基于灰色关联度分析的乙醇偶合制备C4烯烃的研究

李三杰 胡玉林 汪太行

摘要：利用灰色关联度分析法，分析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，确定参考序列，求出差序列，计算不同温度下各种催化剂组合的乙醇转化率和C4烯烃选择性的关联度大小，并对关联度进行量化分析，根据在不同温度下各种催化剂组合下对乙醇转化率以及C4烯烃的选择性大小的影响关联度大小，探索乙醇催化偶合制备C4烯烃的工艺条件。

关键词：乙醇 C4烯烃 灰色关联度分析法 关联系数 关联度

中图分类号：TQ223.1 文献标识码：A 文章编号：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

乙醇是生產制备C4烯烃的原料，乙醇及C4烯烃作为重要的化工材料，被广泛地应用于化工产品及医药中间体的生产[1-2]。对于乙醇制备C4烯烃的过程，不同的催化剂组合和温度会影响C4烯烃的选择性和C4烯烃的收率。因此，合理选择催化剂组合和温度，研究乙醇催化偶合制备C4烯烃的工艺条件具有突出的现实意义和实用价值。该文数据来源于2021年高教社杯全国大学生数学建模竞赛B 题。

1 模型假设

（1）制备过程不存在误差;（2）实验结果数据无异常值;（3）参考序列以最大值为准;（4）关联系数中分辨系数取适合值;（5）关联度排序不考虑各指标权重。

2 符号说明

表示乙醇转化率的参考序列，表示C4烯烃选择性大小的参考序列，表示乙醇转化率的分析序列，表示C4烯烃选择性大小的分析序列，表示分辨系数，表示关联系数，表示关联度。

3 灰色关联度分析法

灰色关联度分析是其中一种多因素统计分析的方法。灰色关联度分析就是在一个灰色系统中，寻求某一项指标受到其他因素影响的强弱程度。在灰色系统发展的过程中，若其中两个因素的变化性具有相似性，可以说二者关联程度比较高;反之，则较低[3-4]。

3.1 模型基本原理

灰色关联分析判断各要素是否密切相关的基础在于它们的序列曲线变化趋势或几何形状是否相似。如果越相似，则相对元素越接近，反之亦然。

3.2 数据无量纲化处理

通常，参考数列和比较数列都需要进行无量纲化处理，较为常用的方法有初值化、均值化、归一化变换。

3.3 计算最值和灰色关联系数

计算公式如下：

在该公式中，是控制系数区分度的一个系数，取值范围是0～1，数值越小，所得到的区分度就越大，一般取值0.5较为合适，关联系数落在0～1之间[5-8]。

3.4 计算关联度

计算公式如下：

在得到相关系数的值后，计算出不同维度中各元素的平均值，以便根据关联度对其进行排序。如果各指标在综合评价中发挥不同的作用，则可计算相关系数的加权平均值。

4 灰色关联度分析法在乙醇偶合制备C4烯烃中的应用

4.1数据预处理

分析指标包括温度为250度时乙醇转化率（%）、275度时乙醇转化率（%）、300度时乙醇转化率（%）、350度时乙醇转化率（%）以及温度为250度时C4烯烃选择性（%）、275度时C4烯烃选择性（%）、300度时C4烯烃选择性（%）、350度时C4烯烃选择性（%）。对原始数据经处理后得到的数值见表1。

4.2确定参考序列并求差序列

根据数据，选取每一列的最大值作为参考序列。不同温度下21种催化剂组合乙醇转化率参考序列和C4烯烃选择性参考序列以及求差序列。

4.3求最值与关联系数（）

4.4计算关联度

依据公式：，求得乙醇转化率关联度（保留两位，对比数据以原始数据为准）：

求得C4烯烃选择性关联度（保留两位，对比数据以原始数据为准）：

5 結论

该文采用灰色关联分析法，分析了不同催化剂组合和温度对乙醇转化率和C4烯烃选择性大小的影响，计算了不同催化剂组合在不同温度下乙醇转化率和C4烯烃选择性的关联度，定量分析关联度并对关联度进行排序，由此得出：

（1）在不同温度下各种催化剂组合下对乙醇转化率的影响关联度大小的顺序为：

不同温度下各种催化剂组合下对乙醇转化率的影响最大的是A7，A2、A6、A3催化剂组合对乙醇转化率的影响相对显著，B3催化剂组合影响对乙醇转化率的影响程度最小。

（2）在不同温度下各种催化剂组合下对C4烯烃的选择性大小的影响关联度大小的顺序为：

不同温度下各种催化剂组合下对C4烯烃的选择性大小的影响最大的是A1，A2、A3、A9催化剂组合对C4烯烃的选择性大小的影响相对显著，A11催化剂组合影响对C4烯烃的选择性大小的影响程度最小。

参考文献

[1] 吕绍沛.乙醇偶合制备丁醇及C4烯烃[D].大连：大连理工大学，2018.

[2] 吕亚娟，赵国虎，白林，等.对五氧化二磷催化乙醇制取乙烯的再研究[J].科技创新导报，2011（36）：112.

[3] 陈友军，何洪英.一种改进的灰色关联度算法及其推广应用[J].计算机工程与应用，2015，51（22）：130-133，227.

[4] 李韶伟，王宇杰，熊浪，等.乙醇偶合制备C4烯烃的优化模型[J].台州学院学报，2021，43（6）：26-32，77.

[5] 杨静.基于灰色关联分析法的菲达环保盈利质量问题研究[D].兰州：兰州财经大学，2021.

[6] 王太良.基于灰色关联分析的稳健设计方法及应用研究[D].汕头：汕头大学，2021.

[7] 苏兰少，林秀芳.广西甜玉米新品种主要性状的灰色关联度分析[J].现代农业科技，2021（24）：18-19，24.

[8] 姜美利，姚红义.基于灰色关联分析法的青海省粮食生产能力研究[J].农村.农业.农民（B版），2021（12）：31-33.