预测反应时间(化学工程)?

数据挖掘 时间序列 预测建模
2022-03-10 19:11:11

我需要关于以下问题的提示。这与预测分析和化学工程有关。我没有化学工程背景,这就是为什么我正在寻找一些提示。我想知道我正在处理的变量/问题是否有技术术语。这将有助于更好地优化我的搜索。

想象一下,我有一条流体流线(一条带有化学品的生产线)。在该行的输入端,我们倒入一些化学品并更改一些参数(温度、压力等),我们希望预测在该行的末端看到变化所需的时间。

我们只能控制输入参数,我们想知道需要多长时间才能看到流水线末端的变化(那个延迟时间就是目标var)。

我知道这其中的某些部分将取决于生产线的速度和长度,但在路上也会发生一些反应。有什么东西在这里响起吗?我正在尝试阅读一些有关此的文献综述,如果您有一些有用的信息并知道一些有用的关键词,请告诉我。

2个回答

您正在寻找的术语仅仅是反应的速率定律吗?

每个化学反应都有一个相关的动力学速率定律,由它的速率常数和它的反应级数组成。考虑反应:

A+B>C

由于质量守恒,我们可以有效地模拟产物 C的形成速率,即反应物 A 或 B的消耗速率:

d[C]/dt=d[A]/dt=d[B]/dt

该等式中的括号表示溶液中每种化学物质的浓度。也就是说,每个化学分子在特定体积的溶液中的含量。这种形成速率实际上是反应本身的速率:

v=d[C]/dt

其中 v 是反应速度正如我们所看到的,反应速度本身是产物形成速率的函数,产物形成速率本身与反应物消耗直接相关。反过来,这也意味着瞬时反应速度也是该瞬间反应物浓度的函数。通常,为了确定速率定律,初始速率是从初始浓度测量的,因为它们是最容易测量的。

但是我们怎么知道它们是如何相关的呢?

简而言之:如果我们不做实验,我们就不会

如果不做实验,我们只能非常笼统地描述反应的速率定律。利率法最常见的形式之一如下:

v=k[A]x[B]y

其中 k 是我们的速率常数,x 和 y 是我们的反应阶数奥秘在于这些变量,它们是通过实验确定的,因为它们随每个反应而变化。

我远非动力学专家,但您的问题必须考虑正在进行的特定反应的动力学。您的问题的另一个怪癖是速率常数 k 本身取决于温度,对于不知道或特别关心化学动力学复杂性的人来说,这是一个相当复杂的方程。

此外,如果我正确理解了您的模型,您还需要考虑系统本身的流动可能会或可能不会影响每种化学物质的浓度。据我了解,反应物的初始添加将产生浓度梯度,因此,将影响反应动力学,作为其通过反应体积的扩散速率的函数。可以合理地设想,您所描述的流动会影响这种扩散速度。这远远超出了我的专业领域,更多地属于流体力学领域。当然,对于这个问题,您可以智能地解决这些问题,特别是通过从有据可查的过程中查找相关值来解决反应率问题。

如果您想进一步阅读基本动力学,请考虑以下内容: https://www.chemguide.co.uk/physical/basicratesmenu.html#top https://opentextbc.ca/chemistry/chapter/12-3 -利率法/

这是一个有监督的学习问题,特别是回归。

监督学习是指使用测量值对输出值进行建模和预测。回归部分意味着您将数字作为响应变量,而不是类别。(称为序数回归的东西模糊了两者之间的区别,但我不认为你处于序数情况。)

你的输入是化学反应的参数,你的输出是反应时间。然后,您可以使用这些值来找出从输入到输出的合理转换。一些流行的方法是线性回归、神经网络、随机森林和加法模型。

(我假设您知道或可以测量输入值的各种组合的一些反应时间。如果您不知道,那么您猜测反应需要多长时间的方式取决于您对化学和物理的了解,而不是某种数据科学或机器学习。)