Nghiên cứu ổn định bình phản ứng hóa học phát nhiệt dùng nhiệt động lực học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------

NGUYỄN CHÍ THUẦN

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH
BÌNH PHẢN ỨNG HĨA HỌC PHÁT NHIỆT
DÙNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC
MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH – THÁNG 01 NĂM 2018


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: 1. TS. Hoàng Ngọc Hà
2. PGS. TS. Nguyễn Quang Long
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Ngô Thanh An
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Lý Cẩm Hùng
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 29 tháng 01 năm 2018
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc
sĩ)
1. PGS. TS. Phan Minh Tân
2. TS. Ngô Thanh An

3. TS. Lý Cẩm Hùng
4. TS. Lê Xuân Đại
5. TS. Nguyễn Thành Duy Quang
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản
lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Chí Thuần

MSHV: 7140198

Ngày, tháng, năm sinh: 30/5/1989

Nơi sinh: Bến Tre

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Mã số : 60520301

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ổn định bình phản ứng hóa học phát nhiệt dùng nhiệt

động lực học
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nghiên cứu tổng quan tài liệu, phương pháp tiếp cận của nghiên cứu
2. Cơ sở nhiệt động lực học và phương pháp ổn định Lyapunov
3. Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn của thiết bị và khảo sát tính tốn trạng thái dừng
4. Nghiên cứu ổn định/ khơng ổn định trạng thái của thiết bị
5. Tính tốn mô phỏng kiểm chứng kết quả dùng phần mềm Matlab & Simulink
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/7/2017
IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/12/2017
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : 1. TS. Hoàng Ngọc Hà
2. PGS. TS. Nguyễn Quang Long

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho tôi được gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành đến TS.
Hoàng Ngọc Hà - người thầy đã dìu dắt tơi trong suốt thời gian thực hiện luận
văn. Trong quá trình thực hiện luận văn, dù có trải qua những khó khăn nhưng với
tình cảm, sự hướng dẫn, động viên và giúp đỡ của thầy đã giúp tơi vượt qua và

hồn thành luận văn này. Những lời dạy của thầy tôi sẽ ghi nhớ và là động lực để
tôi phấn đấu, không chỉ là để hoàn thành luận văn này mà là những việc mà tôi
đang và sẽ làm trong công việc và cuộc sống.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Quang Long, người thầy đã
tiếp thêm cho tôi nguồn động lực để hoàn thành luận văn này. Những lời dạy dỗ,
lời động viên ân cần và sâu sắc của thầy tiếp thêm nghị lực và động lực giúp tôi
tiếp cận được và hồn thành được luận văn.
Tơi xin cảm ơn Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa –
ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh đã giúp tơi hồn thành luận văn này.
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô, đồng nghiệp, anh chị em, những người
thân quen của tôi đã động viên, hỗ trợ về tinh thần, kỹ năng và điều kiện để tơi
hồn thành luận văn.
Đặc biệt, con xin cảm ơn ba mẹ đã ni nấng, chăm sóc dạy dỗ nên người.
Tình yêu thương và sự tin yêu của ba mẹ luôn là nguồn sáng, động lực giúp con
vượt qua những khó khăn trong mọi việc.


ii

TĨM TẮT
Trong kỹ thuật hóa học, nhiệt động lực học đóng vai trị trung tâm cho việc
nghiên cứu và khảo sát các biến đổi của hệ q trình hóa học. Hai biểu diễn cơ bản
được xem xét trong nhiệt động lực học là biểu diễn năng lượng và biểu diễn
entropy. Một mặt, sự thay đổi của các trạng thái (ví dụ như nhiệt độ, áp suất và
nồng độ của các cấu tử…) liên quan trực tiếp đến các biến đổi năng lượng và
entropy của hệ q trình hóa học. Kết quả là nguyên lý thứ nhất và thứ hai của
nhiệt động lực học chi phối sự vận động và xu hướng tiến triển của các trạng thái
quá trình. Mặt khác, các hiện tượng đặc trưng (truyền vận, truyền khối và động
học phản ứng) đang diễn ra trong hệ có thể được giải thích và mơ hình hóa trên cơ
sở của nhiệt động lực học. Dựa vào đặc tính này, chúng tôi đề xuất và xây dựng cơ

sở cho phép nghiên cứu bài toán ổn định trạng thái cân bằng dừng của hệ dùng
phương pháp Lyapunov. Phản ứng hoá học phát nhiệt hợp nước xúc tác axít của
2-3- epoxy-1- propanol tạo glycerol trong thiết bị khuấy trộn hoạt động với nhiều
trạng thái cân bằng dừng được sử dụng để minh hoạ kết quả phát triển của luận
văn.


iii

ABSTRACT
In chemical engineering, thermodynamics plays a central role for studying
the changes of the states of chemical process. The two key representations
considered in thermodynamics are the energy and entropy representations of the
system. On the one hand, the evolution of the system states (such as the
temperature, pressure and concentrations of species…) is directly linked to the
energy and entropy transformations. As a consequence, the first and the second
principles of thermodynamics allow to predict the evolution of the system states.
On the other hand, typical phenomena (such as heat and mass transfers, transport
phenomena and reaction kinetics) can be explained and modelled by
thermodynamics. On this basis, we propose a novel approach, which is combined
with Lyapunov stability theory and can be further considered for the stability
analysis of steady states (called also stationary equilibrium points) of the
dynamical system. A liquid phase reactor modelled with the CSTR (continuous
stirred tank reactor) in which the acid-catalyzed hydration of 2-3-epoxy-1propanol to glycerol subject to steady state multiplicity takes place is used to
illustrate the results.


iv

LỜI CAM ĐOAN

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM
TRỌNG ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KỸ THUẬT HỆ THỐNG
(DCSELAB), TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐẠI HỌC QUỐC GIA
TP. HỒ CHÍ MINH

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng
dẫn của TS. Hoàng Ngọc Hà. Nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn này
là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những thơng
tin, dữ liệu thu thập từ nhiều nguồn khác nhau để phục vụ cho việc thực hiện luận
văn có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về
nội dung luận văn của mình. Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TP. Hồ Chí
Minh khơng liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tơi gây ra trong
q trình thực hiện (nếu có).

TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

NGUYỄN CHÍ THUẦN


v

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... i
TÓM TẮT ........................................................................................................................ ii
ABSTRACT .................................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... iv
MỤC LỤC ....................................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG...................................................................................................... vii

DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1
1.2 Nhiệt động lực học .................................................................................................... 2
1.2.1 Hệ nhiệt động ......................................................................................................... 3
1.2.2 Nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học ................................................................ 3
1.2.3 Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học................................................................... 3
1.3 Phần mềm Matlab và Simulink trong mô phỏng ................................................... 4
1.4 Các nghiên cứu đã công bố trong và ngoài nước ................................................... 6
1.5 Nhận xét chung.......................................................................................................... 8
CHƯƠNG 2. THIẾT LẬP MƠ HÌNH CỦA HỆ PHẢN ỨNG ................................... 9
2.1 Những giả thiết ban đầu ........................................................................................... 9
2.2 Phương trình cân bằng vật chất ............................................................................ 10
2.3 Phương trình cân bằng năng lượng ...................................................................... 11
2.4 Mơ hình thiết bị khuấy trộn hoạt động liên tục cho phản ứng hợp nước xúc tác
axít tạo glycerol từ 2,3-epoxy-1-propanol ................................................................... 13
2.5 Nhận xét chung........................................................................................................ 14
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH HỆ PHẢN
ỨNG ............................................................................................................................... 16
3.1 Ổn định Lyapunov .................................................................................................. 16
3.1.1 Khái niệm ổn định Lyapunov ............................................................................. 16
3.1.2 Trạng thái cân bằng dừng ................................................................................... 16
3.1.3 Phương pháp Lyapunov trực tiếp ...................................................................... 17
3.2 Nhắc lại một số khái niệm nhiệt động lực học ...................................................... 18
3.3 Xây dựng hàm lưu trữ ổn định của hệ thống ...................................................... 19
3.3.1 Độ sẵn có nhiệt động lực học............................................................................... 19
3.3.2 Hàm lưu trữ của nhiệt động lực học .................................................................. 20


vi

3.4 Nhận xét chung........................................................................................................ 22
CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT .......................................... 23
4.1 Điều kiện để thực hiện mô phỏng .......................................................................... 23
4.2. Khảo sát trạng thái cân bằng dừng của hệ phản ứng......................................... 24
4.3 Khảo sát tính ổn định/không ổn định các trạng thái cân bằng dừng của hệ..... 26
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................... 35
5.1 Kết luận .................................................................................................................... 35
5.2 Hướng phát triển .................................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 36
PHỤ LỤC....................................................................................................................... 39
PHỤ LỤC A: DỮ LIỆU NHẬP CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG VÀO MATLAB 39
PHỤ LỤC B: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH VÀ VẼ GIẢN ĐỒ VAN HEERDEN CỦA
HỆ PHẢN ỨNG DÙNG MATLAB ............................................................................. 41
PHỤ LỤC C: MÔ PHỎNG SIMULINK CỦA HỆ PHẢN ỨNG ............................. 42
PHỤ LỤC D: CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ ......................................................... 46


vii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1: Thông số nhiệt động của hệ thống ....................................................... 23
Bảng 4.2 Điều kiện vận hành hệ mô phỏng ......................................................... 23
Bảng 4.3 Ba trạng thái cân bằng dừng của hệ phản ứng. ..................................... 26
Bảng 4.4 Điều kiện ban đầu cho mô phỏng. ........................................................ 27


viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cửa sổ thư viện Simulink ................................................................................. 6

Hình 2.1 Mơ hình thiết bị phản ứng CSTR ............................................................ 9
Hình 3.1 Trạng thái cân bằng dừng ổn định......................................................... 17
Hình 3.2 Trạng thái cân bằng dừng không ổn định ............................................. 17
Hình 3.3 Độ sẵn có A(Z,Z*) trên cơ sở hàm lõm S=S(Z) ................................................ 20
Hình 3.4 Độ sẵn có A(Z*,Z) dựng từ điểm Z ................................................................... 21

Hình 4.1 Giản đồ Van Heerden của hệ phản ứng ................................................ 25
Hình 4.2 Diễn tiến của R(Z,Z*) theo thời gian tại điểm Z* được chọn là P1 ....... 28
Hình 4.3 Diễn tiến của R(Z,Z*) theo thời gian tại điểm Z* được chọn là P3. ...... 28
Hình 4.4 Thay đổi trạng thái của hệ về P1 với điều kiện ban đầu C1 ................... 29
Hình 4.5 Thay đổi trạng thái của hệ về P3 với điều kiện ban đầu C2 ................... 29
Hình 4.6 Diễn tiến của R(Z,Z*) theo thời gian tại điểm Z* được chọn là P2. ...... 30
Hình 4.7 Thay đổi trạng thái của hệ về P1 (khơng phải P2) điều kiện ban đầu
C3 .......................................................................................................................... 31
Hình 4.8 Thay đổi trạng thái xét cho cả ba điều kiện ban đầu ............................. 32
Hình 4.9 Sự thay đổi số mol của cấu tử C3H6O2 .................................................. 33
Hình 4.10 Sự thay đổi số mol cấu tử H2O............................................................ 33
Hình 4.11 Sự thay đổi số mol cấu tử C3H8O3 ...................................................... 34
Hình 4.12 Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian ..................................................... 34


