đề tài muội than

Có nhiều loại muội có bề mặt hạt nhẵn, nhưng cũng có loại muội bề mặt hạt nhám, điều đó tùy thuộc vào sự cháy của các nguyên tử cacbon trên bề mặt hạt muội trong quá trình hình thành muộ

ĐỀ TÀI

MUỘI THAN

1 KHÁI NIỆM CHUNG 3

2 SỬ DỤNG MUỘI TRONG CÔNG NGHIỆP 9

3 CÁC LOẠI MUỘI 11

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT MUỘI 18

5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH MUỘI 21

6 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT MUỘI 27

7 SẢN XUẤT MUỘI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÒ 36

8 SẢN XUẤT MUỘI BẰNG CÁCH TÁCH CACBON TỪ NGỌN LỬA TRÊN BỀ MẶT LẠNH 47

9 SẢN XUẤT MUỘI BẰNG CÁCH PHÂN HUỶ NHIỆT NGUYÊN LIỆU KHÔNG CÓ MẶT KHÔNG KHÍ 50

1 KHÁI NIỆM CHUNG

Muội là sản phẩm dạng bột của sự cháy không hoàn toàn hay là sự phân huỷ nhiệt của các chất hữu cơ, chủ yếu là hydrocacbon

Khi nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử người ta khẳng định là muội bao gồm các hạt có kích thước từ 9 - 600 mmm (90 ÷ 6000 Ã…)(*) Các hạt kết hợp tạo thành chuỗi có nhánh lớn hay nhỏ Các chuỗi hay mạch như thế gọi là "cấu trúc" muội

Hình dạng của hạt muội gần như hình cầu Có nhiều loại muội có bề mặt hạt nhẵn, nhưng cũng có loại muội bề mặt hạt nhám, điều đó tùy thuộc vào sự cháy của các nguyên tử cacbon trên bề mặt hạt muội trong quá trình hình thành muội

Cấu trúc của hạt muội hiện được nghiên cứu chưa đầy đủ Phần lớn các nhà nghiên cứu cho rằng hạt muội là bộ khung vô trật tự của các tinh thể riêng bệt, bao gồm từ 3 đến 5 mặt phẳng song song của mạng lưới nguyên tử cacbon Có loại muội, như muội axetylen, có 7 hay nhiều hơn mặt phẳng lưới của nguyên tử cacbon Trong mỗi một lớp tinh thể, khoảng cách giữa các mặt phẳng lưới song song của các lớp nguyên tử từ 3,45 đến 3,65 Ã…

Mặt phẳng lưới trong tinh thể có thể di chuyển vị trí một cách tương đối so với mặt phẳng khác trong tinh thể đó Điều đó làm tăng lên mức

độ vô trật tự của cấu trúc hạt muội so với cấu trúc của grafit

Có nhiều tài liệu cho rằng bên trong hạt muội có một lưới nguyên tử không song song nhau, gọi là lớp cá biệt và như thế trong chúng tồn tại các mạch nguyên tử cacbon không hoàn toàn cùng hướng Do vậy hạt muội, xét theo mức độ cấu trúc có trật tự, thì nó chiếm vị trí trung gian giữa cacbon vô định hình và grafit tinh thể

Các tinh thể cacbon phân bố trong các hạt muội đều không có trật tự với sự tạo ra trên bề mặt các góc cạnh khác nhau, do vậy mà bề mặt hạt muội nói chung không đồng nhất Trên bề mặt của chúng có thể còn tồn tại các hoá trị tự do của các nguyên tử cacbon mạch nhánh của các hydrocacbon (no và không no) và của các hợp chất chứa oxy, lưu huỳnh

Độ lớn của hạt muội cũng như bề mặt riêng và mức độ cấu trúc (nghĩa là mức độ phân nhánh của chuỗi hạt muội) phụ thuộc vào điều kiện tạo thành nó Tính chất của muội được quyết định chủ yếu bởi các đặc điểm này

