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 d n được tính theo công thức sau ΣniDi d n = ΣN trong đó: Sn i D i - tổng tích số của các hạt có kích thước giống nhau n i với đường kính D i ; Sn - tổng số hạt được đo. Đường kính trung bình của hạt muội có thể xác định nhờ phép đo bề mặt riêng của muội bằng phương pháp hấp phụ hơi, khí, bằng phương pháp hấp phụ các chất từ dung dịch và bằng phương pháp so màu. Nếu biết bề mặt riêng của muội là A thì đường kính trung bình của hạt muội sẽ được tính theo công thức: 60000 d A = ρ d A - đường kính trung bình của hạt muội, Ã…; ρ - mật độ tương đối của muội g/cm 3 ; A - bề mặt riêng, m 2 /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 muội Đường kính trung bình của hạt muội, Ã… Bề mặt riêng, m 2 /g Muội rãnh khí - Dùng cho sơn và chất màu 9 ÷ 35 250 ÷ 100 - Dùng cho công nghệ cao su 32 ÷ 25 90 ÷ 110 Muội Antraxen 32 ÷ 39 85 ÷ 75 Muội Axetylen 35 ÷ 45 70 ÷ 60 Muội lò hoạt động Loại SPF 35 75 ÷ 80 Loại SAF 18 ÷ 23 140 ÷ 130 Loại ISAF 25 ÷ 36 115 ÷ 105 Loại CRF 30 ÷ 35 80 ÷ 70 Loại ΠM - 70 và loại HAF 28 ÷ 35 85 ÷ 70 Muội lò nửa hoạt động -ΠM - 50 và loại FEF 35 ÷ 40 50 ÷ 40 - ΠГ - 33, ΠГM - 33, ΠГM - 30 và loại GPF 70 ÷ 50 30 ÷ 40 Muội vòi phun 65 ÷ 80 35 ÷ 25 Muội đèn 150 ÷ 120 14 ÷ 18 Muội nhiệt phân nhẹ 140 ÷ 150 20 ÷ 16 Muội nhiệt phân 280 ÷ 320 10 ÷ 8 Bảng 2. Thành phần nguyên tố của các loại muội Loại muội Hàm lượng các nguyên tố, % trọng lượng C H O S - Muội rãnh khí - Dùng cho sơn và chất màu 88,6 ÷ 93,7 0,7 ÷ 0,8 5,5 ÷ 10,5 - - Dùng cho cao su 94,5 ( 95 94,5 ÷ 95 0,5 ÷ 1,0 3 ÷ 4,5 0,0 ÷ 0,2 Muội antraxen 94,5 ÷ 95,5 0,9 ÷ 1,1 2,5 ÷ 3,5 0,4 ÷ 0,6 Muội lò hoạt động ΠM - 70 97,5 ÷ 98,5 0,2 ÷ 0,3 0,5 ÷ 1,0 0,3÷ 0,9 Muội lò nửa hoạt động - ΠГ 50 và FEF 98,0 ÷ 0,4 ÷ 0,6 0,1 98,5 0,5 - ΠГM 33, ΠM 30 và GPF 98,6 ÷ 99,1 0,4 0,2 ÷ 0,3 0,2 ÷ 0,5 Muội vòi phun 98,3 0,7 0,4 0,5 Muội đèn 99,0 0,5 0,1 0,3 Muội nhiệt phân Muội axetylen 99,3 ÷ 99,5 99,7 ÷ 99,8 0,4 ÷ 0,5 0,1 0,1 0,1 - - Khối lượng thể tích thực của các loại muội khác nhau nằm trong phạm vi 1750 ÷ 2000 kg/m 3 , và khối lượng thể tích biểu kiến là 100 ÷ 350 kg/m 3 . Điều đó có nghĩa là muội rất xốp và trong 1 m 3 muội chỉ có 0,05 ÷ 0,2 m 3 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/cm 2 , thì khi pha thêm 30 ÷ 40 phần trăm muội thì độ bền kéo tăng lên đến 300 kG/cm 2 . Tương tự như vậy với cao su divinyl-stirol. Loại cao su này không chứa muội có độ bền kéo là 14 kG/cm 2 , còn khi pha thêm 50 phần trăm muội thì độ bền kéo tăng lên đến 220 ÷ 240 kG/cm 2 , 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. [...]