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对乙醇偶合制备 C4 烯烃的问题研究
摘 要
在化工产品及医药的生产领域，C4 烯烃是一种重要的化工原料。一般用化石能源
作为制备，但实际化石能源短缺且污染环境，相比之下，乙醇不仅来源广泛且环保健
康，故用新型方法制备 C4 烯烃是社会发展的必然选择。本文研究的是乙醇催化偶合
制备 C4 烯烃的工艺条件对结果的影响并对其进行建模分析。
针对问题一，首先用 Python 对附件 1 中温度与乙醇转化率的关系进行可视化分
析，从分析结果得出温度与乙醇转化率和 C4 烯烃选择性有着一定的线性关系，其次
建立协方差分析模型用 MATLAB 中的 Corr 函数求出相关系数，最后得出随着温度的升
高乙醇转化率也随之升高但单位时间内转化率增长幅度在减小。用同样的方法对附件
2 给定条件下不同时间下得出的实验结果进行分析得出随着时间的推移乙醇转化率和
烯烃收率越来越低且时间与 C4 烯烃选择性的关系不大。
针对问题二，首先针对附件 1 中不同的催化剂组合类型进行归类，将催化剂组合
分为 Co 负载量、乙醇浓度、装料比、同装料比不同质量、装料方式几大类。建立线
性回归模型。使用 SPSS 软件得到各个因素对乙醇转化率和 C4 烯烃选择性的权重。对
比得乙醇浓度和温度对乙醇转化率的影响较大，其余量对乙醇转化率的影响较小。Co
负载量和温度对 C4 烯烃选择性影响较大，其余量对 C4 烯烃选择性的影响较小。
针对问题三，在问题 2 的基础上，首先进行数据预处理，除去特殊的有石英砂无
HAP 的一组数据最终得到 20 组数据。其次用 MATLAB 中的 regress 函数进行多元线性
回归和非线性规划求解，并引用交叉项进行模型优化。最后用 LINGO 建立线性规划模
型求得问题的最优解（使 C4 烯烃收率最大的催化剂组合和温度）是催化剂 A3，直接
在约束条件下加入 T<350 度可以得 350 度以下的最优解（组合）是催化剂 A2。
针对问题四，基于前三个问题首先分析实验数据，采用正交选择实验法，根据已
有实验某种因素分析出来的结果有着不具有说服性或者不准确等的缺点，发现实验中
考虑到装料方式、是否有石英砂 HAP、温度过高及不同温度时时间对结果的影响试验
次数较少，用控制变量法的原理改变装料方式、是否有石英砂 HAP 等使其具有说服性
和准确性，设计出五组实验针对发现的缺点进行优化改进。
关键词：C4 烯烃 相关系数 多元线性回归 线性规划 正交选择实验法
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