Cần chú ý rằng các hạt muội có đặc tính không đồng đều và trong một mẫu muội luôn chứa các dạng hạt khác nhau và kích thước khác nhau Kích thước của hạt muội có thể xác định nhờ kính hiển vi điện

tử hoặc bằng các phương pháp khác

Đường kính trung bình đại số của hạt muội dn được tính theo công thức sau

ΣniDi

Nếu biết bề mặt riêng của muội là A thì đường kính trung bình của hạt muội sẽ được tính theo công thức:

60000

dA = -

ρ

dA - đường kính trung bình của hạt muội, Ã…;

ρ - mật độ tương đối của muội g/cm3;

A - bề mặt riêng, m2/g

Đường kính trung bình hạt muội và bề mặt riêng ghi trong bảng 1 Thành phần nguyên tố trung bình của các loại muội ghi trong bảng 2

Bảng 1 Đường kính trung bình hạt muội và bề mặt riêng

Loại CRF 30 ÷ 35 80 ÷ 70

Bảng 2 Thành phần nguyên tố của các loại muội

0,1 0,1

-

-

Khối lượng thể tích thực của các loại muội khác nhau nằm trong phạm vi 1750 ÷ 2000 kg/m3, và khối lượng thể tích biểu kiến là 100 ÷ 350 kg/m3 Điều đó có nghĩa là muội rất xốp và trong 1 m3 muội chỉ có 0,05 ÷ 0,2 m3 cacbon, phần còn lại là thể tích của không khí

2 SỬ DỤNG MUỘI TRONG CÔNG NGHIỆP

Muội được dùng chủ yếu trong công nghiệp cao su, đó là nguyên liệu thứ hai sau cao su Ngoài công nghiệp cao su ra, người ta còn dùng muội trong công nghiệp dược, công nghiệp sơn chất dẻo, công

nghiệp in và các lĩnh vực khác

Hơn 80% muội sản xuất ra được dùng trong công nghiệp cao su Việc đưa muội vào trong hỗn hợp cao su làm tăng độ bền cơ của sản phẩm cao su, tất nhiên là làm tăng tuổi thọ làm việc của nó Thí dụ độ bền kéo của cao su tự nhiên không có muội là 200 kG/cm2, thì khi pha thêm 30 ÷ 40 phần trăm muội thì độ bền kéo tăng lên đến 300 kG/cm2 Tương tự như vậy với cao su divinyl-stirol Loại cao su này không chứa muội có độ bền kéo là 14 kG/cm2, còn khi pha thêm 50 phần trăm muội thì độ bền kéo tăng lên đến 220 ÷ 240 kG/cm2, nghĩa là 15 lần lớn hơn Do đó muội được coi là chất làm tăng độ bền

Cơ chế làm tăng độ bền của cao su pha muội (cũng như các chất độn khác) hiện chưa được nghiên cứu đầy đủ Nhưng người ta đã khẳng định rằng khả năng tăng độ bền của cao su của muội phụ thuộc vào độ lớn của hạt muội

Đường kính trung bình của hạt muội càng nhỏ thì bề mặt riêng của

nó càng lớn và làm cho nó càng tăng tác dụng làm bền cao su

Cơ chế của việc tăng cường độ bền cao su bằng muội có thể được giải thích bằng khả năng chuyển cao su vào trạng thái liên kết (hấp phụ hoặc tương tác hóa học) trong quá trình gia công

Người ta cho rằng bình thường các phân tử cao su cuộn lại thành dạng giống như hình cầu Khi đưa muội vào thì phân tử cao su bị kéo thẳng ra, tạo liên kết và tạo thành những tổ chức bền hơn

Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra là khi đưa các hạt muội vào cao

su, sẽ hình thành các cấu trúc lưới và cấu trúc nhánh Trong trường hợp cao su chứa ít muội thì cấu trúc của muội trong cao su bị xa cách nhau Khi tăng hàm lượng muội trong cao su, cấu trúc muội thấm cao

su theo tất cả các hướng Việc hình thành cấu trúc như thế kết hợp với các mối liên kết bền giữa các hạt muội dẫn đến làm tăng độ bền của tất cả hệ thống

