CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)

目录

一、竞赛赛题

二、问题(1)分析

三、问题(2)分析

探究不同催化剂组合及温度对乙醇转化率以及C4烯烃选择性大小的影响

(1)Co负载量

①Co负载量——乙醇转化率

②Co负载量——C4烯烃选择性

(2)Co/SiO2 和 HAP 装料比

①Co/SiO2 和 HAP 装料比——乙醇转化率

②Co/SiO2 和 HAP 装料比——C4烯烃选择性

(3)乙醇浓度

①乙醇浓度——乙醇转化率

②乙醇浓度——C4烯烃选择性


一、竞赛赛题

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)_第1张图片


二、问题(1)分析

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(1)_Destiny坠明的博客-CSDN博客


三、问题(2)分析

探究不同催化剂组合及温度对乙醇转化率以及C4烯烃选择性大小的影响

        首先需要根据附件一列出各催化剂组合的具体成分,并且根据单一变量的原则选取一系列平行对照实验,对比分析实验数据!

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)_第2张图片

 


(1)Co负载量

平行对照实验组:A1,A2,A4,A6

装料比        200mg:200mg

乙醇浓度         1.68ml/min

①Co负载量——乙醇转化率

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)_第3张图片

         在温度处于275℃至325℃之间时,2wt% Co负载量对乙醇转化率的提升较为显著;在温度小于250摄氏度或大于350℃时,5wt% Co负载量对乙醇转化率的提升更为显著。

        综上,Co 负载量的增加对总体上对乙醇转化率的提升有益,但Co 过量负载可能会导致乙醇在某段中温区间上的转化效率不佳。


②Co负载量——C4烯烃选择性

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)_第4张图片

         在250℃至350℃的反应温度区间内,存在一个Co 最佳负载量,使得C4烯烃选择性达到最佳。从实验数据可知,Co 的最佳负载量处于 1wt% 的邻域内。Co 负载量超过或低于该最佳负载,均会使C4烯烃选择性的下降。

        综上,Co 负载量存在一个实际最优值(接近 1wt%),使得C4烯烃选择性达到最大。


(2)Co/SiO2 和 HAP 装料比

平行对照实验组:A1,A12,A13,A14

Co 负载量        1wt%

乙醇浓度         1.68ml/min

①Co/SiO2 和 HAP 装料比——乙醇转化率

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)_第5张图片

          当装料总质量相同时,Co/SiO2 和 HAP 装料比的比值越小,乙醇转化率的提升越显著;当Co/SiO2 和 HAP 装料比的比值相同时,装料总质量越大,乙醇转化率在中温区间内提升显著,但在高温区间的提升效果不如装料总质量较小的催化剂组合。

        综上,较小的Co/SiO2 和 HAP 装料比比值可以显著提升乙醇的转化率。对于中温区间,较大装料总质量的催化剂组合可以提升乙醇的转化率;对于高温区间,较小装料总质量的催化剂组合反而更有优势。


②Co/SiO2 和 HAP 装料比——C4烯烃选择性

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)_第6张图片

          当装料总质量相同时,Co/SiO2 和 HAP 装料比存在一个最佳配比,使得C4烯烃选择性的提升达到最优,从实验数据可以看出该最佳配比处于 1:1 的邻域中;当Co/SiO2 和 HAP 装料比的比值相同时,装料总质量越大,C4烯烃选择性的提升非常显著。

        综上,对于C4烯烃的选择性影响最大的因素是Co/SiO2 和 HAP 的装料总质量。装料总质量越大,C4烯烃选择性越大。并且Co/SiO2 和 HAP 装料比可能存在一个接近 1: 1 最佳配比,使得C4烯烃选择性达到最大。


(3)乙醇浓度

平行对照实验组:A7,A8,A9

Co 负载量        1wt%

装料比        50mg:50mg

①乙醇浓度——乙醇转化率

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)_第7张图片

         根据化学平衡原理,反应物浓度的增加会使得平衡正移,但反应物的转化率会随之下降,实验的结果与其一致,验证了化学平衡原理的正确性。即当乙醇浓度增加时,乙醇的转化率明显下降。

        综上,乙醇浓度的增加使其转化率显著下降。


②乙醇浓度——C4烯烃选择性

CUMCM 2021-B:乙醇偶合制备C4烯烃(2)_第8张图片

         从实验数据可以看出,高浓度的乙醇会提升C4烯烃的选择性。合理猜测乙醇量的增加可能会抑制副反应的发生,主反应占比概率增加,从而使得C4烯烃的选择性升高。

        综上,高浓度的乙醇可以显著提升C4烯烃的选择性。

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