乙醇偶合制备C4烯烃实验数据分析_乙醇偶合制备C4烯烃的影响因素分析及方案研究资源-CSDN文库

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乙醇偶合制备 C4 烯烃实验数据分析

摘要

C4 烯烃在化工产品和医药的生产中有着广泛的应用，故探索乙醇催化制备 C4 烯烃

工艺条件有重大意义。本文利用 MATLAB 软件对相关数据进行处理得到乙醇转化率、

C4 烯烃选择性与温度的关系，通过控制变量法分析出温度以及不同催化剂组合对乙醇

转化率、C4 烯烃选择性的影响，并建立基于线性规划的最优 C4 烯烃收率决策模型，最

后选择石英砂为研究变量设计实验。

针对问题一，为得到乙醇转化率、C4 烯烃选择性与温度的关系，我们首先对附件 1

中 21 组数据利用 MATLAB 软件绘制折线图。以温度为自变量，乙醇转化率、C4 烯烃

选择性为因变量，利用 MATLAB 软件分别构建出关系图，据图分析可得乙醇转化率、

C4 烯烃选择性随温度升高而增大的结论。为分析 350 度特定催化组合下不同时间的实

验结果，我们则以时间为自变量，乙醇的转化率、乙烯选择性、C4 烯烃的选择性、乙醛

选择性、碳数为 4-12 脂肪醇、甲基苯甲醛和甲基苯甲醇、其他因素为因变量利用

MATLAB 软件绘制出关系图，据图分析可得出随反应时间增加乙醇转化率不断下降，而

C4 烯烃选择性基本不受反应时间影响的结论。

针对问题二，我们采用了控制变量法，分别以 Co 负载量、乙醇浓度、装料比、Co/SiO2

与 HAP 的装料方式、温度 5 个因素为自变量，同时控制其他四个变量保持不变，然后

用 spss 软件进行线性回归分析得到 5 个自变量分别与乙醇转化率、C4 烯烃选择性的关

系拟合曲线，据图分析可得出结论：当 Co 负载量由 0.5wt%增加到 5wt%，乙醇的转化

率先减少后增加，C4 烯烃选择性先增加后减少；当乙醇浓度从 0.3ml/min 增加至

1.68ml/min，乙醇的转化率减少，C4 烯烃选择性先增加后减少；当 Co/SiO2 与 HAP 的

装料比从 33:67 增大至 67:33,乙醇的转化率逐渐增加，C4 烯烃选择性先增加后减少；如

图 7 所示，当装料方式由 I 转变为 II 时，乙醇的转化率、C4 烯烃选择性均无明显变化，

故装料方式对催化剂的性能并无影响。当温度从 250 度升至 450 度时，乙醇转化率、C4

烯烃选择性均不断增大。

针对问题三，首先通过对附件 1 中数据分析可得在其他条件相同时，装料方式 I 的

C4 烯烃收率高于 II，故我们只对装料方式为 I 的 A 组的数据进行分析。然后以 Co 负载

量、乙醇浓度、温度、装料比为自变量，分别对因变量乙醇转化率、C4 烯烃选择性利用

spss 软件进行拟合，可分别得到乙醇转化率回归函数、C4 烯烃选择性回归函数，建立基

于线性规划的最优 C4 烯烃收率决策模型，并依题意确立 Z1、Z2、C、F、B、T 的约束

条件，最后利用 lingo 软件求得 C4 烯烃收率最高的条件为 450℃、催化剂组合为 33mg

0.5wt%Co/Sio2-67HAP-乙醇浓度 0.3ml/min 时。温度低于 350 度时的最优解为 350℃、

催化剂组合为 33mg 0.5wt%Co/Sio2-67HAP-乙醇浓度 0.3ml/min 时。

针对问题四，我们选择石英砂作为实验研究对象。选取 50mg 1wt%Co/SiO2-90mg

HAP-乙醇浓度 1.68ml/min 催化剂组合，控制 400℃的的条件下，以石英砂含量为自变

量，控制石英砂含量为 0、30、50、70、90mg 分别编号为 a、b、c、d、e。将编号 e 与

A11 对比，研究 HAP 对 C4 烯烃收率是否有影响；将 a、b、c、d、e 五组实验对比，研

究石英砂含量对 C4 烯烃收率的影响；将编号 a 与 A11 对比，研究在相同含量的石英砂

和 HAP 的情况下，哪一个条件下 C4 烯烃收率更大。

关键词：回归分析、线性规划模型、matlab 软件、lingo 软件

符号

说明

乙醇浓度

Co 负载量

Co/SiO2 与 HAP 的装料比

温度

第4章问题分析

4.1 对问题 1 的分析

问题 1 要求我们对附件 1 中每一种催化剂组合的乙醇转化率、C4 烯烃选择性

与温度的关系进行分析。同时，分析某一催化剂组合在 350 度温度条件下不同反