3 CÁC LOẠI MUỘI

Người ta có thể phân loại muội theo nguồn nguyên liệu tạo ra chúng:

- Các loại muội được sản xuất từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ

- Các loại muội được sản xuất từ các nguyên liệu lỏng hoặc kết hợp với khí đốt

- Muội antraxen sản xuất từ hỗn hợp hơi hydrocacbon có nguồn gốc

từ than đá trong quá trình sản xuất cốc

- Ngoài các loại muội kể trên, người ta còn sản xuất một lượng không lớn muội axetylen và các loại muội đặc biệt dùng cho công nghiệp sơn và các chất màu có chất lượng cao

Mỗi một loại muội có các tính chất hoá lý nhất định Tính chất hoá lý quan trọng nhất của muội là mức độ phân tán, đặc tính cấu tạo của muội (chuỗi) và thành phần nguyên tố của hạt muội

Mức độ phân tán của muội thường được đặc trưng bởi giá trị đường kính trung bình đại số của các hạt muội Nhưng cũng cần phải chú ý

là muội từ các công nghệ sản xuất khác nhau có kích thước hạt muội khác nhau

Bề mặt riêng của muội cũng có liên hệ trực tiếp đến mức độ phân tán Kích thước hạt muội càng nhỏ thì bề mặt riêng của nó càng lớn

Mức độ phân tán của muội ảnh hưởng mạnh nhất đến tính chất tăng

độ bền của cao su do lực tương tác của muội với cao su phụ thuộc vào giá trị của bề mặt riêng của hạt muội

Khi dùng muội trong công nghệ cao su thì tính chất tăng độ bền cao

su được dùng làm cơ sở chính để phân loại muội Theo đó có thể chia muội làm 3 loại:

Mức độ phân tán của muội có ảnh hưởng đến màu sắc, khả năng

nhuộm màu và độ phủ khi dùng muội làm bột màu Muội phân tán cao

có màu đen hơn và có khả năng nhuộm màu đen cao hơn Tính chất hoá

lý của một loại muội của Liên Xô (cũ) ghi trong bảng 3

Bảng 3 Một số tính chất hoá lý của các loại muội

Chất bốc, %

Loại

muội

Đường kính trung bình hạt, mmm

Bề mặt riêng, m2/g

Độ pH của nước rửa qua muội

Độ pH của nước rửa qua muội

ẩm, %

Độ hấp phụ dầu,

Có một số loại muội, trong quá trình hình thành các hạt muội đã liên kết thành chuỗi hoặc thành các cấu trúc phân nhánh phức tạp hơn

Có hai dạng cấu trúc muội:

Loại thứ nhất: Rất bền, trong đó các hạt muội liên kết với nhau bởi liên kết hoá trị các mạch chuỗi của muội khó bị phá hủy

Loại thứ hai: Các hạt muội liên kết với nhau bởi các lực hấp phụ, loại này kém bền hơn loại thứ nhất

Mức độ phức tạp của cấu trúc muội phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp sản xuất muội, và trong một mức độ nào đó, phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu sản xuất

Muội sản xuất từ hydrocacbon, đặc biệt từ các loại dầu có nguồn gốc than đá, có cấu trúc phức tạp hơn muội từ khí thiên nhiên Muội phân huỷ nhiệt không tạo thành mạch chuỗi, nó chỉ có ít hạt dạng liên kết (từ 2 - 3 hạt liên kết nhau)

Các hạt muội đi từ axetylen có các cấu trúc phức tạp nhất Cấu trúc muội càng phức tạp thì càng xốp và càng khó nén chặt nó

Độ dẫn nhiệt của muội cũng liên quan đến cấu trúc muội Muội có cấu trúc càng phát triển và phức tạp thì độ dẫn điện càng cao

Độ dẫn điện của muội cũng phụ thuộc vào độ phân tán và hàm lượng các chất bốc của nó Muội phân tán cao có độ dẫn điện lớn Tăng hàm lượng chất bốc sẽ làm giảm độ dẫn điện của muội

