该题目要求参赛者通过建立数学模型来研究和优化乙醇在特定催化剂作用下合成C4烯烃的过程,探索提高产物选择性和产率的方法。挑战在于深入理解化学反应机理,并将复杂的化学工程问题转化为可计算的数学模型,最终实现对工业生产的指导意义。
2021年高教社杯全国大学生数学建模竞赛B题的题目是关于乙醇偶合制备C4烯烃的研究。C4烯烃在化工产品及医药生产中具有广泛应用,而乙醇则是其重要的原料之一。在这个过程中,催化剂组合(包括Co负载量、Co/SiO2和HAP装料比以及乙醇浓度)与温度对C4烯烃的选择性和收率有着显著的影响。因此,在研究如何通过设计最佳的催化剂组合来优化乙醇催化偶合制备工艺条件方面具有重要的意义。
某实验室针对不同的催化剂在不同温度下的性能进行了实验,并提供了两份附件(1和2),其中包含了一系列的相关数据。基于这些信息,参赛者需要完成以下任务:
(1) 对于每种特定的催化剂组合而言,请分析并研究乙醇转化率、C4烯烃选择性与温度之间的关系;同时对在350度时给定的一种催化剂组合的不同时间点测试结果进行详细解析。
(2) 探讨不同的催化剂组合以及变化中的温度如何影响乙醇转化率和C4烯烃的选择性的大小。
(3) 分析并提出一种选择最优的催化剂组合与适当实验条件的方法,以在相同条件下最大化C4烯烃收率。如果需要将实验温度设置为低于350度时,也请提供相应的策略来提高C4烯烃产量。