ix

DANH MỤC ĐẠI LƯỢNG
𝑞𝑖𝑛

- Lưu lượng khối lượng của dòng vào

mol/s

𝑞𝑜𝑢𝑡

- Lưu lượng mol của dòng ra

mol/s

𝑐𝑖𝑖𝑛

- Nồng độ mol trên một đơn vị khối lượng đi vào thiết bị

mol/Kg

𝑐𝑖𝑜𝑢𝑡

- Nồng độ mol trên một đơn vị khối lượng đi ra thiết bị

mol/Kg

𝐹𝑖𝑖𝑛

- Lưu lượng mol của dòng vào

mol/s

𝐹𝑖𝑜𝑢𝑡 - Lưu lượng mol của dịng ra

mol/s

F

- Lưu lượng thể tích của của dịng sản phẩm

m3/s

𝐹0

- Lưu lượng thể tích của dòng nhập liệu

m3/s

𝐸𝑃

- Nhiệt lượng sinh ra do phản ứng

W

𝐸𝐶

- Nhiệt lượng tiêu thụ do phản ứng

W

𝑟𝑚

- Tốc độ phản ứng

mol//Kg.s

M

- Khối lượng hỗn hợp trong bình phản ứng

Kg

𝑈

- Nội năng của hệ

J/Kg

𝐾

- Độngnăng của hệ

J/Kg

𝜙

- Thế năng của hệ

J/Kg

𝑊

- Công cơ học được sinh ra từ hệ

J/s

𝑃

- Áp suất của hệ

N/m2

𝑃0

- Áp suất của dòng nhập liệu

N/m2

𝑄̇𝐽

- Nhiệt lượng trao đổi giữa lớp vỏ áo và bình phản ứng

W

Δ𝑄

- Nhiệt lượng tính đến yếu tố khuấy trộn

W

𝜆

- Hệ số truyền nhiệt trung bình

W/K

𝑇𝐽

- Nhiệt độ của vỏ áo

K

𝐶𝑃

- Nhiệt dung riêng đẳng áp

J.Kg/K

𝑉

- Thể tích

m3

𝐻

- Enthalpy

J/K

𝑆

- Entropy

J/K

1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và máy tính, việc mơ
phỏng, tính tốn, tối ưu hóa và điều khiển hệ q trình hố học, đặc biệt là các hệ
phản ứng ngày càng thuận lợi và đơn giản hơn. Điều này giúp nhà nghiên cứu và
kỹ sư vận hành có cái nhìn khái quát đồng thời giúp hiểu rõ hơn về bản chất của
các hệ quá trình mà họ nghiên cứu. Vì trong thực tế các hệ phản ứng hóa học hoạt
động với nhiều trạng thái cân bằng dừng, chỉ cần có một sai sót trong việc cài đặt
các thơng số đầu vào hệ sẽ lập tức mất ổn định. Việc hiểu rõ bản chất và nguyên
nhân gây ra các đặc tính bất thường này giúp giảm tác động của nhiễu và sai số hệ
thống… đảm bảo chất lượng sản phẩm và an tồn cho thiết bị., đồng thời cịn giảm
được chi phí đầu tư và xây dựng cho việc thực hiện các quy trình chuyển giao từ
phịng thí nghiệm, sản xuất thực nghiệm (pilot) đến quy mô công nghiệp. Vấn đề
này được các nhà nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng đặc biệt quan tâm vào các hệ
quá trình hóa học mở [1-3].
Với các q trình xảy ra trong kỹ thuật hóa học thì nhiệt động lực học ln
đóng một vai trò quan trọng của các biến đổi vật chất và năng lượng[4-7]. Một mặt,
những biến đổi này đều bị chi phối bởi nguyên lý thứ nhất và nguyên lý thứ hai
của nhiệt động lực học. Liên quan trực tiếp đến nó là biến đổi về năng lượng và
entropy của quá trình. Mặt khác, các hiện tượng đặc trưng xảy ra bên trong thiết bị
(ví dụ truyền nhiệt, truyền khối…) đều có thể được giải thích và mơ hình hóa bằng
nhiệt động lực học [5]. Tùy thuộc vào loại thiết bị khảo sát (thiết bị khuấy trộn liên
tục hay thiết bị phản ứng dạng ống…) mà mơ hình động lực của hệ thống có thể
được mơ tả bằng phương trình vi phân thường (Ordinary Differential EquationsODEs), phương trình vi phân đạo hàm riêng (Partial Differential Equations-PDEs)
hay phương trình vi phân đại số (Differential Algebraic Equations-DAEs) [8], [9].
Quy tắc chung để xây dựng mơ hình tốn học của hệ q trình hóa học (hay tổng
qt gọi là hệ nhiệt động lực học hoá học) là dựa trên cơ sở của các phương trình

cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và phương trình động lượng. Từ đây, dùng
cơng cụ tính tốn, xử lý, ta có thể tối ưu trạng thái hoạt động của hệ làm cơ sở cho


