МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ОЧИЩЕННЯ СИРОГО ГЛІЦЕРОЛУ ЗАСОБАМИ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
DOI:
https://doi.org/10.31548/humanhealth.4.2026.37Ключові слова:
машинне навчання; регресійний аналіз; термодинамічна рівновага; багатокритеріальний аналіз; енергоефективність; цифрові двійники; підтримка ухвалення рішеньАнотація
Очищення сирого гліцеролу, отриманого під час виробництва дизельного біопалива, ускладнюється мінливістю компонентного складу сировини, наявністю органічних і неорганічних домішок та необхідністю забезпечення стабільної якості продукту за раціональних витрат ресурсів. Інформаційні технології створюють передумови для комплексного аналізу, прогнозування та оптимізації відповідних технологічних процесів.
Метою роботи є систематизація та порівняльне оцінювання методів математичного й комп’ютерного моделювання процесів очищення сирого гліцеролу, а також визначення їхніх можливостей, обмежень і перспектив інтегрованого застосування. Методологія дослідження охоплює критичний аналіз наукових публікацій, порівняння математичних моделей, узагальнення методів статистичного аналізу, планування експериментів, термодинамічного та імітаційного моделювання, машинного навчання і багатокритеріальної оптимізації.
За результатами огляду систематизовано підходи до кількісного опису процесів очищення. Встановлено, що регресійні моделі дозволяють оцінювати вплив температури, тиску, тривалості оброблення та витрати реагентів у межах досліджених діапазонів. Термодинамічне й імітаційне моделювання застосовують для розрахунку фазових рівноваг, матеріальних і теплових балансів, прогнозування складу потоків та енергетичних характеристик обладнання. Методи машинного навчання придатні для відтворення складних нелінійних залежностей, однак потребують репрезентативних даних, належної валідації та контролю за похибками. Багатокритеріальна оптимізація дозволяє узгоджувати підвищення чистоти й виходу гліцеролу зі зниженням енергоспоживання та витрат реагентів. Обґрунтовано доцільність поєднання фізико-хімічних моделей з аналізом даних для врахування коливань складу вихідної сировини. Окрему увагу приділено критеріям порівняння моделей, зокрема точності прогнозування, інтерпретованості результатів, обчислювальній складності та можливості перенесення моделей між технологічними схемами. Показано важливість узгодження експериментальних даних із результатами розрахунків, оскільки невизначеність вихідних параметрів може істотно впливати на обґрунтованість технологічних рішень і достовірність оцінювання ефективності очищення за різних виробничих умов.
Практична значущість полягає у формуванні методологічної основи вибору програмних засобів, обґрунтуванні технологічних режимів і створенні систем підтримки ухвалення рішень. Розглянуті підходи можуть сприяти одержанню гліцеролу з нормованими показниками якості, зокрема для потенційного використання в харчових технологіях після підтвердження відповідності вимогам безпечності.
Посилання
Ahmad, F. B., Zhang, Z., Doherty, W. O., & O'Hara, I. M. (2019). The outlook of producing advanced fuels and chemicals from integrated oil palm biomass biorefinery. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 109, 386–411. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.04.009
Attarbachi, T., Kingsley, M., & Spallina, V. (2024). Waste‐derived low‐grade glycerol purification and recovery from biorefineries: an experimental investigation. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 18(5), 1475–1494. https://doi.org/10.1002/bbb.2638
Awogbemi, O., & Desai, D. A. (2025). Recent advances in purification technologies for biodiesel-derived crude glycerol. International Journal of Ambient Energy, 46(1). https://doi.org/10.1080/01430750.2025.2533373
Bansod, Y., Ghasemzadeh, K., & D'Agostino, C. (2025). Techno-economic assessment of biodiesel-derived crude glycerol purification processes. RSC Sustainability, 3(6), 2605-2618.
