The industrialization of catalytic processes is of far more importance today than it has ever been before and kinetic models are essential tools for their industrialization. Kinetic models affect the design, the optimization and the control of catalytic processes, but they are not easy to obtain. Classical paradigms, such as mechanistic modeling require substantial domain knowledge, while data-driven and hybrid modeling lack interpretability. Consequently, a different approach called automated knowledge discovery has recently gained popularity. Many methods under this paradigm have been developed, where ALAMO, SINDy and genetic programming are notable examples. However, these methods suffer from important drawbacks: they require assumptions about model structures, scale poorly, lack robust and well-founded model selection routines, and they are sensitive to noise. To overcome these challenges, the present work constructs two methodological frameworks, Automated Discovery of Kinetics using a Strong/Weak formulation of symbolic regression, ADoK-S and ADoK-W, for the automated generation of catalytic kinetic models. We leverage genetic programming for model generation, a sequential optimization routine for model refinement, and a robust criterion for model selection. Both frameworks are tested against three computational case studies of increasing complexity. We showcase their ability to retrieve the underlying kinetic rate model with a limited amount of noisy data from the catalytic system, indicating a strong potential for chemical reaction engineering applications.


翻译:催化工艺的工业化在今天比以往更加重要,动能模型是其工业化的基本工具。动能模型影响着催化工艺的设计、优化和控制,但不容易获得。典型模型,如机械模型需要大量的域知识,而数据驱动和混合模型缺乏解释性。因此,最近出现了一种称为自动知识发现的不同方法,在这个模式下制定了许多方法,ALAMO、SINdy和基因编程是显著的例子。然而,这些方法有重大缺陷:它们需要模型结构的假设,规模不高,缺乏稳健和有根据的模型选择常规,而且对噪音敏感。为了克服这些挑战,目前的工作建立了两个方法框架,即利用强力/弱力的模拟回归方法自动拆解基,ADoK-S和ADoK-W,用于自动生成催化动力模型。我们利用基因程序进行模型生成,对模型的改进进行顺序优化,以及模型选择的强健标准。两个框架都用精确和精确的化学反应能力进行测试,从三个系统进行升级的模型测试。我们用模型的先进化能力研究,从三个测试了一种有限的化学能力,以复制能力到模型的先进能力。

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