an artificial neural network (ANN) capable of predicting the molar concentration of formic acid (FA) produced in a reactive split-wall distillation column (R- DWC); DWSIM was used for the simulation of the process, the validation of the results, and a sensitivity analysis with the purpose of recognizing the operating conditions of the R-DWC that considerably influence the composition of FA; the identified variables were used in the creation of a database whose inputs are: molar fraction of methyl format (MF), molar composition of methanol (MeoH), temperature of the streams, operating pressure, heat removed in the condensers, and as outputs the molar composition of FA and MeoH. The design, training and external validation of the network was performed in MATLAB. The design consisted of inputs, 30 hidden networks and 2 outputs, which is trained by the Bayesian Regularization (BR) training algorithm achieving a mean square error (MSE) of 4.2102E-04 and a linear regression coefficient (R) of 0.9815. The predictive capacity of the network was evaluated by calculating the average MSE of the predicted data both in training and validation, reaching percentages of 8% and 7.28%; these data were supported by an ANOVA statistical analysis, obtaining a confidence level of 95°/o. Finally, with the data obtained, an optimization study was carried out in order to determine the operating variables that would allow reaching the maximum possible FA mole fraction. The improved configuration allowed reaching a FA concentration of 0.708 from the concentration of 0.646 of the fed MF; the process simulation presented a maximum percentage error of 17.6%. The design of a distillation column that allows the separation of the produced AF/1120 azeotropicmixture is recommended.
Resumen : El presente trabajo tuvo como objetivo la creación de una red neuronal artificial (RNA) capaz de predecir la concentración molar del ácido fórmico (AF) producido en una columna de destilación reactiva de pared divisora (R-DWC), se utilizó DWSIM para la simulación del proceso, la validación de los resultados, y un análisis de sensibilidad con la finalidad de reconocer las condiciones operativas de la R-DWC que influyen considerablemente sobre la composición del AF, las variables identificadas fueron utilizas en la creación de una base de datos cuyas entradas son: fracción molar del metil formiato (MF), composición molar del metanol (MeOH), temperatura de las corrientes, presión de operación, calor retirado en los condensadores, y como salidas la composición molar del AF y MeOH. El diseño, entrenamiento y validación externa de la red fue realizado en MATLAB. El diseño consistió en 6 entradas, 30 redes ocultas y 2 salidas, la cual es entrenada por el algoritmo de entrenamiento Bayesian Regularization (BR) alcanzándose un error cuadrático medio (MSE) de 4.2102E-04 y un coeficiente de regresión lineal (R) de 0.9815. La capacidad predictiva de la red se evalúo calculando el MSE promedio de los datos predichos tanto en adiestramiento como en la validación alcanzándose porcentajes del 8% y 7.28%, estos datos fueron respaldados por un análisis estadístico ANOVA obteniéndose un nivel de confianza del 95%, por último, con los datos obtenidos se realizó un estudio de optimización a fin de conocer las variables operativas que permitieran alcanzar la máxima fracción molar de AF posible. La configuración mejorada permitió alcanzar una concentración de AF de 0.708 a partir de la concentración de 0.646 del MF alimentado, la simulación del proceso presentó un error porcentual máximo de 17,6%. Se recomienda el diseño de una columna de destilación que permita la separación de la mezcla azeotrópica AF/H2O producida.
URI : http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/20280
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