[发明专利]发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法、控制装置、及存储介质

说明书

本发明实施例提供一种发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法，属于工业生物发酵技术领域。所述发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法包括：针对燃料乙醇在发酵罐中的发酵过程进行阶段划分；获取各阶段燃料乙醇在发酵过程中对应的历史发酵数据；构建发酵罐乙醇出罐浓度预测模型，通过所获取的历史数据对该发酵罐乙醇出罐浓度预测模型进行训练；以及通过训练后的发酵罐乙醇出罐浓度预测模型实时预测燃料乙醇在发酵罐出罐时的乙醇浓度。本发明实施例通过分阶段构建发酵罐乙醇出罐浓度预测模型，并进行训练，通过训练后的发酵罐乙醇出罐浓度预测模型分阶段地对发酵罐乙醇出罐浓度进行预测，为工厂操作人员调控燃料乙醇生产过程提供参考，保证燃料乙醇的高效生产。

技术领域

本发明涉及工业生物发酵技术领域，具体地涉及一种发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法、控制装置、及存储介质。

背景技术

燃料乙醇是指体积分数超过99.5％以上的无水乙醇，主要通过以生物质(例如，马铃薯、玉米和陈化粮等)为原料，进行生物发酵，经过蒸馏、脱水后获得，是一种清洁且高辛烷值的可再生能源。燃料乙醇因其生产的持续性、原料的普遍性以及良好的使用性，是替代一次能源的首选产品。燃料乙醇的使用能有效减少社会对石油煤炭等不可再生能源的依赖，对国家能源的保护和安全具有重要意义，同时也为应对化石能源使用过程中会产生环境的污染问题以及会引起的世界气候变化问题指出了方向。特别地，燃料乙醇作为良好的汽油添加剂，不仅能够提高汽油辛烷值，提高汽油防爆性能，而且能够改善汽车尾气排放，减少空气污染。

燃料乙醇的应用在国家可持续发展战略中的远景地位不言而喻，如何保证燃料乙醇高效高质地生产也因此显得尤为重要。在燃料乙醇的发酵生产过程中，发酵罐乙醇出罐时的浓度是一个重要的质量指标，很大程度上决定了最终的燃料乙醇的生产效率。而该指标的获取通常要借助采样离线分析得到，亦即该指标的获取并非实时而是存在时滞，这对燃料乙醇生产的调控来说是不利的。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法，该发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法可以解决发酵罐乙醇出罐时浓度的获取通常要借助采样离线分析得到，并非实时而存在时滞的问题，这对燃料乙醇生产的调控来说是不利的。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法，其特征在于，所述发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法包括：针对燃料乙醇在发酵罐中的发酵过程进行阶段划分；获取各阶段燃料乙醇在发酵过程中对应的历史发酵数据；构建发酵罐乙醇出罐浓度预测模型，通过所获取的历史数据对该发酵罐乙醇出罐浓度预测模型进行训练；以及通过训练后的发酵罐乙醇出罐浓度预测模型实时预测燃料乙醇在发酵罐出罐时的乙醇浓度。

可选的，所述针对燃料乙醇在发酵罐中的发酵过程进行阶段划分，划分为四个阶段，所述四个阶段包括：第一阶段，发酵开始阶段；第二阶段，发酵开始后8小时；第三阶段，发酵开始后24小时；第四阶段，发酵开始后40小时。

可选的，在所述获取各阶段燃料乙醇在发酵过程中对应的历史发酵数据之后，所述发酵罐乙醇出罐浓度的预测方法还包括：对所获取的历史发酵数据进行零均值单位方差标准化处理；对所标准化处理后的历史发酵数据进行偏最小二乘处理，得到所述历史发酵数据对应的偏最小二乘成分；对所得到的偏最小二乘成分、以及所述历史发酵数据中的发酵罐乙醇出罐浓度数据进行最大最小归一化处理。

可选的，通过下式，对所获取的历史发酵数据进行零均值单位方差标准化处理：

其中，e_ij表示第j个自变量在第i个批次的数值x_ij经过标准化后的值，mean(x_j)、var(x_j)分别表示第j个自变量的所有批次数据的平均值和方差，n表示总的批次数，m表示自变量个数，f_i表示第i个批次发酵罐乙醇浓度y_i经标准化后的值，mean(y)、uar(y)分别表示发酵罐出罐乙醇浓度的所有批次数据平均值和方差。