应时间的实验结果。首先我们以温度为自变量，以乙醇的转化率、C4 烯烃的选择

性为因变量利用 MATLAB 软件构建关系图，可分别得到乙醇转化率以及 C4 烯烃

选择性与温度的关系。对于 350 度特定催化剂组合的实验结果分析，我们则以时

间为自变量，乙醇的转化率、乙烯选择性、C4 烯烃的选择性、乙醛选择性、碳数

为 4-12 脂肪醇、甲基苯甲醛和甲基苯甲醇、其他因素为因变量构建关系图，可得

到时间与各个因变量之间的关系。

4.2 对问题 2 的分析

问题 2 要求我们分析不同温度以及催化剂组合对 C4 烯烃选择性和乙醇转化率

大小的影响。我们采用控制变量法控制单一变量分析自变量对因变量的影响。将催

化剂组合、温度看做自变量，乙醇转化率、C4 烯烃选择性看做因变量。只需控制

催化剂组合或温度二者中的一项保持不变从而分析另一自变量对两个因变量的影

响。又因为 Co 负载量、乙醇浓度、Co/SiO2 和 HAP 的装料比、装料方式 4 种因素

中任一因素的不同都会组成不同的催化剂组合，故若要改变的催化剂组合只需让 4

种因素中任一因素不同即可。由此可知在采用控制变量时分别需控制 Co 负载量、

乙醇浓度、Co/SiO2 和 HAP 的装料比、装料方式、温度中的 4 个变量，从而对剩

余的 1 个变量进行分析，进而得到不同催化剂组合以及温度对 C4 烯烃选择性和乙

醇转化率大小的影响。

4.3 对问题 3 的分析

问题 3 要求在 C4 烯烃收率尽可能高的条件下确定温度以及催化剂组合。此

外，在温度低于 350 的条件下又该如何确定温度与催化剂组合。首先，通过对附件

1 中的数据进行分析，发现在相同温度及催化剂组合条件下时，装料方式为 I 的 A

组 C4 烯烃收率大于装料方式为 II 的 B 组，为获得 C4 烯烃收率最大的条件故我们

只对装料方式为 I 的 A 组的数据进行分析。然后以 Co 负载量、乙醇浓度、温度、

装料比为自变量，分别对因变量乙醇转化率、C4 烯烃选择性利用 spss 软件进行拟

合，可分别得到乙醇转化率回归函数、C4 烯烃选择性回归函数。依题意确立约束

条件，从而建立基于线性规划的最优 C4 烯烃收率决策模型，最后利用 lingo 软件

求出最优解，即可得 C4 烯烃收率最大的温度与催化剂组合。同理易得温度低于 350

度条件下的温度与催化剂组合。

4.4 对问题 4 的分析

问题 4 要求我们在设计 5 组实验并给出设计的理由。我们主要探究石英砂对

乙醇偶合配制 C4 烯烃实验的影响。通过实验分析石英砂对，首先控制 400℃条件

下，选取 50mg 1wt%Co/SiO2-90mg HAP-乙醇浓度 1.68ml/min 催化剂组合，以石英

砂含量为自变量，控制石英砂含量为 0、30、50、70、90mg 分别编号为 a、b、c、

d、e。将编号 e 与 A11 对比，研究 HAP 对 C4 烯烃收率是否有影响；将 a、b、c、

d、e 五组实验对比，研究石英砂含量对 C4 烯烃收率的影响；将编号 a 与 A11 对

比，研究在相同含量的石英砂和 HAP 的情况下，哪一个条件下 C4 烯烃收率更大。

第5章模型建立与求解

5.1 问题 1 模型的建立与求解

5.1.1 模型建立

（1）催化剂组合在不同温度下与乙醇转化率、C4 烯烃选择性的关系

首先我们确定以催化剂组合、温度为自变量，以乙醇转化率，C4 烯烃选择性

为因变量，对附件 1 中的数据利用 MATLAB 进行处理，将附件 1 中 21 种催化剂

组合、温度、乙醇转化率、C4 烯烃选择性的数据导入 MATLAB 中，从而绘制出分

别以乙醇转化率、C4 烯烃选择性为纵坐标，以温度为横坐标的关系图。

（2） 350 度某催化剂组合不同时间下的实验结果分析

首先我们确定以时间为自变量，乙醇的转化率、乙烯选择性、C4 烯烃的选择

性、乙醛选择性、碳数为 4-12 脂肪醇、甲基苯甲醛和甲基苯甲醇、其他因素为因

变量，然后将附件 2 中 7 组实验数据导入 MATLAB，绘制出分别以乙醇的转化率、

乙烯选择性、C4 烯烃的选择性、乙醛选择性、碳数为 4-12 脂肪醇、甲基苯甲醛和

甲基苯甲醇、其他因素为纵坐标，以温度为横坐标的关系图。

5.1.2 模型求解

（1）乙醇转化率与温度的关系

利用 MATLAB 软件对附件 1 中数据进行处理后得到温度与乙醇转化率的关系

图。如错误!未找到引用源。所示。

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