Độ hấp phụ dầu của muội tăng lên khi tăng tính phức tạp của cấu trúc

Độ hấp phụ dầu được xác định bởi lượng dầu khoáng hay dầu lanh (tính theo cm3) được hấp phụ đối với 1g muội thí nghiệm

Nhiều tính chất của hỗn hợp cao su và cao su lưu hoá có liên quan đến cấu trúc của muội Muội có cấu trúc phát triển cao làm cho hỗn hợp cao su kém dẻo và cao su lưu hoá có modun(*) cao hơn, đồng thời độ cứng và tính dẫn điện lớn hơn, độ giãn dài nhỏ hơn khi kéo đứt

Các loại muội sản xuất bằng các phương pháp và nguyên liệu khác nhau có tính chất bề mặt khác nhau

Người ta đánh giá tính chất bề mặt của muội theo chỉ tiêu pH, đặc trưng cho nồng độ ion hydro trong hỗn hợp muội với nước(**) Khi

pH < 7, muội có tính axit Khi pH > 7 muội có tính kiềm

Muội có bề mặt nhám có tính axit Trong thành phần của muội này

có đến 5% oxy (xem bảng 2) Phân tử oxy liên kết bền với bề mặt hạt muội, bởi vậy người ta cho rằng oxy tham gia vào tương tác hoá học với cacbon và tạo ra các hợp chất khác nhau trên bề mặt hạt muội Hydro và lưu huỳnh cũng chứa trong muội và ở bề mặt lớp muội Phần lớn các loại muội có tính kiềm

Tính kiềm của muội được giải thích bởi sự có mặt của các chất

khoáng (tro) có trong muội Tro hấp phụ trên bề mặt muội trong quá trình sản xuất

Trị số pH càng thấp (càng axit) thì muội càng dễ hút ẩm hơn và do

đó các chất bốc và hơi ẩm trong chúng cũng lớn hơn

Muội có tính axit hấp phụ các chất tăng tốc cao su và chính điều đó làm chậm quá trình lưu hoá cao su Trái lại muội có tính kiềm làm tăng nhanh quá trình lưu hoá Do vậy trị số pH của muội đặc trưng cho ảnh hưởng của nó đến quá trình lưu hoá cao su Bảng 4 ghi mối liên quan của các chỉ tiêu cơ lý của cao su lưu hoá vào các tính chất của muội

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT MUỘI

Phương pháp công nghiệp sản xuất muội dựa trên cơ sở phân huỷ các hydrocacbon dưới tác dụng của nhiệt độ cao Muội hình thành trong ngọn lửa nguyên liệu đang cháy ở điều kiện thiếu không khí hoặc khi phân huỷ nhiệt nguyên liệu trong điều kiện không có không khí

Sản xuất muội bằng cách đốt nguyên liệu trong điều kiện thiếu không khí, chủ yếu theo hai phương pháp

Phương pháp 1: Đây là phương pháp phổ biến nhất Người ta đốt

nguyên liệu trong lò đặc biệt Muội được hình thành trong ngọn lửa nhiệt độ cao trong thời gian rất ngắn (khoảng 6 giây) cùng với các

sản phẩm khí Sau đó hỗn hợp muội khí được làm lạnh và muội được tách khỏi khí trong thiết bị chuyên dùng

Phương pháp 2: Người ta đốt nguyên liệu nhờ đèn có khe hẹp đặt trong các thiết bị kim loại Ngọn lửa phẳng của nguyên liệu cháy tiếp xúc với bề mặt lạnh của kim loại di chuyển Thời gian tiếp xúc của ngọn lửa với bề mặt này không đáng kể Muội kết tụ trên bề mặt kim loại nhanh chóng được tách ra khỏi vùng tạo muội

Ở cả hai phương pháp này sự hình thành muội xảy ra trong ngọn lửa của nguyên liệu cháy, nghĩa là quá trình này có một phần nguyên liệu cháy tạo nhiệt độ cần thiết để phân hủy phần nguyên liệu còn lại

