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Aug 06, 2023

Aperçu de l'estimation des tensions superficielles de mélanges basés sur des matériaux verts concevables à l'aide d'un schéma d'apprentissage d'ensemble

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 14145 (2023) Citer cet article 43 Accès aux détails des métriques Une estimation précise des propriétés physiques des liquides ioniques (LI) et de leurs mélanges est

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14145 (2023) Citer cet article

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Détails des métriques

Une estimation précise des propriétés physiques des liquides ioniques (LI) et de leurs mélanges est cruciale pour que les ingénieurs puissent concevoir avec succès de nouveaux processus industriels. Parmi ces propriétés, la tension superficielle est particulièrement importante. Il est non seulement nécessaire de connaître les propriétés des IL purs, mais également de leurs mélanges pour garantir une utilisation optimale dans diverses applications. À cet égard, cette étude visait à évaluer l'efficacité de l'arbre Stochastic Gradient Boosting (SGB) dans la modélisation des tensions superficielles de mélanges binaires de divers liquides ioniques (IL) à l'aide d'un ensemble de données complet. L'ensemble de données comprenait 4 010 points de données expérimentales provenant de 48 IL différents et de 20 composants non-IL, couvrant une plage de tension superficielle de 0,0157 à 0,0727 N·m−1 sur une plage de température de 278,15 à 348,15 K. L'étude a révélé que les valeurs estimées étaient en bon accord avec les données expérimentales rapportées, comme en témoigne un coefficient de corrélation (R) élevé et une faible erreur relative absolue moyenne supérieure à 0,999 et inférieure à 0,004, respectivement. De plus, les résultats du modèle SGB utilisé ont été comparés aux résultats de SVM, GA-SVM, GA-LSSVM, CSA-LSSVM, GMDH-PNN, trois ANN basés, PSO-ANN, GA-ANN, ICA-ANN, Modèles TLBO-ANN, ANFIS, ANFIS-ACO, ANFIS-DE, ANFIS-GA, ANFIS-PSO et MGGP. En termes de précision, le modèle SGB est meilleur et fournit des écarts nettement inférieurs à ceux des autres techniques. En outre, une évaluation a été menée pour déterminer l'importance de chaque variable dans la prévision de la tension superficielle, qui a révélé que le facteur le plus influent était la fraction molaire d'IL. En fin de compte, le tracé de William a été utilisé pour étudier la plage d’applicabilité du modèle. Comme la majorité des points de données, soit 98,5 % de l'ensemble des données, se situaient bien dans la marge de sécurité, il a été conclu que le modèle proposé avait un domaine d'applicabilité élevé et que ses prédictions étaient valides et fiables.

Au cours des dernières années, les scientifiques, les ingénieurs, les régulateurs et les décideurs politiques du monde entier ont manifesté un regain d’intérêt pour les liquides ioniques (LI)1. Ces sels fondus, constitués de cations organiques et d’anions organiques/inorganiques, ont gagné en popularité dans diverses industries en tant que nouvelle classe de composés destinés à diverses applications. En raison de leur structure cationique volumineuse et asymétrique2, les IL ont une faible tendance à former un cristal ordonné et restent ainsi à l’état liquide à température ambiante.

Les propriétés exceptionnelles des IL, telles que leurs bonnes propriétés catalytiques, leur faible pression de vapeur, leur ininflammabilité, leur capacité de solvatation élevée pour divers composés organiques et leur stabilité thermique et chimique élevée, en font des alternatives durables et prometteuses aux matériaux traditionnels dans un large éventail de processus3,4. ,5. Les IL sont souvent appelés « matériaux concevables » car leurs propriétés peuvent être adaptées à des processus spécifiques en apportant des modifications structurelles au cation ou à l'anion6. À l'heure actuelle, les LI sont utilisés pour diverses applications, notamment, mais sans s'y limiter, le processus de récupération assistée du pétrole (EOR)7, les processus d'extraction8,9,10,11, les réactions catalytiques12, les processus de séparation13,14,15, l'électrochimie16, les batteries au lithium17, la biomasse. conversion18, désulfuration19, dissolution du charbon20, traitement du bitume21,22, dissolution du pétrole brut23,24, dissolution des asphaltènes25 et réduction de l’IFT pétrole brut/eau26.

Avoir une compréhension globale des propriétés chimiques, physiques et thermodynamiques des LI ou de leurs mélanges avec d’autres composés est crucial, d’autant plus qu’un pourcentage important des applications industrielles des LI impliquent des mélanges27, comme dans les processus EOR dans les réservoirs. Ceci est d’une grande importance du point de vue académique et industriel.

La tension superficielle est une propriété physique macroscopique critique28 des IL et de leurs mélanges pertinents. Il joue un rôle essentiel dans la conception et le fonctionnement appropriés des futurs processus industriels impliquant un transfert de masse, tels que la distillation, l’extraction et l’absorption3,29. Dans l’industrie pétrolière, la tension superficielle est particulièrement importante pour la conception de fractionneurs, d’absorbeurs, de séparateurs, de pipelines biphasiques et pour l’évaluation des réservoirs30. En effet, cela affecte de manière significative le transfert de masse et de chaleur aux interfaces31. Les lecteurs intéressés sont renvoyés à Tariq et al.32 qui fournissent une explication détaillée de la raison pour laquelle la tension superficielle des IL est cruciale.