PREDICTION OF OCTANE NUMBERS OF ORGANIC COMPOUNDS USING MACHINE LEARNING METHODS
Authors:
1.
KNITU; KNRTU
2.
Kazan National Research Technological University
3.
Kazan (Volga) Federal University
Type:
Article
Pages:
from 66
to 69
Status:
In work
Language:
Russian
Keywords:
BIG DATA, INDUSTRY 4.0, OCTANE NUMBER, MACHINE LEARNING, ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Abstract (English):
V nastoyaschee vremya neftehimicheskie processy napravleny na poluchenie benzinovyh frakciy s vysokim oktanovym chislom. Oktanovoe chislo - eto pokazatel', kotoryy harakterizuet ustoychivost' topliva k detonacii (vzryvu) v dvigatelyah vnutrennego sgoraniya. Chem vyshe dannyy pokazatel', tem bol'shee kolichestvo energii ono sposobno proizvodit'. V kachestve etalona byl vzyat izooktan (2,2,4-trimetilpentan). Inogda ispol'zuyut ego smes' s normal'nym geptanom. Dlya povysheniya oktanovyh chisel benzinovyh frakciy obychno vvodyat antidetonacionnye prisadki. V kachestve antidetonacionnyh prisadok ispol'zuyut organicheskie soedineniya razlichnogo stroeniya. Obychno eto izoalkany, olefiny, cikloalkany, spirty i t.d. s vysokimi oktanovymi chislami. Osobennostyam vliyaniya antidetonacionnyh prisadok na oktanovye chisla topliv posvyascheny mnogochislennye raboty. V dannyh rabotah pokazana vozmozhnost' napravlennogo regulirovaniya oktanovyh chisel benzinovyh frakciy putem var'irovaniya prirody modificiruyuschih dobavok i ih kolichestva. Obychno nablyudaetsya additivnoe uvelichenie oktanovogo chisla benzinovyh frakciy proporcional'no soderzhaniyu antidetonacionnoy prisadki. Odnako vozmozhny i isklyucheniya, kotorye ustanavlivayutsya empiricheski putem. Naibolee perspektivnym yavlyaetsya ustanovlenie zakonomernostey svyazi himicheskogo stroeniya uglevodorodov s pokazatelyami detonacii topliv. V dannom podhode organicheskie soedineniya predstavlyaetsya v vide nabora deskriptorov, harakterizuyuschih osobennosti himicheskoy struktury molekul. Dannye ob oktanovyh chislah dlya organicheskih soedineniy byli vzyaty iz bazy dannyh PubChem. V bazu dannyh dlya dannoy raboty byla vklyuchena informaciya ob oktanovyh chislah dlya 219 organicheskih veschestv. Dlya uproscheniya analiza predstavleniya organicheskih soedineniy, my ispol'zovali klyuchi MACC, poskol'ku oni yavlyayutsya odnimi iz luchshih deskriptorov dlya prognozirovaniya svoystv himicheskih soedineniy. Dannye deskriptory sozdayutsya na osnove obschih klyuchey podstruktury. Krome togo, modeli byli rasschitany s ispol'zovaniem molekulyarnyh otpechatkov Morgana, takzhe izvestnyh kak cirkulyarnye otpechatki s radiusom 2. V ramkah dannoy raboty byl realizovany grebnevaya regressiya, algoritm sluchaynogo lesa, metod blizhayshih sosedey kNN, metod opornyh vektorov (SVM), iskusstvennye neyronnye seti. Dlya obuchayuschey vyborki poluchennaya klassifikacionnaya model' sluchaynogo lesa pokazala bezoshibochnuyu klassifikaciyu, oshibka prognoza dlya nee ravna 0. Statisticheskie harakteristiki postroennoy XGBoost-modeli dlya vyborki imeyut sleduyuschie znacheniya: R2 =0.83 i oshibkoy predskazaniya RMSE=9.96 °S.
V nastoyaschee vremya neftehimicheskie processy napravleny na poluchenie benzinovyh frakciy s vysokim oktanovym chislom. Oktanovoe chislo - eto pokazatel', kotoryy harakterizuet ustoychivost' topliva k detonacii (vzryvu) v dvigatelyah vnutrennego sgoraniya. Chem vyshe dannyy pokazatel', tem bol'shee kolichestvo energii ono sposobno proizvodit'. V kachestve etalona byl vzyat izooktan (2,2,4-trimetilpentan). Inogda ispol'zuyut ego smes' s normal'nym geptanom. Dlya povysheniya oktanovyh chisel benzinovyh frakciy obychno vvodyat antidetonacionnye prisadki. V kachestve antidetonacionnyh prisadok ispol'zuyut organicheskie soedineniya razlichnogo stroeniya. Obychno eto izoalkany, olefiny, cikloalkany, spirty i t.d. s vysokimi oktanovymi chislami. Osobennostyam vliyaniya antidetonacionnyh prisadok na oktanovye chisla topliv posvyascheny mnogochislennye raboty. V dannyh rabotah pokazana vozmozhnost' napravlennogo regulirovaniya oktanovyh chisel benzinovyh frakciy putem var'irovaniya prirody modificiruyuschih dobavok i ih kolichestva. Obychno nablyudaetsya additivnoe uvelichenie oktanovogo chisla benzinovyh frakciy proporcional'no soderzhaniyu antidetonacionnoy prisadki. Odnako vozmozhny i isklyucheniya, kotorye ustanavlivayutsya empiricheski putem. Naibolee perspektivnym yavlyaetsya ustanovlenie zakonomernostey svyazi himicheskogo stroeniya uglevodorodov s pokazatelyami detonacii topliv. V dannom podhode organicheskie soedineniya predstavlyaetsya v vide nabora deskriptorov, harakterizuyuschih osobennosti himicheskoy struktury molekul. Dannye ob oktanovyh chislah dlya organicheskih soedineniy byli vzyaty iz bazy dannyh PubChem. V bazu dannyh dlya dannoy raboty byla vklyuchena informaciya ob oktanovyh chislah dlya 219 organicheskih veschestv. Dlya uproscheniya analiza predstavleniya organicheskih soedineniy, my ispol'zovali klyuchi MACC, poskol'ku oni yavlyayutsya odnimi iz luchshih deskriptorov dlya prognozirovaniya svoystv himicheskih soedineniy. Dannye deskriptory sozdayutsya na osnove obschih klyuchey podstruktury. Krome togo, modeli byli rasschitany s ispol'zovaniem molekulyarnyh otpechatkov Morgana, takzhe izvestnyh kak cirkulyarnye otpechatki s radiusom 2. V ramkah dannoy raboty byl realizovany grebnevaya regressiya, algoritm sluchaynogo lesa, metod blizhayshih sosedey kNN, metod opornyh vektorov (SVM), iskusstvennye neyronnye seti. Dlya obuchayuschey vyborki poluchennaya klassifikacionnaya model' sluchaynogo lesa pokazala bezoshibochnuyu klassifikaciyu, oshibka prognoza dlya nee ravna 0. Statisticheskie harakteristiki postroennoy XGBoost-modeli dlya vyborki imeyut sleduyuschie znacheniya: R2 =0.83 i oshibkoy predskazaniya RMSE=9.96 °S.
Keywords:
BIG DATA, INDUSTRY 4.0, OCTANE NUMBER, MACHINE LEARNING, ARTIFICIAL INTELLIGENCE
BIG DATA, INDUSTRY 4.0, OCTANE NUMBER, MACHINE LEARNING, ARTIFICIAL INTELLIGENCE