Trong những năm gần đây, có một phương pháp tạo muội phổ biến được sử dụng, trong đó nhiệt cần thiết để phân huỷ nguyên liệu

không phải là do đốt cháy một phần nguyên liệu mà bằng cách đốt trực tiếp một nhiên liệu khác Nhiên liệu thuận lợi nhất là khí thiên nhiên và khí cracking trong công nghệ chế biến dầu mỏ

Cũng có khi người ta dùng cả nguyên liệu lỏng Thiết bị phản ứng (hay lò) để sản xuất muội trong trường hợp đó có hai vùng Ở vùng thứ nhất người ta đốt khí hay nhiên liệu lỏng với lượng dư oxy không lớn, còn vùng thứ hai là vùng đốt khí cháy để gia nhiệt

Cũng có khi người ta gia nhiệt và bốc hơi nguyên liệu lỏng để đưa vào vùng phản ứng Phương pháp này có hiệu suất muội nhận được cao hơn khi đốt nguyên liệu với mục đích gia nhiệt kết hợp với nhận

muội Ngoài ra phương pháp này dễ điều khiển và cho phép nhận muội có các tính chất khác nhau

Phân huỷ nhiệt nguyên liệu không có mặt của không khí được thực hiện bằng các phương pháp khác nhau Có một vài loại muội nhận được bằng cách phân huỷ hydrocacbon dạng hơi và dạng khí trong lò phản ứng bằng cách gia nhiệt hơi (khí) đến nhiệt độ cao

Thí dụ việc chuyển axetylen (một chất khi phân hủy thì tỏa nhiệt) thành cacbon (muội) và hydro được thực hiện trong thiết bị phản ứng bằng cách gia nhiệt nguyên liệu đến nhiệt độ cần thiết

Cho đến nay tên của muội thường được gọi theo phương pháp sản xuất loại muội đó Thí dụ muội “rãnh†là muội được sản xuất bằng cách lắng đọng muội trên bề mặt kim loại có các rãnh (kênh)

mà ở đó muội tích tụ Còn muội “lò†, muội “nhiệt†,

muội “vòi phun†cũng được gọi tên theo phương pháp sản xuất chúng Muội “đèn†trước đây được chế tạo bằng cách đốt dầu trong đèn Hiện nay loại muội như thế được sản xuất trong lò nhưng tên gọi của nó vẫn được giữ như cũ Ngoài ra tên gọi của một vài loại muội còn phản ánh cả phương pháp sản xuất và cả nguyên liệu khởi đầu của nó Thí dụ muội “khí rãnh†, muội “khí lò†, v.v Cần chú ý là đã nhiều lần người ta thử nghiệm điều chế muội bằng cách nghiền than gỗ, than bùn, than cốc và các chất khác chứa nhiều cacbon Nhưng ngay cả khi nghiền mịn nhất, các chất này cũng

không thể trở thành muội Thất bại này là do các vật liệu đem sử

dụng có cấu tạo vô định hình hoặc tinh thể, còn muội, về mặt cấu tạo, chiếm vị trí trung gian giữa cacbon vô định hình và grafit tinh thể nên không thể nghiền đơn thuần mà chế tạo được muội

5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH MUỘI

5.1 Sự cháy và ngọn lửa và quá trình tạo muội

Sự cháy là quá trình kết hợp các chất với oxy kèm theo nhiệt toả ra

và hình thành ngọn lửa Khi bắt đầu quá trình cháy, các chất cháy cần phải được gia nhiệt đến nhiệt độ bén lửa(*) Quá trình bắt đầu cháy có thể liên tục ở điều kiện nếu nhiệt thoát từ phản ứng cháy vẫn duy trì được nhiệt độ của ngọn lửa Khi giảm nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ bén lửa thì sự cháy sẽ chấm dứt

Hiện tại cơ chế quá trình cháy chưa được nghiên cứu đầy đủ Người

ta giả định rằng khi cháy xảy ra quá trình đứt mạch phân tử các chất cháy, sau đó các mảnh phân tử đó kết hợp với oxy