2

việc vận hành thực tế hoặc chỉ ra được những đặc tính bất thường của động học hệ
thống cho vấn đề điều khiển/giám sát từ quan điểm của lý thuyết hệ thống (ví dụ
một trạng thái cân bằng dừng liệu nó là ổn định hay khơng ổn định?...). Ngồi ra,
nghiên cứu mơ phỏng trên cơ sở giải các phương trình vi phân của mơ hình (dùng
cơng cụ giải tích hay phương pháp số) cho phép hiểu rõ hơn về đặc tính động học
q trình và đáp ứng q độ của nó dưới tác động của nhiễu hay các yêu cầu phải
thay đổi thông số vận hành để đạt chất lượng và tính năng q trình mong muốn.
Trong khn khổ luận văn, tác giả tập trung vào bài tốn phân tích ổn định
của các trạng thái cân bằng dừng dựa trên sự tương đương của các hàm lưu trữ
nhiệt động lực học (độ sẵn có nhiệt động lực học/thermodynamic availability) kết
hợp với phương pháp Lyapunov. Trường hợp nghiên cứu điển hình thông qua thiết
bị phản ứng khuấy lý tưởng hoạt động liên tục được lấy làm ví dụ minh họa cho
luận văn.
1.2 Nhiệt động lực học
Nhiệt động lực học là môn khoa học nghiên cứu dạng vận động nhiệt của vật
chất và những quy luật của dạng vận động này dựa trên những nguyên lí và những
định luật thực nghiệm khác nhau [4-7]. Nội dung cơ bản của của nhiệt động lực
học là :
1) Nghiên cứu những quy luật chuyển hóa lẫn nhau của các dạng năng lượng
khác nhau, có liên quan với sự chuyển năng lượng giữa các vật dưới dạng
nhiệt và công.
2) Nghiên cứu những quy luật vận động nhiệt (entropy) ở những hệ nằm ở
trạng thái cân bằng và khi hệ chuyển sang trạng thái cân bằng mới.
Nhiệt động lực học được xây dựng thành môn độc lập vào giữa thế kỷ 19,

chủ yếu dựa vào hai định luật cơ bản thường gọi là nguyên lý thứ nhất và nguyên
lý thứ hai của nhiệt động lực học. Nguyên lý thứ nhất biểu thị mặt định lượng của
định luật bảo tồn và chuyển hóa năng lượng ở những hệ vĩ mơ có liên quan đến
những hiện tượng nhiệt. Ngun lý thứ hai liên quan đến entropy, nó cho phép xác
định chiều diễn biến của các quá trình trong tự nhiên và những điều kiện của cân


3

bằng nhiệt động. Ngồi ra, cịn có ngun lý thứ ba liên quan đến nhiệt độ không
tuyệt đối [4], [7].
1.2.1 Hệ nhiệt động
Có thể xem hệ nhiệt động là khoảng khơng gian (được xác định rõ bằng thể
tích và phần diện tích xung quanh) trong đó chứa vật chất (cấu tử hố học…) hoặc
một nhóm vật chất nhất định đang thực hiện các chuyển đổi nội tại. Những gì khơng
nằm trong hệ thống này và không thuộc phạm vi khảo sát thì được gọi là mơi
trường. Có thể quy ước các hệ nhiệt động như sau:
a) Hệ cô lập: nếu không thể cung cấp năng lượng và vật chất cho hệ và cũng
khơng thể từ hệ truyền ra ngồi mơi trường thì hệ gọi là cơ lập
b) Hệ đóng: là hệ có thể có trao đổi năng lượng với bên ngồi nhưng khơng
trao đổi về chất. Tuy nhiên, thể tích của của nó có thể thay đổi.
c) Hệ mở: là hệ không bị ràng buộc bởi một hạn chế nào.
1.2.2 Nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học
Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học đề cập đến bảo toàn năng lượng.
Sự phát triển của nguyên lý thứ nhất là một vấn đề phức tạp được rút ra từ kinh
nghiệm thực tiễn lâu dài. Chúng ta không thể không kể đến một trong những đóng
góp quan trọng nhất đã được thực hiện bởi Robert Mayer và James Joule ở giữa
thế kỷ XIX. Dựa trên kết quả thử nghiệm, cả hai đều thành lập sự tương đương
giữa nhiệt và công. Có thể phát biểu như sau: “Trong một q trình bất kỳ, nhiệt
lượng q cung cấp cho hệ dùng để biến nội năng ΔU và sinh công”

𝑞 = Δ𝑈 + 𝑊

(1.1)

Nếu lượng nhiệt là vơ cùng bé δq thì nội năng chỉ biến thiên một vô cùng bé
dU và sinh ra một lượng công vô cùng bé δW
𝛿𝑞 = 𝑑𝑈 + 𝛿𝑊

(1.2)

Ở đây, công W và nhiệt lượng q không phải là hai dạng năng lượng mà chỉ là
hai dạng chuyển năng lượng.
1.2.3 Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học
Cũng giống như nguyên lý thứ nhất, nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học
xuất phát từ kinh nghiệm và các hoạt động thực tiễn của loài người. Qua quan sát,


4

các quá trình xảy ra trong tự nhiên đều tự xảy ra theo một chiều nhất định và cuối
cùng sẽ đạt đến trạng thái cân bằng. Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học phát
biểu theo chiều hướng và mức độ của các q trình đó. Có nhiều cách phát biểu
nguyên lý hai, chẳng hạn như theo Clausius thì “nhiệt chỉ có thể tự chuyển từ vật
nóng đến vật lạnh” hay theo Thomson thì “khơng thể chế tạo được một động cơ
hoạt động tuần hồn biến nhiệt thành cơng nhờ làm lạnh một vật duy nhất mà
những vật khác ở xung quanh không chịu bất kỳ một sự thay đổi nào”
Biểu thức toán học của nguyên lý hai nhiệt động lực học là:
Δ𝑆 ≥ ∫

𝛿𝑞

𝛿𝑆
ℎ𝑎𝑦 𝑑𝑆 ≥
𝑇
𝑇

(1.3)

Trong đó dấu = tương ứng với quá trình thuận nghịch, dấu > tương ứng với
quá trình bất thuận nghịch.
1.3 Phần mềm Matlab và Simulink trong mô phỏng
Matlab (Matrix Laboratory) được phát triển bởi công ty Math Work Inc., là
phần mềm thiết kế để cung cấp việc tính tốn số và hiển thị đồ họa bằng ngơn ngữ
lập trình cấp cao. Matlab cung cấp các tính năng tương tác tuyệt vời cho phép
người sử dụng thao tác dữ liệu linh hoạt dưới dạng mảng ma trận để tính tốn và
quan sát. Các ứng dụng cơ bản của Matlab bao gồm:
-

Làm các phép toán;

-

Phát triển thuật tốn;

-

Thu thập dữ liệu;

-

Mơ hình hóa, mơ phỏng và tạo mẫu;

-

Phân tích dữ liệu, khai thác và hiển thị;

-

Đồ họa;

-

Các phát triển ứng dụng.

