基于灰色關聯度分析的乙醇偶合制備C4烯烴的研究

李三杰 胡玉林 汪太行

摘要：利用灰色關聯度分析法，分析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，確定參考序列，求出差序列，計算不同溫度下各種催化劑組合的乙醇轉化率和C4烯烴選擇性的關聯度大小，并對關聯度進行量化分析，根據在不同溫度下各種催化劑組合下對乙醇轉化率以及C4烯烴的選擇性大小的影響關聯度大小，探索乙醇催化偶合制備C4烯烴的工藝條件。

關鍵詞：乙醇?C4烯烴?灰色關聯度分析法?關聯系數?關聯度

中圖分類號：TQ223.1?文獻標識碼：A?文章編號：1672-3791（2022）07（b）-0000-00

Preparation?of?C4?Olefins?by?Ethanol?Coupling?Based?on?Grey?Correlation?Analysis

LI?Sanjie1??HU?Yulin2??WANG?Taihang2

（1.School?of?Statistics?and?Big?Data，?Zhengzhou?College?of?Finance?and?Economics;2.School?of?Information?Engineering，?Zhengzhou?College?of?Finance?and?Economics，?Zhengzhou，?Henan?Province，?450044?China）

Abstract：?Using?the?grey?correlation?analysis?method，?the?effects?of?different?catalyst?combinations?and?temperatures?on?ethanol?conversion?and?C4?olefin?selectivity?are?analyzed，?the?reference?sequence?is?determined，?the?travel?sequence?is?calculated，?the?correlation?between?ethanol?conversion?and?C4?olefin?selectivity?of?various?catalyst?combinations?at?different?temperatures?is?calculated，?and?the?correlation?degree?is?quantitatively?analyzed，?The?technological?conditions?for?the?preparation?of?C4?olefins?by?ethanol?catalytic?coupling?were?explored.

Key?Words：?Ethanol;?C4?olefin;?Grey?correlation?analysis?method;?Correlation?coefficient;?Correlation?degree

乙醇是生產制備C4烯烴的原料，乙醇及C4烯烴作為重要的化工材料，被廣泛地應用于化工產品及醫藥中間體的生產[1-2]。對于乙醇制備C4烯烴的過程，不同的催化劑組合和溫度會影響C4烯烴的選擇性和C4烯烴的收率。因此，合理選擇催化劑組合和溫度，研究乙醇催化偶合制備C4烯烴的工藝條件具有突出的現實意義和實用價值。該文數據來源于2021年高教社杯全國大學生數學建模競賽B?題。

1?模型假設

（1）制備過程不存在誤差;（2）實驗結果數據無異常值;（3）參考序列以最大值為準;（4）關聯系數中分辨系數取適合值;（5）關聯度排序不考慮各指標權重。

2?符號說明

表示乙醇轉化率的參考序列，表示C4烯烴選擇性大小的參考序列，表示乙醇轉化率的分析序列，表示C4烯烴選擇性大小的分析序列，表示分辨系數，表示關聯系數，表示關聯度。

3?灰色關聯度分析法

灰色關聯度分析是其中一種多因素統計分析的方法。灰色關聯度分析就是在一個灰色系統中，尋求某一項指標受到其他因素影響的強弱程度。在灰色系統發展的過程中，若其中兩個因素的變化性具有相似性，可以說二者關聯程度比較高;反之，則較低[3-4]。

3.1?模型基本原理

灰色關聯分析判斷各要素是否密切相關的基礎在于它們的序列曲線變化趨勢或幾何形狀是否相似。如果越相似，則相對元素越接近，反之亦然。

3.2?數據無量綱化處理

通常，參考數列和比較數列都需要進行無量綱化處理，較為常用的方法有初值化、均值化、歸一化變換。

3.3?計算最值和灰色關聯系數

計算公式如下：

在該公式中，是控制系數區分度的一個系數，取值范圍是0～1，數值越小，所得到的區分度就越大，一般取值0.5較為合適，關聯系數落在0～1之間[5-8]。

3.4?計算關聯度

計算公式如下：

在得到相關系數的值后，計算出不同維度中各元素的平均值，以便根據關聯度對其進行排序。如果各指標在綜合評價中發揮不同的作用，則可計算相關系數的加權平均值。

4?灰色關聯度分析法在乙醇偶合制備C4烯烴中的應用

4.1數據預處理

分析指標包括溫度為250度時乙醇轉化率（%）、275度時乙醇轉化率（%）、300度時乙醇轉化率（%）、350度時乙醇轉化率（%）以及溫度為250度時C4烯烴選擇性（%）、275度時C4烯烴選擇性（%）、300度時C4烯烴選擇性（%）、350度時C4烯烴選擇性（%）。對原始數據經處理后得到的數值見表1。

4.2確定參考序列并求差序列

根據數據，選取每一列的最大值作為參考序列。不同溫度下21種催化劑組合乙醇轉化率參考序列和C4烯烴選擇性參考序列以及求差序列。

4.3求最值與關聯系數（）

4.4計算關聯度

依據公式：，求得乙醇轉化率關聯度（保留兩位，對比數據以原始數據為準）：

求得C4烯烴選擇性關聯度（保留兩位，對比數據以原始數據為準）：

5?結論

該文采用灰色關聯分析法，分析了不同催化劑組合和溫度對乙醇轉化率和C4烯烴選擇性大小的影響，計算了不同催化劑組合在不同溫度下乙醇轉化率和C4烯烴選擇性的關聯度，定量分析關聯度并對關聯度進行排序，由此得出：

（1）在不同溫度下各種催化劑組合下對乙醇轉化率的影響關聯度大小的順序為：

不同溫度下各種催化劑組合下對乙醇轉化率的影響最大的是A7，A2、A6、A3催化劑組合對乙醇轉化率的影響相對顯著，B3催化劑組合影響對乙醇轉化率的影響程度最小。

（2）在不同溫度下各種催化劑組合下對C4烯烴的選擇性大小的影響關聯度大小的順序為：

不同溫度下各種催化劑組合下對C4烯烴的選擇性大小的影響最大的是A1，A2、A3、A9催化劑組合對C4烯烴的選擇性大小的影響相對顯著，A11催化劑組合影響對C4烯烴的選擇性大小的影響程度最小。

參考文獻

[1]?呂紹沛.乙醇偶合制備丁醇及C4烯烴[D].大連：大連理工大學，2018.

[2]?呂亞娟，趙國虎，白林，等.對五氧化二磷催化乙醇制取乙烯的再研究[J].科技創新導報，2011（36）：112.

[3]?陳友軍，何洪英.一種改進的灰色關聯度算法及其推廣應用[J].計算機工程與應用，2015，51（22）：130-133，227.

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