2022-高教杯-B题-催化剂组合和温度最佳搭配的研究-省二

2023-09-01 0 222
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催化剂组合和温度最佳搭配的研究
摘要

本文结合单因素实验和非线性回归分析得到单因素对反应的影响,而通过对应分析制备C4 烯烃反应中各因素之间关系。为了得到最大烯烃收率,将其作为目标函数,通过模拟退火算法得到将催化剂与温度的最佳搭配。本文建立了满足各问题条件的相应模型,进行分析,并根据实际情况合理地补充了实验内容。

针对问题一:首先对附件一给出的数据做单因素实验,初步得知各条件对该反应的影响程度,考虑到每种催化剂组合确定的情况下,乙醇转化率、C4 烯烃选择性与温度的关系并不复杂,便结合一元非线性回归方程对其拟合关系,拟合的效果较好,乙醇转化率和C4 烯烃选择性随温度变化都是成正相关关系,各组别的回归系数见附件。第二问需要分析附件二所给数据,我们从两个方面分析,第一个方面通过Kmeans聚类方法分析其催化剂的组成结构,计算得到最小的欧式距离之和即为所属类别;第二个方面即分析各产物随停留时间的推移会产生何种趋势。最后得到该组实验数据来自组别4,乙醇转化率随着停留时间一直减小到29.9% 后趋于稳定,而C4 烯烃选择性随温度变化在40% 处上下波动。

针对问题二:本题在问题一单因素的情况下加入了多因素分析,各因素直接关系较之复杂,故此本问选用对应分析法来研究它们之间的关系。单因素实验解释了不同催化剂组合中单个条件改变对乙醇转化率和C4 烯烃选择性大小的影响,这里再通过对应分析法,可以得到更具显著性影响反应的因素,根据本问建立的模型,可以知道,温度、Co 负载量、有无HAP 催化剂对反应的影响是较显著的。

针对问题三:本问需要找到C4 烯烃收率的最大值,将其作为目标函数,通过模拟退火算法求解。结合问题一求得的拟合函数,拟合得到其它反应条件处的值,考虑到化学反应中Co 负载量、装料比、或者温度都并非连续的,这里按合适的区间区隔建立新的点集数据,再结合各约束条件可以求得C4 烯烃收率最大值的结果,催化剂组合和温度的最佳搭配为:当Co/SiO2 与HAP 混料比为1 : 1 、反应温度为400◦C, Co 负载量为1wt% 。

针对问题四:本问添加了摇瓶实验和更加合理的反应条件区间的实验,考虑到建立的模型并未实际使用,故添加摇瓶实验检测模型的性能。而等间距的设置参数,可以找出最佳实验条件所处大致区间,这里可以采用黄金分割法去增设对照实验。
最后,本文结合对各个关卡问题解决的过程,对模型进行了再检验,分析其优缺并进行了一定程度的推广。

关键字: 非线性回归;Kmeans聚类;对应分析;模拟退火对照实验

 

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