Thư viện toán học của Matlab bao gồm một tập lớn các giải thuật tính tốn
bao hàm từ các hàm cơ sở, các tính tốn cho số phức tới các hàm phức tạp hơn như
đảo ma trận, biến đổi Fourier. Ngồi ra, Matlab cịn cung cấp một số khối chuyên
dụng đặc biệt khác để giải các bài toán chuyên sâu được phát triển trong các


5

ToolBox và Blockset. Ngồi ra Matlab có những chức năng bậc cao cho hiển thị
dữ liệu hai chiều, ba chiều, xử lý ảnh, đồ họa hoạt hình và biểu diễn đồ họa.
Simulink là môi trường mô phỏng dựa trên nền Matlab và là công cụ dùng
cho thiết kế trên cơ sở mơ hình. Người sử dụng có thể xây dựng mơ hình từ các
khối chức năng trong thư viện của Simulink hoặc tạo riêng các khối chuyên dụng
thông qua S-functions. Các mơ hình trên Simulink có thể tạo dạng phân cấp, người
sử dụng có thể xây dựng mơ hình theo chiều từ tổng quan đến chi tiết và ngược lại.
Sau khi tạo lập mơ hình, có thể chạy mơ phỏng từ cửa sổ lệnh của Matlab hoặc từ
các Menu trong bản thân Simulink và quan sát kết quả mô phỏng trên các khối hiển

thị một cách online. Mặt khác, kết quả của chương trình mơ phỏng trên Simulink
có thể được đưa vào Workspace của Matlab để quan sát và hậu xử lý.
Simulink phân biệt hai loại khối chức năng: Khối ảo (vitural) và khối thực
(not vitural). Các khối thực đóng vai trị quyết định khi chạy mơ phỏng mơ hình
Simulink. Việc thêm hay bớt một khối thực sẽ thay đổi đặc tính động học của hệ
thống đang được mơ hình Simulink mơ tả. Có thể nêu nhiều ví dụ về khối thực
như: khối Sum hay khối Product của thư viện con Math. Ngược lại các khối ảo
khơng có khả năng thay đổi đặc tính của hệ thống, chúng chỉ có nhiệm vụ thay đổi
diện mạo đồ hoạ của mơ hình Simulink. Đó chính là các khối như Mux, Demux,
hay Enable thuộc thư viện con Signal & System. Một số khối chức năng mang đặc
tính ảo hay thực tuỳ thuộc theo vị trí hay cách thức sử dụng chúng trong mơ hình
Simulink.


6

Hình 1.1 Cửa sổ thư viện Simulink

1.4 Các nghiên cứu đã cơng bố trong và ngồi nước
Việc giám sát và điều khiển hoạt động của các thiết bị phản ứng hóa học đã
thu hút sự chú ý của kỹ sư, nhà nghiên cứu… trong một khoảng thời gian dài. Động
lực cơ bản để nghiên cứu vấn đề này dựa trên thực tế là các thiết bị công nghiệp
thường xuyên hoạt động ở điều kiện khơng ổn định. Nhìn chung, lý thuyết điều
khiển phi tuyến được áp dụng để khảo sát ổn định/ổn định hố q trình hoạt động
của thiết bị phản ứng hóa học vì bản thân các q trình này là phi tuyến.
Kết quả mà P. Glansdorff và I. Prigogine công bố vào năm 1971 là nền tảng
cho các nghiên cứu và phân tích tính ổn định hay khơng ổn định trạng thái cân
bằng dừng trong hệ thống hóa lý bằng việc áp dụng lý thuyết nhiệt động lực học
bất thuận nghịch. Từ đây nhiều phương pháp đã được phát triển để nghiên cứu ổn
định hệ thống thiết bị phản ứng, đặc biệt là những nghiên cứu hệ thồng thiết bị

phản ứng [6]. Bằng việc phân tích tốc độ sinh entropy bất thuận nghịch dựa trên
phương trình Lyapunov, các tác giả [10-13] đã phân tích ổn định hệ quá trình hóa
học, mà cụ thể là áp dụng cho thiết bị khuấy trộn hoạt động liên tục: Năm 1974,
W. R. Dammers và M. Tels phân tích ổn định thiết bị khuấy trộn hoạt động liên
tục bằng việc phân tích tốc độ sinh entropy bất thuận nghịch của nhiệt động lực
học hoạt động gần trạng thái cân bằng dựa trên phương trình Lyapunov [10]; Đến
năm 1977, J. M. Tarbell cơng bố trên tạp chí Chemical Engineering Science bài


7

báo “Phương trình Lyapunov nhiệt động lực học cho thiết bị khuấy trộn hoạt động
liên tục gần trạng thái cân bằng”. Trong bài báo này, phương trình Lyapunov được
xem như phương trình tốc độ sinh entropy của nhiệt động lực học, từ đó phương
trình ổn định tiệm cận sẽ tương ứng với các điều kiện sinh entropy tối thiểu [11]…
Vào năm 1986, bằng cách sử dụng các biến quảng độ, C. Georgakis đã thiết kế cấu
trúc điều khiển phi tuyến đa biến. Với nghiên cứu này, ơng đã trình bày phương
pháp giải tích cho các dạng (modes) chậm và nhanh của quá trình nhiệt động lực
học [14]. Bằng việc tổng hợp các nghiên cứu trước đây B. W. Bequette đưa ra cái
nhìn tổng quan về “Điều khiển phi tuyến các q trình hóa học” năm 1991 [15].
Từ những khái niệm và kết quả về nhiệt động lực học của P. Glansdorff và I.
Prigogine [6] của Keenan [16], và của Ederer cùng cộng sự [17] đã nghiên cứu,
năm 1996, A. A. Alonso và B. E Ydstie đã sử dụng nguyên lý một và nguyên lý
hai của nhiệt động lực học để điều khiển q trình phi tuyến dựa trên khn khổ
của lý thuyết thụ động. Hai tác giả này đã mở ra một bước tiến trong việc phát triển
phương pháp tiếp cận dựa vào hệ phân tán thụ động để thiết kế hệ thống điều khiển
cho các q trình hóa học chi phối bởi phương trình Clausius-Planck vào năm 1997
[18], [19]. Năm 1998, Bonvin và cộng sự đã sử dụng khái niệm bất biến phản ứng
và phụ thuộc phản ứng để đưa ra phương pháp rút gọn mơ hình hệ thống (đơn giản
hóa số trạng thái hệ thống) và do đó góp phần cho phép xử lý hiệu quả khi tính

