Subset selection for improved parameter identification in a bio-ethanol production process

• Autorzy: López D. , Barz T. , Arellano-Garcia H. , Wozny G. , Villegas A. , Ochoa S.

Warianty tytułu

PL

Podzbiór służący do precyzyjniejszego określania parametrów w procesie wytwarzania bioetanolu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A systematic approach for system identification is applied to experimental data of ethanol production from cellulose. Special attention is given to the identification of model parameters, which can be reliably estimated from available measurements. For this purpose, an identifiable parameter subset selection algorithm for nonlinear least squares parameter estimation is used. The procedure determines the parameters whose effects are unique and have a strong effect on the predicted (measurement variables) output variables. The system is described by a generic process model for the simultaneous saccharification and fermentation including three enzyme-catalyzed reactions. The process model is clearly over-parameterized. By applying the subset selection approach the parameter space is reduced to a reasonable subset, whose estimated parameters are still able to predict the experimental data accurately.

PL

Systematyczne podejście do identyfikacji systemu stosowane jest wraz z doświadczalnymi danymi dotyczącymi wytwarzania etanolu z celulozy. Szczególną uwagę zwraca się na określanie parametrów modelu, które można wiarygodnie oszacować na podstawie ogólnodostępnych pomiarów. W tym celu zastosowano algorytm podzbioru parametru identyfikowalnego służący do nieliniowego szacowania parametrów metodą najmniejszych kwadratów. Procedura ta określa parametry, które dają niepowtarzalne efekty i wywierają silny wpływ na przewidywane zmienne zdolności produkcyjnej (zmienne pomiarów). System ten opisywany jest przez rodzajowy model procesu jednoczesnego scukrzania i fermentacji, wliczając w to trzy reakcje katalizowane enzymowo. Model procesowy jest nadmiernie sparametryzowany. Przy zastosowaniu opisywanego podejścia dana przestrzeń zostaje ograniczona do uzasadnionego podzbioru, którego szacowane parametry pozwalają nadal celnie przewidywać dane doświadczalne.

Słowa kluczowe

EN

identifiability analysis; subset selection; least squares; bioethanol; bagasse; SSF

PL

analiza identyfikowalności; podzbiór; metoda najmniejszych kwadratów; bioetanol; pozostałość; scukrzanie; fermentacja

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 109, z. 1-M
• Strony: 137--147
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wz., tab.

Twórcy

autor

López D.

• Chair of Process Dynamics and Operation, TU Berlin

autor

Barz T.

• Chair of Process Dynamics and Operation, TU Berlin

autor

Arellano-Garcia H.

• Chair of Process Dynamics and Operation, TU Berlin

autor

Wozny G.

• Chair of Process Dynamics and Operation, TU Berlin

autor

Villegas A.

• Research Group in Process Simulation, Design, Control and Optimization (SIDCOP), University of Antioquia, Medellín, Colombia

autor

Ochoa S.

• Research Group in Process Simulation, Design, Control and Optimization (SIDCOP), University of Antioquia, Medellín, Colombia

Bibliografia

• [1] Lei F., Jorgensen S.B., Estimation of kinetic parameters in a structured yeast model using regularisation, Journal of Biotechnology, 88 (3), 2001, 223-237.
• [2] Vélez-Reyes M., Verghese G.C., Subset selection in identification, and application to speed and parameter estimation for induction machines, Proceedings of the 4th IEEE Conference on Control Applications, 1995, 991-997.
• [3] Burth M., Verghese G.C., Vélez-Reyes M., Subset selection for improved parameter estimation in on-line identification of a synchronous generator, Power Systems, IEEE Transactions, 14, 1999, 218-225.
• [4] Grah A., Entwicklung und Anwendung modularer Software zur Simulation und Parameterschätzung in gaskatalytischen Festbettreaktoren, Ph.D. thesis, Martin Luther University Halle-Wittenberg 2004.
• [5] Vásquez M.P., Desenvolvimento de processo de hidrolise enzimática e fermentação simultâneas para a produção de etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar, Ph.D. thesis, Universidade Federal Do Rio De Janeiro, Brazil 2007.
• [6] Drissen R.E.T., Maas R.H.W., Tramper J., Beeftink H.H., Modelling ethanol production from cellulose: separate hydrolysis and fermentation versus simultaneous saccharification and fermentation, Biocatalysis and Biotransformation, 27 (1), 2008, 27-35.
• [7] Philippidis G.P., Spindler D.D., Wyman C.E., Mathematical modeling of cellulose conversion to ethanol by the simultaneous saccharification and fermentation process, Applied Biochemistry and Biotechnology, 34 (1), 1992, 543-556.
• [8] Philippidis G.P., Hatzis C., Biochemical Engineering Analysis of Critical Process Factors in the Biomass-to-Ethanol Technology, Biotechnology Progress, 13 (3), 1997, 222-231.
• [9] Brun R., Kühni M., Siegrist H., Gujer W., Reichert P., Practical identifiability of ASM2D parameters – systematic selection and tuning of parameter subsets, Water Research, 36, 2002, 411-412.