انجمن مهندسی شیمی ایران مهندسی شیمی ایران 1735-5400 مقالات آماده انتشار 2026 07 25 Optimization of Effective Parameters on Hydrogen-Producing Bioreactor Performance Using Genetic Algorithm بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر عملکرد بیوراکتور تولید هیدروژن با الگوریتم ژنتیک 247943 10.22034/ijche.2026.583411.1612 FA محمد علی مشتاقی دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران علی فرضی دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران Journal Article 2026 05 31 Biological hydrogen production in stirred-tank bioreactors depends strongly on mixing conditions and impeller energy consumption. In this study, a data-driven framework was developed to optimize the impeller-speed schedule using hourly hydrogen-production data and the process energy balance. The decision variables included the impeller speed in the first stage, the impeller speed in the second stage, and the switching time. The problem was solved in a single-objective mode, aiming to maximize net energy, and in a multi-objective mode, aiming to increase hydrogen production while reducing mixing-energy consumption, using a genetic algorithm and NSGA-II, respectively. The single-objective results showed that operating the impeller at 100 rpm during the first 10 h and reducing the speed to 10 rpm during the remaining 14 h produced the maximum net energy of 26.0737 kJ/L_POME. This solution was reproduced in 30 independent runs and matched the result obtained from the exhaustive evaluation of all 368 feasible schedules. In the multi-objective case, a Pareto front containing 22 non-dominated solutions was obtained. The knee-point solution consisted of operating at 100 rpm during the first 7 h and at 10 rpm during the remainder of the process, providing a suitable balance between hydrogen production and energy consumption. The results demonstrated that stagewise control of impeller speed can maintain favorable hydrogen production while reducing mixing-energy consumption. تولید زیستی هیدروژن در بیوراکتورهای همزن‌دار به شرایط اختلاط و انرژی مصرفی همزن وابسته است. در این پژوهش، یک چارچوب داده‌محور برای بهینه‌سازی برنامه زمانی سرعت همزن با استفاده از داده‌های ساعتی تولید هیدروژن و تراز انرژی فرایند ارائه شد. متغیرهای تصمیم شامل سرعت همزن در مرحله اول، سرعت همزن در مرحله دوم و زمان تغییر سرعت بودند. مسئله در حالت تک‌هدفه با هدف بیشینه‌سازی انرژی خالص و در حالت چندهدفه با هدف افزایش تولید هیدروژن و کاهش انرژی مصرفی اختلاط، به‌ترتیب با الگوریتم ژنتیک و NSGA-II حل شد. نتایج تک‌هدفه نشان داد که کارکرد همزن با سرعت 100 دور بر دقیقه در 10 ساعت نخست و کاهش آن به 10 دور بر دقیقه در 14 ساعت باقی‌مانده، بیشترین انرژی خالص برابر با26.0737 KJ/Lpome را ایجاد می‌کند. این پاسخ در 30 اجرای مستقل تکرار شد و با نتیجه جست‌وجوی کامل تمام 368 برنامه ممکن مطابقت داشت. در حالت چندهدفه، جبهه پارتو شامل 22 پاسخ نامغلوب به دست آمد. پاسخ زانویی شامل سرعت 100 دور بر دقیقه در 7 ساعت نخست و سرعت 10 دور بر دقیقه در ادامه فرایند بود که تعادل مناسبی میان تولید هیدروژن و مصرف انرژی فراهم کرد. نتایج نشان داد که کنترل مرحله‌ای سرعت همزن می‌تواند ضمن حفظ تولید مطلوب هیدروژن، مصرف انرژی اختلاط را کاهش دهد.