燃料乙醇生产状态可视化在线监测方法技术

本发明专利技术公开了燃料乙醇生产状态可视化在线监测方法，根据燃料乙醇的发酵时间将乙醇的生产过程分为如下几个阶段：刚开始发酵时刻属于初始阶段，发酵到t1时间为第一阶段，发酵到t2时间为第二阶段，发酵到t3时间为第三阶段；过辅助变量分阶段逐级增强的方法对于每个阶段，基于样本数据，首先使用LDA对数据进行特征提取，然后将LDA提取的特征输入到SOM中进行投影，输出燃料乙醇生产状态分类的可视化结果和状态转移轨迹。本发明专利技术方法用于指导燃料乙醇的生产操作。生产操作。生产操作。

【技术实现步骤摘要】
燃料乙醇生产状态可视化在线监测方法


[0001]本专利技术属于工业生物技术与过程控制交叉领域，主要是涉及基于辅助变量分阶段逐级增强的燃料乙醇生产状态可视化在线监测方法。

技术介绍

[0002]面对传统化石能源日益枯竭、环境污染日益严重以及全球气候变暖的威胁，我国已经将关注目光转向了能源多元化发展和加快可再生能源开发上。燃料乙醇作为可再生能源的代表之一，已成为我国新兴能源研发的重点，当前，伴随着低碳之风席卷祖国大地，燃料乙醇的生产和利用在我国得到了迅速的发展。燃料乙醇是以薯类(甘薯、木薯、马铃薯等)、糖类(废糖蜜、甜菜、甘蔗等)或纤维类(农作物秸秆、废木材、废纸浆等)等为原料，经发酵、蒸馏制得的99.5％的乙醇，将脱水后的乙醇加入变性剂，形成变性燃料乙醇。生产乙醇汽油是消化“问题粮食”的重要途径，既有利于保护土壤污染地区农民的利益，又有利于减少粮食储存企业的负担，减少国家因储量损失的财政补贴，还有利于减少对进口石油的依赖，更有利于我国的食品安全。在汽油中加入燃料乙醇，提高了汽油中的氧含量，使得汽油燃烧更加充分，减少了碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、PM2.5的排放；同时降低了汽油中芳烃的含量，可减少次级PM2.5排放。在未来对能源的开发中，燃料乙醇将逐渐凸显，对燃料乙醇的应用将远不止是目前的冰山一角。燃料乙醇将有更大的舞台，在全球节能减排和低碳发展的道路中，将发挥越来越重要的作用。燃料乙醇必将为我国创造出巨大的经济效益和社会效益。然而现在工业中燃料乙醇的生产过程还不够智能化，生产效率低下。
[0003]近年来基于大数据驱动的智能算法在工业中取得了大量成功的应用。生物燃料乙醇的生产过程复杂，难以建立机理模型来指导和优化工业生产。随着计算机技术的发展，乙醇生产过程中的大量过程数据和离线分析数据被保存了下来。这些数据包含了丰富的过程信息。因此可以基于数据驱动的方法建立燃料乙醇生产状态的监测模型来指导生产操作。根据燃料乙醇的发酵时间可将乙醇的生产过程分为如下几个阶段：刚开始发酵时刻为初始阶段，发酵到第8小时为第一阶段，发酵到第24小时为第二阶段，发酵到第40小时为第三阶段。随着发酵时间的增加，可获取的自变量也会增多，即可获取更多的有用信息。本专利技术通过运用辅助变量分阶段逐级增强的方法对乙醇生产不同阶段的运行数据进行可视化，实现了对乙醇生产的优，中，差三个状态的可视化分类，并在此基础上通过数据进一步跟踪燃料乙醇生产状态的变化，为确定燃料乙醇的生产状态提供了可靠依据，对后续针对不同生产状态采取有针对性的处理措施提供了指导。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种辅助变量分阶段逐级增强的燃料乙醇生产状态可视化在线监测方法。根据燃料乙醇的发酵时间将乙醇的生产过程分为如下几个阶段：刚开始发酵时刻为初始阶段，发酵到第8小时为第一阶段，发酵到第24小时为第二阶段，发酵到第40小时为第三阶段。初始阶段选取的自变量有：酒母罐出料时酒母醪的PH(x1)，干物(x2，％)，酵
母数(x3，亿/ml)，出芽率(x4，％)，死亡率(x5，％)，DP4+(x6，g/100ml)，DP3(x7，g/100ml)，DP2(x8，g/100ml)，葡萄糖(x9，g/100ml)，果糖(x
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，g/100ml)，琥珀酸(x
11
，g/100ml)，乳酸(x
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，g/100ml)，甘油(x
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，g/100ml)，乙酸(x
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，g/100ml)，乙醇(x
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，g/100ml)。酒母罐出来的酒母醪被送入到发酵罐中；另外，液化醪也会被输入到发酵罐中，所以将液化醪的PH(x
16
)，干物(x
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，％)，粘度(x
18
)，DP4+(x
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，g/100ml)，DP3(x
20
，g/100ml)，DP2(x
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，g/100ml)，葡萄糖(x
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，g/100ml)，果糖(x