Berkati, A., Ben Hamiche, N., Kribeche, A., Himed, L., Merniz, S., D’Elia, M., Celano, R., & Rastrelli, L. (2026). Optimization of bioactive compound extraction from prunus spinosa l. fruits using ultrasound-assisted extraction with food-grade glycerin: a combined rsm–ann approach. Antioxidants, 15(2), 202. https://doi.org/10.3390/antiox15020202
Carolina Sérgi Gomes, M., Fernandes Medeiros, J., Martins Moreira, W., Marques Paschoal, S., Oliveira Defendi, R., & Curvelo Pereira, N. (2025). Purification of crude glycerol derived from biodiesel production process using ceramic membranes: Experimental studies and modeling of flux behavior. Separation and Purification Technology, 354, 129042. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.129042
Chalermthai, B., Sriharuethai, C., Olsen, B. D., Ngaosuwan, K., Soottitantawat, A., Assabumrungrat, S., & Charoensuppanimit, P. (2025). Comparative study of conventional and process intensification by reactive distillation designs for glycerol carbonate production from glycerol and diethyl carbonate. Scientific Reports, 15(1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-85974-4
Decarpigny, C., Aljawish, A., His, C., Fertin, B., Bigan, M., Dhulster, P., Millares, M., & Froidevaux, R. (2022). Bioprocesses for the Biodiesel Production from Waste Oils and Valorization of Glycerol. Energies, 15(9), 3381. https://doi.org/10.3390/en15093381
Dhabhai, R., Koranian, P., Huang, Q., Scheibelhoffer, D. S. B., & Dalai, A. K. (2023). Purification of glycerol and its conversion to value-added chemicals: A review. Separation Science and Technology, 58(7), 1383–1402. https://doi.org/10.1080/01496395.2023.2189054
El Wajeh, M., Mhamdi, A., & Mitsos, A. (2023). Dynamic modeling and plantwide control of a production process for biodiesel and glycerol. Industrial & Engineering Chemistry Research, 62(27), 10559–10576. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.3c00934
Harris, J. W., Weiland, R. H., Parker, M. E., & Vaghjiani, J. D. (2023). Life cycle assessment of glycerol production from waste streams. Journal of Cleaner Production, 380, 134845. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134845
Jiang, H., Geng, K., Zhang, L., & Wang, L. (2025). Simulation and optimization of crude glycerol refining process as a co-product of biodiesel. Separation and Purification Technology, 353, 128567. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128567
Jitchaiyapoom, T., Panjapornpon, C., Bardeeniz, S., & Hussain, M. A. (2024). Production capacity prediction and optimization in the glycerin purification process: a simulation-assisted few-shot learning approach. Processes, 12(4), 661. https://doi.org/10.3390/pr12040661
Lopes Ferrari, A., Carolina Sérgi Gomes, M., Caroline Raimundini Aranha, A., Marques Paschoal, S., de Souza Matias, G., Mario de Matos Jorge, L., & Oliveira Defendi, R. (2024). Mathematical modeling by fractional calculus applied to separation processes. Separation and Purification Technology, 337, 126310. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.126310
Miyuranga, K. A. V., Arachchige, U. S. P. R., Jayasinghe, R. A., & Samarakoon, G. (2022). Purification of residual glycerol from biodiesel production as a value-added raw material for glycerolysis of free fatty acids in waste cooking oil. Energies, 15(23), 8856. https://doi.org/10.3390/en15238856
Mushtruk, M., Mushtruk, N., Slobodyanyuk, N., Vasyliv, V., & Zheplinska, M. (2024). Enhanced energy independence: converting animal fat into biodiesel. International Journal of Environmental Studies, 81(1), 134–144). https://doi.org/10.1080/00207233.2024.2314860
Mushtruk, М. М., Chuiuk, R. V., Mushtruk, N. M., Vasyliv, V. P., Slobodyanyuk, N. M., Rudyk, Y. M., & Gruntovskyi, M. S. (2025). Raw material base for the production of food and pharmacological glycerin. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 16(2), e25057. https://doi.org/10.15421/0225057
Oliveira, M., Ramos, A., Monteiro, E., & Rouboa, A. (2022). Improvement of the crude glycerol purification process derived from biodiesel production waste sources through computational modeling. Sustainability, 14(3), 1747. https://doi.org/10.3390/su14031747
Saetiao, P., Kongrit, N., Solod, P., Sufian, S. B., & Jitjamnong, J. (2025). Microwave-assisted transesterification of enriched crude glycerol to glycerol carbonate: optimization, simulation, and techno-economic evaluation. ACS Omega, 10(38), 44398–44414. https://doi.org/10.1021/acsomega.5c06226
Silva, S. S. O., Nascimento, M. R., Lima, R. J. P., Luna, F. M. T., & Cavalcante Júnior, C. L. (2023). Experimental and Simulation Studies for Purification and Etherification of Glycerol from the Biodiesel Industry. Applied Chem, 3(4), 492–508. https://doi.org/10.3390/appliedchem3040031
Tambun, R., Haryanto, B., Alexander, V., Manurung, D. R., & Ritonga, A. P. (2024). Durian peel (Durio zibethinus) utilization as an adsorbent in the purification of acidified crude glycerol. South African Journal of Chemical Engineering, 49(1), 162-169.
Valdés, E., Gabriel, D., González, D., & Munz, G. (2025). Modelling the long-term dynamics and inhibitory effects of crude glycerol impurities in a methanogenic and sulfidogenic UASB bioreactor. Water Research, 274, 123158. https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123158
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Здоров'я людини і нації
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Усі матеріали розповсюджуються згідно з умовами міжнародної публічної ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International Public License, що дозволяє іншим поширювати статтю з визнанням авторства та першої публікації в цьому журналі.
