2021數學模組化B題及思路

乙醇偶合制備 C4 烯烴

C4 烯烴廣泛應用于化工産品及醫藥的生産，乙醇是生産制備 C4 烯烴的原料。

在制備過程中，催化劑組合（即：Co 負載量、Co/SiO2 和 HAP 裝料比、乙醇濃度

的組合）與溫度對 C4 烯烴的選擇性和 C4 烯烴收率将産生影響（名詞解釋見附錄）。

是以通過對催化劑組合設計，探索乙醇催化偶合制備 C4 烯烴的工藝條件具有非常

重要的意義和價值。

某化工實驗室針對不同催化劑在不同溫度下做了一系列實驗，結果如附件 1 和

附件 2 所示。請通過數學模組化完成下列問題：

(1) 對附件 1 中每種催化劑組合，分别研究乙醇轉化率、C4 烯烴的選擇性與溫

度的關系，并對附件 2 中 350 度時給定的催化劑組合在一次實驗不同時間的測試結

果進行分析。

(2) 探讨不同催化劑組合及溫度對乙醇轉化率以及 C4 烯烴選擇性大小的影響。

(3) 如何選擇催化劑組合與溫度，使得在相同實驗條件下 C4 烯烴收率盡可能

高。若使溫度低于 350 度，又如何選擇催化劑組合與溫度，使得 C4 烯烴收率盡可

能高。

(4) 如果允許再增加 5 次實驗，應如何設計，并給出詳細理由。

附錄：名詞解釋與附件說明

溫度：反應溫度。

選擇性：某一個産物在所有産物中的占比。

時間：催化劑在乙醇氛圍下的反應時間，機關分鐘（min）。

Co 負載量： Co 與 SiO2 的重量之比。例如，“Co 負載量為 1wt%”表示 Co

與 SiO2 的重量之比為 1:100，記作“1wt%Co/SiO2”，依次類推。

HAP：一種催化劑載體，中文名稱羟基磷灰石。

Co /SiO2 和 HAP 裝料比：指 Co/SiO2 和 HAP 的品質比。例如附件 1 中編号為

A14 的催化劑組合“33mg 1wt%Co/SiO2-67mg HAP-乙醇濃度 1.68ml/min”指

Co/SiO2 和 HAP 品質比為 33mg：67mg 且乙醇按每分鐘 1.68 毫升加入，依次類推。

乙醇轉化率：機關時間内乙醇的單程轉化率，其值為 100 %  (乙醇進氣量-乙

醇剩餘量)/乙醇進氣量。

C4 烯烴收率：其值為乙醇轉化率 *C4 烯烴的選擇性。

附件 1：性能資料表。表中乙烯、C4 烯烴、乙醛、碳數為 4-12 脂肪醇等均為

反應的生成物；編号 A1~A14 的催化劑實驗中使用裝料方式 I，B1～B7 的催化劑實

驗中使用裝料方式 II。

附件 2：350 度時給定的某種催化劑組合的測試資料

思路

思路請見我的資源