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，g/100ml)，琥珀酸(x
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，g/100ml)，乳酸(x
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，g/100ml)，甘油(x
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，g/100ml)，乙酸(x
27
，g/100ml)，乙醇(x
28
，g/100ml)也选取为初始阶段的自变量。发酵罐一边加料一边开始发酵产生乙醇，操作员在8h，24h，40h还对发酵醪进行采样离线分析。分析的成为包括DP4+(g/100ml)，DP3(g/100ml)，DP2(g/100ml)，葡萄糖(g/100ml)，果糖(g/100ml)，琥珀酸(g/100ml)，乳酸(g/100ml)，甘油(g/100ml)，乙酸(g/100ml)，乙醇(g/100ml)。记这些成分发酵8h时为x
29
～x
38
，发酵24h时为x
39
～x
48
，发酵40h时为x
49
～x
58
。另外，发酵罐的温度也包含着重要的过程信息，将前40h每小时内的平均温度作为变量(记为x
59
～x
98
)。则第一阶段的辅助变量选择为初始阶段的辅助变量，并增加第8小时的发酵醪的成分离线分析值(x
29
～x
38
)，以及前8小时每个小时的平均发酵温度(x
59
～x
66
)。第二阶段的辅助变量选择为初始阶段和第一阶段的辅助变量，并增加第24小时的发酵醪的成分离线分析值(x
39
～x
48
)，以及第9到第24小时内每个小时的平均发酵温度(x
67
～x
82
)。第三阶段的辅助变量选择为初始阶段，第一阶段和第二阶段的辅助变量，并增加第40小时的发酵醪的成分离线分析值(x
49
～x
58
)，以及第25到第40小时内每个小时的平均发酵温度(x
83
～x
98
)。本专利技术通过辅助变量分阶段逐级增强的方法对于每个阶段，基于样本数据，首先使用LDA对数据进行特征提取，然后将LDA提取的特征输入到SOM中进行投影，输出燃料乙醇生产状态分类的可视化结果和状态转移轨迹。
[0005]1.输入变量和生产状态的构造
[0006]本专利技术根据发酵罐发酵终止时的乙醇体积比将生产状态分为优，中，差3类。当乙醇体积比大于15.8时为优，大于等于15.5并且小于等于15.8为中，小于15.5为差。
[0007]在生产乙醇过程中，影响发酵罐里乙醇生产状态的主要因素有：酒母罐出料时酒母醪的PH,干物，酒母数，出芽率，死亡率，DP4+，DP3，DP2，葡萄糖，果糖，琥珀酸，乳酸，甘油，乙酸，乙醇，以及液化醪中的PH，干物，粘度，DP4+，DP3，DP2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.燃料乙醇生产状态可视化在线监测方法，其特征在于，根据燃料乙醇的发酵时间将乙醇的生产过程分为如下几个阶段：刚开始发酵时刻属于初始阶段，发酵到t1时间为第一阶段，发酵到t2时间为第二阶段，发酵到t3时间为第三阶段；初始阶段的模型输入变量为：其中初始阶段辅助变量选择为：酒母罐出料时酒母醪的PH、干物、酒母数、出芽率、死亡率、DP4+、DP3、DP2、葡萄糖、果糖、琥珀酸、乳酸、甘油、乙酸、乙醇，以及液化醪中的PH、干物、粘度、DP4+、DP3、DP2、葡萄糖、果糖、琥珀酸、乳酸、甘油、乙酸和乙醇；第一阶段的模型输入的变量为：初始阶段的所有输入变量，并增加t1时的发酵醪的DP4+、DP3、DP2、葡萄糖、果糖、琥珀酸、乳酸、甘油、乙酸和乙醇，以及从初始到t1的平均发酵温度；第二阶段的辅助变量选择为初始阶段和第一阶段的辅助变量，并增加t2时的发酵醪的成分离线分析值，以及从t1到t2的平均发酵温度；第三阶段的辅助变量选择为初始阶段，第一阶段和第二阶段的辅助变量，并增加t3时的发酵醪的成分离线分析值，以及从t2到t3的平均发酵温度；通过辅助变量分阶段逐级增强的方法对于每个阶段，基于样本数据，首先使用LDA对数据进行特征提取，然后将LDA提取的特征输入到SOM中进行投影，输出燃料乙醇生产状态分类的可视化结果和状态转移轨迹。2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述t1是8小时，t2是24小时，t3是40小时。3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，根据发酵终止时的乙醇体积比将燃料乙醇的生产状态进行可视化结果划分。4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述可视化结果划分是当乙醇体积比大于15.8时为优，大于等于15.5并且小于等于15.8为中，小于15.5为差。5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，对于初始、第一、第二和第三阶段分别建立燃料乙醇生产状态的可视化监测模型；后阶段模型的输入变量是前阶段模型输入变量的逐级增强。6.根据权利要求1所述的监测方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜学峰，卢伟鹏，庄英萍，邓立康，田晓俊，刘晓峰，刘小辰，张志凌，田锡炜，董裕峰，王冠，孙新通，范新龙，刘新颖，从志会，
申请(专利权)人：国投生物能源铁岭有限公司国投生物科技投资有限公司，
类型：发明
国别省市：