Uusi diplomityö on valmistunut biojalostamon mittausten ryhmässä

Oulun yliopiston biojalostamon mittausten tutkimusryhmässä Kajaanissa on valmistunut diplomityö rakeisen materiaalin massavirran epäsuorasta mittauksesta. Diplomityön tavoitteena oli kehittää bioetanolia valmistavan tehtaan raaka-aineena toimivan sahanpurun virtaukselle luotettava ennuste hyödyntäen prosessista muutenkin kertyvää mittaustietoa. Työssä mallinnettiin bioetanolin tuotantoprosessia ja kehitettiin malliin perustuva ennuste massavirtaukselle.

Tekniikan ylioppilas Henri Sarjan diplomityössä [1] ”Mass flow estimation of granular feedstock in biorefineries” perehdyttiin ensin bioetanolitehtaan prosessien taselaskentaan. Taselaskentaan pohjautuva massavirtausestimaatti prosessin raaka-ainesyötteelle osoittautui robustiksi ja niinpä kyseistä massavirtausestimaattia voitiin käyttää datapohjaisen mallinnuksen referenssinä. Datapohjaisessa mallinnuksessa hyödynnettiin monia prosessista saatavilla olevia mittauksia, yhtenä esimerkkinä vaikkapa purun syöttöruuvin ottama virta.

Työssä hyödynnettiin useampia piirteidenvalinta-algoritmeja ja vertailtiin niiden soveltuvuutta. Mallinnuksessa pyrittiin säilyttämään alkuperäisten muuttujien identiteetti, jotta parhaat valitut muuttujat prosessista pystyttäisiin erottamaan. Yksinkertaisimpana mallirakenteena hyödynnettiin lineaarista regressiomallia. Lisäksi mallirakennetta monimutkaistettiin, jotta nähdään mallirakenteen vaikutus vasteen ennustuksen tarkkuuteen. Työn tuloksena havaittiin, että noin kuutta eri laskennallista piirrettä hyödyntäen voidaan massavirtaukselle määrittää reaaliaikainen ennuste. Keskiarvoiseksi virheen neliöksi saatiin parhaalle mallille 0,25, kun korrelaatio oli 0,87. Kehitetyn estimaattorin avulla tuotettu suhteellisen luotettava arvio mahdollistaa sen hyödyntämisen prosessiteollisuudessa massavirtauksia ennustettaessa.

Työssä osoitettiin, että olemassa olevaan mittausdataan perustuva epäsuora estimointi on riittävän tarkka, kustannustehokas ja järkevä tapa toteuttaa massavirtauksen mittaus biojalostusprosessissa. Datapohjaiseen mallinnukseen perustuva epäsuora mittaus vaatii tehokasta laskentaa suunnitteluvaiheessa ja myös mallin ylläpitämiseen ja opetukseen on kiinnitettävä huomiota myös käyttöönoton jälkeen, jotta mittauksen luotettavuus pysyy halutulla tasolla.

Lisätietoja:

Professori Mika Ruusunen, mika.ruusunen(at)oulu.fi

Tukijatohtori Petri Österberg, petri.osterberg(at)oulu.fi

[1] Henri Sarja, Mass flow estimation of granular feedstock in biorefineries. Diplomityö, Oulun Yliopisto. Joulukuu 2022.

Viimeksi päivitetty: 21.12.2022