Theo lý thuyết của Viện sĩ Nga N N Semenov, khi chất cháy ở dạng khí, ở thời điểm đầu tiên của phản ứng cháy, năng lượng cháy tập trung vào các mảnh phân tử hay gốc tự do xuất phát từ phản ứng, làm cho các mảnh phân tử hay gốc tự do đó được hoạt hoá, nghĩa là

chúng có dư thừa năng lượng và dễ dàng tham gia phản ứng Các phản ứng liên tiếp làm hình thành quá trình tạo chuỗi Nếu các gốc tự

do bị mất năng lượng trước khi tham gia phản ứng thì chuỗi ngừng

phát triển (và quá trình tạo muội cũng ngừng lại) Ngược lại nếu các gốc tự do có dư thừa năng lượng thì chuỗi phản ứng tiếp tục tạo

nhánh

Hydrocacbon lỏng và rắn khi cháy chuyển thành trạng thái hơi Ngọn lửa (hình 4) bao gồm ba phần Phần bên trong ngọn lửa là vùng

hydrocacbon lỏng (hay rắn) chuyển thành trạng thái hơi ở phần này,

do ảnh hưởng của nhiệt độ cao làm đứt mạch các phân tử của chất cháy Phần giữa ngọn lửa chứa các gốc hydrocacbon, các hạt cacbon

và hydro Các hạt cacbon bị nung đỏ làm cho phần này của ngọn lửa

có màu ở phần ngoài ngọn lửa xảy ra sự tương tác của oxy với các sản phẩm phân huỷ nhiệt của chất cháy (cacbon, hydro) và tạo thành

Để đốt cháy hoàn toàn 1 kg cacbon cần 1,87 m3 oxy hay 8,91 m3không khí, để đốt cháy hoàn toàn 1 kg hydro cần 5,55 m3 oxy hay 26,47 m3 không khí Thông thường để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu cần đưa vào vùng cháy một lượng không khí lớn hơn lý thuyết do không phải tất cả lượng không khí tham gia vào phản ứng cháy Khi

thiếu không khí thì xảy ra quá trình cháy không hoàn toàn; khi đó cacbon tạo thành không chỉ CO2 mà cả CO Trong trường hợp đó, lượng oxy cần thiết nhỏ hơn 2 lần so với nhu cầu oxy để cháy hoàn toàn

Nếu ít ôxy hoặc không khí hơn nữa trong quá trình cháy thì một phần cacbon (và cả hydro) sẽ không phản ứng hoàn toàn mà chúng thoát ra khỏi vùng cháy cùng với các sản phẩm của quá trình cháy và tạo thành các hạt muội

Mối quan hệ của việc tiêu hao không khí đối với nguyên liệu phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình, hiệu suất muội và các tính chất chủ yếu của muội (mức độ phân tán - bề mặt riêng của muội) như trình bày ở bảng 5

Số liệu ở bảng 5 cho thấy khi tăng lượng không khí nhiệt độ của quá trình sẽ tăng đồng thời tăng độ phân tán của muội Tỷ lệ cần thiết giữa không khí và nhiên liệu thường được xác định theo thực nghiệm

để có các loại muội mong muốn

Bảng 5 Phụ thuộc lượng không khí khi đốt nguyên liệu và tính

Hydrocacbon là nguyên liệu thuận lợi để nhận muội do chúng rất giàu cacbon (metan chứa 75% cacbon và 25% hydro, các

hydrocacbon thơm nhiều nhân như antraxen, phenantren có hàm lượng cacbon cao hơn, trên 90%)

Khí thiên nhiên dùng làm nguyên liệu để sản xuất muội rãnh khí, muội khí lò và muội nhiệt phân; từ axetylen người ta nhận được các loại muội axetylen khác nhau; muội đèn, muội vòi phun tạo thành khi cháy hỗn hợp các loại hydrocacbon lỏng khác nhau; muội antraxen nhận bằng cách đốt hỗn hợp hơi của hydrocacbon lỏng, rắn nhóm antraxen cùng với khí cốc

Để phân huỷ hydrocacbon thành muội đòi hỏi phải có nhiệt độ cao Phần lớn hydrocacbon bị phá huỷ kèm theo quá trình thu nhiệt, trừ axetylen và một vài hydrocacbon thơm khi phân huỷ lại toả nhiệt

