B 題 乙醇偶合制備 C4 烯烴
C4 烯烴廣泛應用于化工產品及醫藥的生產，乙醇是生產制備 C4 烯烴的原料，
在制備程序中，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 烯烴收率將產生影響（名詞解釋見附錄），
因此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，請通過數學建模完成下列問題：
(1) 對附件 1 中每種催化劑組合，分別研究乙醇轉化率、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驗結
果進行分析，
(2) 探討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：某一個產物在所有產物中的占比，
時間：催化劑在乙醇氛圍下的反應時間，單位分鐘（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，中文名稱羥基磷灰石，
Co /SiO2 和 HAP 裝料比：指 Co/SiO2 和 HAP 的質量比，例如附件 1 中編號為
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 質量比為 33mg：67mg 且乙醇按每分鐘 1.68 毫升加入，依次類推，
乙醇轉化率：單位時間內乙醇的單程轉化率，其值為 100 % ? (乙醇進氣量-乙
醇剩余量)/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；編號 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驗資料，
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