tốn và phân tích ổn định hệ thống [20], [21]. Thơng qua kiểm soát đầu ra của hệ
phi tuyến, năm 2003, R. Antonelli và A. Astolfi đã đưa ra phương pháp điều khiển
dựa trên lý thuyết Lyapunov trực tiếp để ổn định nhiệt độ của thiết bị phản ứng tỏa
nhiệt hay thu nhiệt [22]. Đến năm 2009, nhóm tác giả A. Favache, D. Dochain đã
công bố các bài báo cung cấp cái nhìn sâu sắc và giải thích dưới góc nhìn vật lý sự
ổn định hay không ổn định của điểm cân bằng thiết bị khuấy trộn hoạt động liên
tục bằng việc mở rộng kết quả của C. Georgakis về việc sử dụng các biến quảng
độ với những điều kiện ít khắt khe hơn. Các điểm cân bằng ổn định của thiết bị
khuấy trộn được xem xét dựa trên năng lượng như một hàm Lyapunov. Thơng qua
đó, các tác giả đề xuất các điều kiện hoạt động khác nhau cho hàm Lyapunov nhiệt
động lực học [23].


8

Tử năm 2011, phương pháp phân tích và điều khiển dựa trên Lyapunov nhiệt
động lực học được tiếp tục nghiên cứu bởi nhóm tác giả H. Hoang [24-26]. Độ sẵn
có nhiệt động lực học được sử dụng như hàm Lyapunov làm nền tảng để thiết kế
các luật điều khiển hồi tiếp (phi tuyến) cho sự ổn định của một hoặc nhiều hệ thống
khuấy trộn hoạt động xa trạng thái cân bằng [24]. Luận văn này sẽ phát triển tiếp
các kết quả đã có theo hướng đó và tập trung vào bài tốn phân tích ổn định của
các trạng thái cân bằng dừng dựa trên độ sẵn có nhiệt động lực học. Ưu điểm của
phương pháp nghiên cứu đề xuất là sử dụng chính các tính chất hóa lý của hệ phản
ứng để tìm thấy hàm lưu trữ dùng được cho ứng viên hàm Lyapunov của phương
pháp ổn định Lyapunov [27], [28].
1.5 Nhận xét chung
Trong chương này, những khái niệm cơ bản của lý thuyết hệ thống, nhiệt
động lực học và tổng quan các cơng trình đã cơng bố trước được đề cập. Từ đây,
phương pháp tiếp cận để giải quyết vấn đề nghiên cứu của luận văn đã chỉ rõ. Cụ
thể hơn, bằng việc áp dụng hai nguyên lý của nhiệt động lực học và khái niệm độ

sẵn có nhiệt động lực học, nghiên cứu sẽ kết hợp với phương pháp Lyapunov để
khảo sát tính ổn định/khơng ổn định trạng thái cân bằng dừng của mơ hình tốn
học của hệ quá trình. Một hệ phản ứng phát nhiệt, mà cụ thể là phản ứng bất thuận
nghịch hợp nước xúc tác axít tạo glycerol từ 2,3-epoxy-1-propanol được sử dụng
như là trường hợp cụ thể của nghiên cứu. Công cụ phần mềm mô phỏng Matlab và
Simulink được sử dụng để minh họa kết quả.


9

CHƯƠNG 2. THIẾT LẬP MƠ HÌNH CỦA HỆ PHẢN ỨNG
Mơ hình tốn học về bản chất là xác định các tính chất và những đặc trưng
của q trình cần được khảo sát bằng cách lập và giải hệ phương trình mơ tả q
trình này. Mơ hình tốn học của hệ phản ứng được xây dựng dựa trên các phương
trình cân bằng (năng lượng, động lượng, vật chất) kết hợp với đó là các yếu tố nhiệt
động lực học, động hóa học.
2.1 Những giả thiết ban đầu
Xét hệ bình phản ứng pha lỏng khuấy lý tưởng hoạt động liên tục (CSTR)
với 1 phản ứng gồm n cấu tử:
n

v M
i

i

0

(2.1)

1

Trong đó vi là hệ số tỷ lượng của cấu tử i
Để đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt độ, thông thường thiết bị khuấy lý tưởng
hoạt động liên tục được trang bị thêm bộ phận trao đổi nhiệt (vỏ áo). Dưới tác dụng
của cánh khuấy, hỗn hợp phản ứng được khuấy trộn đều, nên hệ tồn tại ở dạng
đồng thể. Trong toàn không gian thiết bị, các thông số phản ứng (C, to, pH) là như
nhau, khả năng đi ra của mọi phần tử là như nhau, thời gian lưu khác nhau nên chất
lượng sản phẩm cũng khác nhau.

