乙醇偶合制备 C4 烯烃1数学建模.pdf

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33mg0.5wt%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50mg1wt%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

1

第1章问题重述

1.1问题背景

C4烯烃在化工产品和医药的生产中有着广泛的应用，而乙醇是制备C4烯烃

的基本原料，在生产制备C4烯烃的过程中，不同催化剂组合以及温度都会对C4

烯烃的选择性与吸收率产生影响。故通过设计不同的催化剂组合，对探索乙醇催化

制备C4烯烃工艺条件有重大价值和意义。

1.2