Plateforme thermodynamique des équilibres entre phases : expérimentations et modélisation des systèmes liquides - liquides

Abstract

Liquid-liquid extraction (LLE) is a separation technique in laboratories and industries. However, the toxicity and high costs of the solvent used for the separation have led to using Artificial Intelligence (AI) to find logical solutions by modeling and regression for the system under study. Therefore, this work aims to use this technique to comprehend the behavior of the LLE system without using a laboratory, where a tool is presented that simplifies the study of liquid-liquid equilibrium (LLE) calculation and regression. The Nonrandom Two-Liquid Model (NRTL) was used with the isoactivity equations in LLE calculation and modeling for ternary and quaternary systems. These systems were obtained from previous studies. Then, the randomization procedure was utilized to minimize the appropriate objective function. It employed Particle Swarm Optimization (PSO), the original differential evolution method (DE_rand1), and its variants to determine the NRTL parameters. Additionally, a regression approach employing Root Mean Square Deviation (RMSD) was used to examine the search results. In addition, this research introduces a thermodynamic platform of equilibria between phases: experiments and modeling of liquid-liquid systems. Moreover, it is called a 'Liquid- Liquid Equilibrium Platform (LLEP)'. This platform consists of five parts: Settings, Experimental Study, Regression (Optimization), Modeling, and Comparative Study. Each part has a specific function and works independently. Thus, this tool will facilitate calculating and modeling LLE and avoid using chemicals in the laboratory, thus saving the effort spent in experiments, reducing costs, and saving time for researchers.

L'extraction liquide-liquide (LLE) est une technique de séparation utilisée dans les laboratoires et les industries. Cependant, la toxicité et les coûts élevés du solvant utilisé pour la séparation ont conduit à utiliser l’Intelligence Artificielle (IA) pour trouver des solutions logiques par modélisation et régression pour le système étudié. Par conséquent, le but de ce travail est d'utiliser cette technique pour comprendre le comportement du système LLE sans utiliser de laboratoire, où un outil est présenté qui simplifie l’étude du calcul et de la régression de l’équilibre liquide-liquide (LLE). Le modèle non aléatoire à deux liquides (NRTL) a été utilisé avec les équations d'isoactivité dans le calcul et la modélisation LLE pour les systèmes ternaires et quaternaires. Ces systèmes ont été obtenus à partir d’études antérieures. Ensuite, la procédure de randomisation a été utilisée pour minimiser la fonction objective appropriée. Il a utilisé l'optimisation par essaim de particules (PSO), la méthode originale d'évolution différentielle (DE_rand1) et ses variantes pour déterminer les paramètres NRTL. De plus, une approche de régression utilisant l’écart quadratique moyen (RMSD) a été utilisée pour examiner les résultats de la recherche. Par ailleurs, cette recherche introduit une plateforme thermodynamique d'équilibres entre phases : expériences et modélisation de systèmes liquide- liquide. De plus, on l'appelle « Plateforme d'équilibre liquide-liquide (LLEP) ». Cette plateforme se compose de cinq parties : Paramètres, l'étude expérimentale, la régression (optimisation), la modélisation et l'étude comparative. Chaque partie a une fonction spécifique et fonctionne indépendamment de l'autre .Ainsi, cet outil facilitera le processus de calcul et de modélisation du LLE et évitera l'utilisation de produits chimiques en laboratoire, économisant ainsi les efforts consacrés aux expériences, réduisant les coûts et permettant également aux chercheurs de gagner du temps.

استخلاص سائل-سائل (LLE) هو تقنية فصل تُستخدم في المختبرات والصّناعات. ومع ذلك، فإن السمّية والتكاليف المرتفعة للمذيب المستخدم في هذه العملية أدت إلى استخدام الذكاء الاصطناعي (AI) لإيجاد حلول منطقية من خلال النمذجة والانحدار للنّظام قيد الدّراسة. وبالتالي، فإن الغرض من هذا العمل هو استعمال هذه التّقنية لفهم سلوك نظام LLE دون الجوء إلى المخبر حيث تم تقديم أداة تبسط دراسة حساب توازن السّائل والسّائل (LLE) والانحدار. تم استخدام نموذج السّائلين غير العشوائي (NRTL) مع معادلات النّشاط المتساوي في حساب LLE ونمذجة الأنظمة الثّلاثية والرّباعية. كما أن الأنظمة التي دُرست حُصل عليها من الدّراسات السّابقة. بعد ذلك، تم استخدام إجراء التّوزيع العشوائي لتقليل الوظيفة الموضوعية المناسبة. و استعملت طريقة تحسين سرب الجسيمات (PSO)، وطريقة التّطور التّفاضلي الأصلية (DE_rand1)، ومتغيراتها لتحديد معلمات NRTL. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام نهج الانحدار الذي يستخدم انحراف الجذر التّربيعي (RMSD) لفحص نتائج البحث. بالإضافة إلى ذلك، يقدم هذا البحث منصة ترموديناميكية للتوازنات بين المراحل: تجارب ونمذجة أنظمة السّائل-السّائل. علاوة على ذلك، يطلق عليه اسم "منصة التوازن السائل-السائل (LLEP)". تتكون هذه المنصة من خمسة أجزاء وهي الإعدادات، الدّراسة التّجريبية، والانحدار، والنّمذجة، والدّراسة المقارنة. كل جزء لديه وظيفة معينة و يعمل بشكل مستقل عن الأخر. وبهذا، ستعمل هذه الأداة على تسهيل عملية حساب و نمذجة LLE ، مما يُجنب من استخدام المواد الكميائية في المختبر و بالتّالي توفر الجهد المبذول في التجارب و تقلل من التّكاليف و كذلك توفر الوقت للباحثين.