2021年国赛B题：乙醇偶合制备C4烯烃

2021年国赛B题：乙醇偶合制备C4烯烃给出不同催化剂组合和反应温度下的实验数据，要求分析乙醇转化及产物选择性，寻找较高的 C4 烯烃收率，并设计后续实验。

实验研究的对象

C4 烯烃可用于化工及医药生产，本题以乙醇为制备原料。实验中改变的条件包括反应温度与催化剂组合。催化剂组合由 Co 负载量、Co/SiO₂ 与 HAP 的装料比，以及题面所称的“乙醇浓度”等因素组成。

HAP 指羟基磷灰石，是催化剂载体。Co 负载量表示 Co 与 SiO₂ 的质量之比；例如 1wt% 表示 1∶100，记作 1wt%Co/SiO₂。

装料比表示 Co/SiO₂ 与 HAP 的质量比。附件 1 中 A14 使用 33 mg 的 1wt%Co/SiO₂ 和 67 mg 的 HAP，乙醇以 1.68 mL/min 的速率加入。这里保留了附件对“乙醇浓度”的命名，但该示例的单位表示每分钟加入的体积。

选择性是某种产物在全部产物中的占比。乙醇转化率比较同一单位时间内乙醇的进气量与剩余量：

$乙醇转化率 = \frac{乙醇进气量 - 乙醇剩余量}{乙醇进气量} \times 100 % .$

C4 烯烃收率由乙醇转化率与 C4 烯烃选择性相乘得到。使用数据表中的百分数时应保持一致的比例单位。反应时间表示催化剂处于乙醇氛围中的时间，单位为分钟。

附件 1 是性能数据表，列出的乙烯、C4 烯烃、乙醛和碳数为 4—12 的脂肪醇等都是反应产物。其中 A1—A14 使用装料方式 I，B1—B7 使用装料方式 II。附件 2 则记录某一给定催化剂组合在 350℃的一次实验中，不同反应时间的测试结果。

对附件 1 中每一种催化剂组合，分别研究乙醇转化率与温度、C4 烯烃选择性与温度的关系。另对附件 2 在 350℃、固定催化剂组合下的不同时间测试结果作分析。

研究不同催化剂组合及温度如何影响乙醇转化率和 C4 烯烃选择性的大小。研究对象包含这两个指标，不能只报告其中一项。

在相同实验条件下，怎样选择催化剂组合与温度，使 C4 烯烃收率尽可能高？再增加温度低于 350℃的限制，重新选择催化剂组合与温度，追求同样的收率目标。

如果可以再开展 5 次实验，给出具体实验设计，并详细说明选择这些实验的理由。