Published July 21, 2023
| Version v1
Publication
Open
Estimation of excess Gibbs free energy of multicomponent biofuel mixtures of Butan-1-ol using machine learning methods based on modified Raoults law models
- 1. Mapúa University
Description
In biofuels, the excess Gibbs free energy of mixing is a very important thermodynamic property as it is used in evaluating the efficiency and sustainability in terms of energy conversion. Multiple biofuel systems containing butan-1-ol were examined with oxygenate ether additives such as MTBE and DIPE using isothermal vapour-liquid equilibrium data at different temperatures (298.15K, 313.15K, 318.15K). Two activity coefficient models, Wilson and van Laar model were compared by determining the bubble pressure and vapor mole fractions of each system using Modified Raoults Law and Machine Learning techniques. Besides, mole fractions and activity coefficients were used to identify the excess property. Results showed that Wilson model is appropriate for all the biofuel systems when using the Artificial Neural Network (ANN) resulting in an MSE of 3.2010e-09, 4.6792e-10, 1.6186e-10, and 5.3461e-07. In addition, van Laar model is more acceptable when Rational Quadratic GPR or Fine Tree algorithm were used with an average RMSE of 0.005820.01 and 0.020950.03 respectively. Lastly, the generated data for both activity coefficient models were also used to estimate the systems excess Gibbs free energy of mixing across varying mole fraction of its components.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في الوقود الحيوي، تعد طاقة جيبس الحرة الزائدة للخلط خاصية ديناميكية حرارية مهمة للغاية حيث يتم استخدامها في تقييم الكفاءة والاستدامة من حيث تحويل الطاقة. تم فحص أنظمة الوقود الحيوي المتعددة التي تحتوي على البيوتان-1 -أول باستخدام إضافات الأثير المؤكسج مثل MTBE و DIPE باستخدام بيانات توازن البخار والسائل متساوي الحرارة عند درجات حرارة مختلفة (298.15K، 313.15K، 318.15K). تمت مقارنة نموذجين لمعامل النشاط، نموذج ويلسون وفان لار من خلال تحديد ضغط الفقاعة وكسور مول البخار لكل نظام باستخدام قانون Raoults المعدل وتقنيات التعلم الآلي. إلى جانب ذلك، تم استخدام كسور المول ومعاملات النشاط لتحديد الخاصية الزائدة. أظهرت النتائج أن نموذج ويلسون مناسب لجميع أنظمة الوقود الحيوي عند استخدام الشبكة العصبية الاصطناعية (ANN) مما أدى إلى MSE من 3.2010e-09 و 4.6792e-10 و 1.6186e-10 و 5.3461e-07. بالإضافة إلى ذلك، يكون نموذج فان لار أكثر قبولًا عند استخدام خوارزمية Rational Quadratic GPR أو Fine Tree بمتوسط RMSE يبلغ 0.005820.01 و 0.020950.03 على التوالي. أخيرًا، تم استخدام البيانات التي تم إنشاؤها لكلا نموذجي معامل النشاط أيضًا لتقدير طاقة جيبس الحرة الزائدة من الخلط عبر جزء مول مختلف من مكوناته.Translated Description (French)
Dans les biocarburants, l'énergie de mélange libre de Gibbs en excès est une propriété thermodynamique très importante car elle est utilisée pour évaluer l'efficacité et la durabilité en termes de conversion d'énergie. Plusieurs systèmes de biocarburants contenant du butan-1-ol ont été examinés avec des additifs d'éther oxygéné tels que le MTBE et le DIPE en utilisant des données d'équilibre vapeur-liquide isotherme à différentes températures (298,15K, 313,15K, 318,15K). Deux modèles de coefficients d'activité, Wilson et van Laar, ont été comparés en déterminant la pression de bulle et les fractions molaires de vapeur de chaque système à l'aide de techniques de loi de Raoults modifiée et d'apprentissage automatique. En outre, des fractions molaires et des coefficients d'activité ont été utilisés pour identifier la propriété excédentaire. Les résultats ont montré que le modèle de Wilson est approprié pour tous les systèmes de biocarburants lors de l'utilisation du réseau neuronal artificiel (RNA), ce qui donne un MSE de 3.2010e-09, 4.6792e-10, 1.6186e-10 et 5.3461e-07. En outre, le modèle de van Laar est plus acceptable lorsque l'algorithme Rational Quadratic GPR ou Fine Tree a été utilisé avec un RMSE moyen de 0,005820.01 et 0,020950.03 respectivement. Enfin, les données générées pour les deux modèles de coefficient d'activité ont également été utilisées pour estimer l'excès d'énergie libre de Gibbs du système de mélange à travers la fraction molaire variable de ses composants.Translated Description (Spanish)
En los biocombustibles, el exceso de energía libre de Gibbs de la mezcla es una propiedad termodinámica muy importante, ya que se utiliza en la evaluación de la eficiencia y la sostenibilidad en términos de conversión de energía. Se examinaron múltiples sistemas de biocombustibles que contenían butan-1-ol con aditivos de éter oxigenado como MTBE y DIPE utilizando datos de equilibrio vapor-líquido isotérmico a diferentes temperaturas (298.15K, 313.15K, 318.15K). Se compararon dos modelos de coeficientes de actividad, Wilson y van Laar, determinando la presión de burbuja y las fracciones molares de vapor de cada sistema utilizando técnicas de Ley de Raoults Modificada y Aprendizaje Automático. Además, se utilizaron fracciones molares y coeficientes de actividad para identificar la propiedad de exceso. Los resultados mostraron que el modelo de Wilson es apropiado para todos los sistemas de biocombustible cuando se utiliza la Red Neuronal Artificial (ANN), lo que resulta en un MSE de 3.2010e-09, 4.6792e-10, 1.6186e-10 y 5.3461e-07. Además, el modelo de van Laar es más aceptable cuando se utilizaron algoritmos Rational Quadratic GPR o Fine Tree con un RMSE promedio de 0.005820.01 y 0.020950.03 respectivamente. Por último, los datos generados para ambos modelos de coeficientes de actividad también se utilizaron para estimar el exceso de energía libre de Gibbs de los sistemas de mezcla a través de la fracción molar variable de sus componentes.Files
3b04e6807d28449c97b75d9ebeeba2b0.marked.pdf.pdf
Files
(1.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:fdc77054abeefa4e04053011f1a9b65f
|
1.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تقدير طاقة جيبس الحرة الزائدة لمخاليط الوقود الحيوي متعددة المكونات من بوتان-1 -أول باستخدام أساليب التعلم الآلي على أساس نماذج قانون راوتس المعدلة
- Translated title (French)
- Estimation de l'énergie libre en excès de Gibbs de mélanges de biocarburants multicomposants de Butan-1-ol à l'aide de méthodes d'apprentissage automatique basées sur des modèles de loi de Raoults modifiés
- Translated title (Spanish)
- Estimación del exceso de energía libre de Gibbs de mezclas de biocombustibles multicomponentes de butan-1-ol utilizando métodos de aprendizaje automático basados en modelos modificados de la ley de Raoults
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4384524905
- DOI
- 10.54254/2755-2721/7/20230456