Hình 2.1 Mơ hình thiết bị phản ứng CSTR


10

Để mơ hình hóa thiết bị CSTR thì các giả thiết sau được sử dụng:
(A1) Hỗn hợp lỏng được cho là lý tưởng, ở điều kiện đẳng áp, không chịu
nén cũng như khơng giãn nở về nhiệt.
(A2) Dịng nhiệt trao đổi với vỏ áo được biểu diễn bởi quan hệ:
𝑄̇𝐽 = 𝜆(𝑇𝐽 − 𝑇)

(2.2)

với λ>0 là hệ số truyền nhiệt trung bình và TJ là nhiệt độ của vỏ áo. Hệ số truyền
nhiệt giữa bình phản ứng và vỏ áo là khơng đổi. Lượng nhiệt thất thốt có thể được
bỏ qua, coi như hệ thống được cách nhiệt tốt.
(A3) Nhiệt dung riêng đẳng áp cp,i và enthanpi của các lưu chất giả sử là hằng
số.
(A4) Tốc độ của phản ứng tuân theo định luật Arrhenius:
−𝐸𝑎

𝑘(𝑇) = 𝑘0 exp (
)
𝑅𝑇

(2.3)

Ở đây, k0 là hằng số động học phản ứng, Ea và R tương ứng là năng lượng
hoạt hóa và hằng số khí lý tưởng. Phương trình tốc độ của phản ứng:
𝑟𝑉 = 𝑘(𝑇)𝑓(𝑁1 , … , 𝑁𝑖 )

(2.4)

Nghĩa là tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ cấu tử tham
gia phản ứng.
Từ những giả thiết trên, ta tiến hành lập các phương trình cân bằng vật chất
và cân bằng năng lượng để xây dựng mơ hình.
2.2 Phương trình cân bằng vật chất
Ta có phương trình cân bằng vật chất dạng tổng quát viết cho một phần tố
thể tích như sau [29]:
[Lượng tác chất
nhập

vào]

-

[Lượng tác
chất ra khỏi]

+

[lượng tác chất
phản

ứng]

=

[lượng tác chất
tích tụ (biến đổi)]

Xét cho khối lượng mol, phương trình trên ta viết lại cho từng cấu tử như
sau:
𝑞𝑖𝑛 𝑐𝑖𝑖𝑛 − 𝑞𝑜𝑢𝑡 𝑐𝑖𝑜𝑢𝑡 + 𝜈𝑖 𝑟𝑚 𝑀 =

𝑑𝑁𝑖
𝑑𝑡

(2.5)

Trong đó: - qin và qout là lưu lượng khối lượng tổng của dòng vào và dòng ra (Kg/s);


11

- cin và cout là nồng độ mol trên một đơn vị khối lượng của cấu tử i đi
vào và đi ra thiết bị (mol/Kg);
- 𝜈𝑖 là hệ số tỷ lượng;
- 𝑟𝑚 là tốc độ phản ứng (mol/Kg.s)
- 𝑀 là khối lượng hỗn hợp trong bình phản ứng (Kg)

- 𝑁𝑖 là số mol của cấu tử thứ i (mol)
Khai triển cho i cấu tử của hệ, ta có:
𝑑𝑁1
= 𝑞𝑖𝑛 𝑐1𝑖𝑛 − 𝑞𝑜𝑢𝑡 𝑐1𝑜𝑢𝑡 + 𝜈1 𝑟𝑚 𝑀
𝑑𝑡
𝑑𝑁2
= 𝑞𝑖𝑛 𝑐2𝑖𝑛 − 𝑞𝑜𝑢𝑡 𝑐2𝑜𝑢𝑡 + 𝜈2 𝑟𝑚 𝑀
𝑑𝑡… … … … … … … … … … … … … …
…

(2.6)

𝑑𝑁𝑖
𝑖𝑛 𝑖𝑛
𝑜𝑢𝑡 𝑜𝑢𝑡
{ 𝑑𝑡 = 𝑞 𝑐𝑖 − 𝑞 𝑐𝑖 + 𝜈𝑖 𝑟𝑚 𝑀
Mặt khác ta có lưu lượng dịng theo mol được mô tả qua công thức Fi  q.ci
từ đây thu được:
𝑑𝑁1
= 𝐹1𝑖𝑛 − 𝐹1𝑜𝑢𝑡 + 𝜈1 𝑟𝑚 𝑀
𝑑𝑡
𝑑𝑁2
= 𝐹2𝑖𝑛 − 𝐹2𝑜𝑢𝑡 + 𝜈2 𝑟𝑚 𝑀
𝑑𝑡… … … … … … … … … … …
…

(2.7)

𝑑𝑁𝑖
𝑖𝑛

𝑜𝑢𝑡
{ 𝑑𝑡 = 𝐹𝑖 − 𝐹𝑖 + 𝜈𝑖 𝑟𝑚 𝑀
2.3 Phương trình cân bằng năng lượng
[Năng lượng
[Năng lượng
tích
tụ = các
dịng (biến đổi)]
nhập vào]

[Năng lượng
các
dịng
ra
khỏi]

+

[Năng lượng trao
đổi
với
mơi
trường
ngồi]

Phương trình tốn học cân bằng năng lượng của hệ phản ứng viết cho một
đơn vị khối lượng có dạng [4], [7]:
𝑑
[(𝑈 + 𝐾 + 𝜙)𝑉𝜌] = 𝐹𝑜 𝜌𝑜 (𝑈𝑜 + 𝐾𝑜 + 𝜙𝑜 ) − 𝐹𝜌(𝑈 + 𝐾 + 𝜙) + (𝐸𝑃 + 𝑄𝐽 + Δ𝑄) − (𝑊 + 𝐹𝑃 − 𝐹𝑜 𝑃𝑜 )
𝑑𝑡

Trong đó: - U là nội năng của hệ (J/Kg).
- K là động năng của hệ (J/Kg).
-  là thế năng của hệ (J/Kg).

