Towards models complexity in water usage and treatment optimisation problems

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorShakhnovsky, A.
dc.date.accessioned2023-11-27T13:06:36Z
dc.date.available2023-11-27T13:06:36Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractThe paper addresses water recycling in process industry, inter alia, the issues of mathematical models’ complexity problem in the “process integration”-based structural optimization of sustainable water usage and treatment networks. The nature of addressing structural optimization problems requires iteratively querying individual process models, which are incorporated as objective functions and constraints within the optimization model, throughout the process of finding a solution, therefore the goal was to explore the intricacy of mentioned models. Within the framework of the research, the impact of complexity of water network constituent parts models on the optimization performance was investigated by Monte Carlo method for one step of the optimization procedure, as well as for the optimization procedure as a whole. Units’ models in form of algebraic equations (for direct equation calculation case), algebraic equations (for root search), ordinary differential equations (for Cauchy initial value problem with a case of two differential equations), ordinary differential equations (for boundary value problem), and partial differential equations (for two spatial variables) were examined with an analysis of their applicability for optimization purposes. The justification for employing both deterministic "counter-current mass transfer" models and statistical polynomial "input-output" steady-state algebraic models were established for addressing the specific problems under investigation. As the case study, special polynomial model was constructed based on the experimental design / response surface methodology and the dynamics simulation results on adsorption wastewater treatment within the packed bed column filled with activated carbon. Central composite rotatable design was formulated and subsequently executed using computational experimentation methods for the parametric identification of a nonlinear polynomial model. The evaluation confirmed that the constructed model exhibits satisfactory predictive accuracy.uk
dc.description.abstractotherСтаття присвячена дослідженню проблем складності математичних моделей для потреб структурної оптимізації схем сталого водоспоживання та водоочищення на засадах «інтеграції процесів». Природа вирішення проблем структурної оптимізації вимагає багаторазового розрахунку окремих моделей процесів у складі цільові функції та обмежень задачі оптимізації протягом усього процесу пошуку рішення, тому метою було дослідити складність згаданих моделей. В рамках дослідження оцінено із використанням методу Монте-Карло вплив ступеню складності моделей складових частин схеми водоспоживання та водоочищення на ефективність оптимізації як для одного кроку процедури оптимізації, так і для процедури оптимізації в цілому. Були розглянуті та проаналізовані в контексті застосовності для цілей оптимізації математичні моделі у формі алгебраїчних рівнянь, звичайних диференціальних рівнянь (для задачі Коші у випадку двох диференціальних рівнянь та для крайової задачі), а також у вигляді диференціальних рівнянь в частинних похідних (для випадку двох незалежних просторових змінних інтегрування). Було обґрунтовано використання в математичній постановці задач структурної оптимізації схем водоспоживання та водоочищення математичних моделей спеціального вигляду: детермінованих моделей протиточного масообміну та експериментально-статистичних поліноміальних алгебраїчних моделей «вхід-вихід». В якості прикладу була побудована спеціальна поліноміальна модель процесу адсорбційного очищення стічних вод у нерухомому шарі адсорбенту на основі методології планування експерименту та результатів комп’ютерного моделювання динаміки процесу. Для параметричної ідентифікації нелінійної поліноміальної моделі був сформований та реалізований центральний композиційний рототабельний план активного експерименту. Стастична перевірка отриманої моделі показала, що побудована модель є адекватною та забезпечує достатню точність прогнозу.uk
dc.format.pagerangePp. 70-81uk
dc.identifier.citationShakhnovsky, A. Towards models complexity in water usage and treatment optimisation problems / A. Shakhnovsky // Вода і водоочисні технології. Науково-технічні вісті. – 2023. – № 1(35). – С. 70-81 . – Бібліогр.: 23 назви.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2218-930012023280955
dc.identifier.issn2218-9300
dc.identifier.orcid0000-0003-2963-4026uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/62487
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського; ТОВ «Українська водна спілка»uk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofВода і водоочисні технології. Науково-технічні вісті, № 1(35)uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.subjectadsorptionuk
dc.subjectmodeluk
dc.subjectoptimizationuk
dc.subjectprocess integrationuk
dc.subjectsuperstructureuk
dc.subjectwater usage and treatment networkuk
dc.subjectадсорбціяuk
dc.subjectінтеграція процесівuk
dc.subjectкомп’ютерне моделюванняuk
dc.subjectмодельuk
dc.subjectоптимізаціяuk
dc.subjectсхема водоспоживання та водоочищенняuk
dc.titleTowards models complexity in water usage and treatment optimisation problemsuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
280955-664788-1-10-20230925.pdf
Розмір:
289.64 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вода і водоочисні технології. Науково-технічні вісті, № 1(35)