Để tạo ra các mạng lưới tinh thể grafit đòi hỏi phải có thời gian tiếp xúc các hạt cacbon (vài giờ) và nhiệt độ cao hơn 3000oC, nhưng khi điều chế muội, nhiệt độ trong vùng phản ứng thường không lớn hơn

1500oC(*), còn thời gian lưu muội trong thiết bị phản ứng rất nhỏ (vài giây hoặc một vài phần của giây) do vậy quá trình grafit hoá đã

không kịp xảy ra

Sau khi đứt mạch các phân tử nguyên liệu, do tác động của nhiệt độ cao các gốc tự do của hydrocacbon nhận được sẽ kết hợp với nhau tạo thành cấu trúc 6 cạnh như mạng lưới tinh thể kiểu grafit

Đồng thời với quá trình hình thành hạt muội, xảy ra quá trình kết hợp các hạt muội thành chuỗi, nghĩa là tạo thành cấu trúc của hạt muội

Sự hình thành chuỗi muội xảy ra có thể do có sự tiếp xúc của các hạt muội riêng lẻ Chiều dài của một chuỗi muội khoảng 10 mm

Quá trình hình thành các hạt muội còn kết hợp lại giữa chúng xảy ra rất nhanh, sau khoảng vài phần của giây Thực tế quá trình nhận

muội có khi chiếm thời gian tương đối dài, có thể một vài giây

Trong thời gian đó, đồng thời với việc hình thành hạt muội và chuỗi hạt muội thì còn có quá trình cháy cacbon trên bề mặt hạt muội, sự ngưng tụ phân tử của hydrocacbon đa nhân để tạo thành cốc và nhựa,

sự lắng đọng trên bề mặt của cấu trúc muội trong dạng grafit (sự hình thành grafit), sự tương tác của các hạt muội với CO2 và hơi nước, v.v

Trong phần lớn các trường hợp, quá trình thứ hai là không mong muốn vì sẽ gây bẩn muội, gây bẩn không gian của lò và giảm hiệu suất tạo thành muội

Trong sản xuất, có thể thay đổi đường kính hạt muội trong quá trình hình thành muội bằng 3 cách:

- Đưa bề mặt kim loại tương đối lạnh vào ngọn lửa của lò phản ứng

- Làm lạnh nhanh hỗn hợp khí - muội bằng cách phun nước

- Làm loãng khí bằng cách sử dụng khí trơ

Cho đến nay người ta đã điều khiển được tương đối tốt quá trình sản xuất muội xảy ra với tốc độ nhanh và phức tạp

6 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT MUỘI

6.1 Các nguyên liệu thường dùng

Hiện nay để sản xuất muội, người ta thường sử dụng các nguyên liệu sau đây: các phân đoạn chưng cất dầu mỏ, dầu từ các nhà máy luyện cốc, khí thiên nhiên, axetylen, khí cốc, khí từ công nghệ chế biến dầu

mỏ Cũng có khi để nhận muội người ta sử dụng naphtalen kỹ thuật, antraxen kỹ thuật Nguyên liệu chính (sản xuất hơn 80% lượng muội thế giới) để sản xuất muội là các sản phẩm lỏng trong công nghệ chế biến dầu, nhựa than đá

Muốn làm rõ thành phần nguyên liệu, người ta thường sử dụng

phương pháp phân tích cấu trúc Trong trường hợp đó, thành phần nguyên liệu biểu thị bởi hàm lượng của từng nhóm (thí dụ như

hydrocacbon thơm, naphten, parafin) Ngoài ra người ta còn xác định chỉ số vòng thơm và vòng naphten

6.2 Yêu cầu về nguyên liệu sản xuất muội

Nguyên liệu dùng để sản xuất muội đòi hỏi các chỉ tiêu kỹ thuật rất nghiêm ngặt và phải được tiêu chuẩn hoá Việc sử dụng nguyên liệu phi tiêu chuẩn có thể dẫn đến phá huỷ chế độ công nghệ, làm xấu chất lượng muội và dẫn đến nâng cao tiêu hao nguyên liệu