(2.8)


12

- W là công cơ học được sinh ra từ hệ (J/s).
- P là áp suất hệ (N/m2).
- Po là áp suất của dòng nhập liệu (N/m2).
- Ep là nhiệt lượng sinh ra do phản ứng (W)
- 𝑄̇𝐽 là nhiệt lượng trao đổi giữa lớp vỏ áo và bình phản ứng (W).
- Δ𝑄 là nhiệt lượng tính đến yếu tố khuấy trộn (W)
- F là lưu lượng thể tích của dịng sản phẩm (m3/s)
- Fo là lưu lượng thể tích của dòng nhập liệu (m3/s)
Trong cùng một hệ, nếu vận tốc dịng vào và dịng ra khơng q cao, chiều
cao cột áp của dòng vào và dòng ra tương đối bằng nhau, ta có thể bỏ qua các yếu
tố ảnh hưởng tới hệ như: động năng, thế năng, nhiệt bức xạ và cơng sinh ra bởi hệ.
Phương trình cân bằng năng lượng sẽ là:
𝑑
𝑃
𝑃
(𝐻𝑉𝜌) = 𝐹0 𝜌0 𝑈0 − 𝐹𝜌𝑈 + (𝐸𝑃 +̇ 𝑄𝐽 + Δ𝑄) − 𝐹𝜌 + 𝐹0 𝜌0 0
𝑑𝑡
𝜌
𝜌0

(2.9)

Hay
𝑑
𝑃
𝑃
(𝑈𝑉𝜌) = 𝐹0 𝜌0 (𝑈0 + 0 ) − 𝐹𝜌 (𝑈 + ) + (𝐸𝑃 +̇ 𝑄𝐽 + Δ𝑄)
𝑑𝑡
𝜌0
𝜌

(2.10)

1

Ta có 𝑉 = nên:
𝜌

𝑑𝑈
= 𝐹0 𝜌0 (𝑈0 + 𝑃0 𝑉0 ) − 𝐹𝜌(𝑈 + 𝑃𝑉 ) + (𝐸𝑃 + 𝑄̇𝐽 + Δ𝑄)
𝑑𝑡

(2.11)

Trong đó: - Vo là thể tích riêng của dịng nhập liệu (m3).
- V là thể tích riêng của dịng sản phẩm (m3).
Enthalpy H được tính bằng 𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉. Với điều kiện đẳng áp (P=const)
thì giá trị vi phân của P cũng bằng 0.
Do đó:
𝑑𝐻

= 𝐹0 𝜌0 𝐻0 − 𝐹𝜌𝐻 + (𝐸𝑃 + 𝑄̇𝐽 + Δ𝑄)
𝑑𝑡

(2.12)


13

Trong một khoảng nhiệt độ tương đối hẹp, ta xem như Cp là hằng số, khi đó
H = CpT.
Với điều kiện ρ không đổi và F0 = Fi = F, cuối cùng ta thu được phương trình
cân bằng năng lượng theo nhiệt độ T:
𝐶𝑃 𝑉𝜌

𝑑𝑇
= 𝐹𝐶𝑃 𝜌(𝑇0 − 𝑇) + (𝐸𝑃 + 𝑄̇𝐽 + Δ𝑄)
𝑑𝑡

(2.13)

Ta có nhiệt sinh ra của hệ phản ứng có dạng 𝐸𝑃 = ∑𝑛𝑖(−Δ𝐻𝑖 )𝑟𝑖 𝑉.
Ta được:
𝐶𝑃 𝑉𝜌

𝑑𝑇
= 𝐹𝐶𝑃 𝜌(𝑇0 − 𝑇) + (−Δ𝐻 )𝑟𝑉 + 𝑄̇𝐽 + ΔQ
𝑑𝑡

(2.14)

Mặt khác, tốc độ truyền nhiệt của vỏ áo có thể được mơ hình hóa theo cơng
thức (2.2), 𝑄̇𝐽 = 𝜆(𝑇𝐽 − 𝑇). Do đó, phương trình cân bằng nhiệt của hệ phản ứng
viết lại như sau:
𝐶𝑃 𝑉𝜌

𝑑𝑇
= 𝐹𝐶𝑃 𝜌(𝑇0 − 𝑇) + (−Δ𝐻 )𝑟𝑉 + 𝜆(𝑇𝐽 − 𝑇) + Δ𝑄
𝑑𝑡

(2.15)

2.4 Mơ hình thiết bị khuấy trộn hoạt động liên tục cho phản ứng hợp nước
xúc tác axít tạo glycerol từ 2,3-epoxy-1-propanol
Xét phản ứng bất thuận nghịch trong thiết bị khuấy trộn hoạt động liên tục
trong pha lỏng bằng phản ứng hợp nước xúc tác axít tạo glycerol từ 2,3-epoxy-1propanol được biểu diễn bằng phương trình tỷ lượng sau [30-33]:
𝐻+

𝐶3 𝐻6 𝑂2 + 𝐻2 𝑂 → 𝐶3 𝐻8 𝑂3

(2.16)

2,3-epoxy-1-propanol là một chất lỏng không màu và gần như khơng mùi.
Chứa 2 nhóm chức của rượu và epoxy nên 2,3-epoxy-1-propanol dễ phản ứng với
nhiều chất khác, có thể hịa tan trong nước, rượu thấp hơn, xeton, este, benzen…
nhưng lại kém hịa tan trong các hydrocarbon béo và cycloaliphatic. Nó được sử
dụng như một chất ổn định cho các loại dầu tự nhiên và polyme vinyl, chất khử
nhũ tương... đồng thời cũng được sử dụng như một chất trung gian trong quá trình
tổng hợp este glycidyl và các amin...
Glycerol là một rượu trihydric, giống như rượu khác nó đều có thể tạo thành
este, andehit, và các hợp chất tương tự alcoholate. Với nhiều nhóm hydroxyl nên