... Ngoi ra tờn gi ca mt vi loi mui cũn phn ỏnh c phng phỏp sn xut v c nguyờn liu khi u ca nú Thớ d mui õkhớ rónhõ , mui õkhớ lũõ , v.v Cn chỳ ý l ó nhiu ln ngi ta th nghim iu ch mui bng cỏch nghin than g, than bựn, than cc v cỏc cht khỏc cha nhiu cacbon Nhng ngay c khi nghin mn nht, cỏc cht ny cng khụng th tr thnh mui Tht bi ny l do cỏc vt liu em s dng cú cu to vụ nh hỡnh hoc tinh th, cũn mui, v mt cu to,... nguyờn liu cú thm cao (du xanh, du cc t than ỏ) Gazoin nhit: õy l phõn on 250 ã 450 oC ca quỏ trỡnh cracking nhit cú xỳc tỏc hn hp gazoin v phn trớch ly ca quỏ trỡnh ch bin du m Phn ln hydrocacbon thm trong nguyờn liu ny cao hn du xanh Hm lng lu hunh dao ng trong gii hn 1,5 ã 3% Phõn on antraxen v du antraxen: Phõn on antraxen v du antraxen l cỏc sn phm ch bin nha cc than ỏ Ch yu chỳng bao gm hydrocacbon... ngun nguyờn liu to ra chỳng: - Cỏc loi mui c sn xut t khớ thiờn nhiờn v khớ du m - Cỏc loi mui c sn xut t cỏc nguyờn liu lng hoc kt hp vi khớ t - Mui antraxen sn xut t hn hp hi hydrocacbon cú ngun gc t than ỏ trong quỏ trỡnh sn xut cc - Ngoi cỏc loi mui k trờn, ngi ta cũn sn xut mt lng khụng ln mui axetylen v cỏc loi mui c bit dựng cho cụng nghip sn v cỏc cht mu cú cht lng cao Mi mt loi mui cú cỏc tớnh... khớ t cụng ngh ch bin du m Cng cú khi nhn mui ngi ta s dng naphtalen k thut, antraxen k thut Nguyờn liu chớnh (sn xut hn 80% lng mui th gii) sn xut mui l cỏc sn phm lng trong cụng ngh ch bin du, nha than ỏ Mun lm rừ thnh phn nguyờn liu, ngi ta thng s dng phng phỏp phõn tớch cu trỳc Trong trng hp ú, thnh phn nguyờn liu biu th bi hm lng ca tng nhúm (thớ d nh hydrocacbon thm, naphten, parafin) Ngoi ra... 0,4.Cn) Trong ú: Ka - s vũng thm trong phõn t; Kn - s vũng naphten trong phõn t; Ca - hm lng cacbon trong cỏc nhúm thm, %; Cn - hm lng cacbon trong cỏc nhúm naphten, % Cỏc sn phm du m v cỏc phõn on ca nha than ỏ dựng trong sn xut mui cú t s Kn/Ka < 2 H s thm cú th tớnh theo cụng thc n gin: A = Ko.Ca Trong ú Ko l tng s cỏc vũng trong phõn t, Ko = Ka + Kn Cỏc cụng trỡnh trc nghim ch ra rng h s thm phi nm... hydrocacbon thm 3 vũng vi mch nhỏnh ngn thng nm trong phõn on 340 ã 420oC Cỏc phõn on sụi cao hn 420 oC cú th cha hydrocacbon a vũng - Hm lng cỏc cht nha v m phi thp: Cỏc cht nha, antraxen s to thnh than cc cỏc thit b t núng v tng bờn trong thit b phn ng iu ú dn n lm bn mui bi cỏc ht cc nh (kớch thc thụng thng 100 ã 400 mm) Cỏc ht cc cú ng kớnh 10 ã 100 mm c hỡnh thnh trong quỏ trỡnh sn xut mui... bn hn loi th nht Mc phc tp ca cu trỳc mui ph thuc ch yu vo phng phỏp sn xut mui, v trong mt mc no ú, ph thuc vo tớnh cht ca nguyờn liu sn xut Mui sn xut t hydrocacbon, c bit t cỏc loi du cú ngun gc than ỏ, cú cu trỳc phc tp hn mui t khớ thiờn nhiờn Mui phõn hu nhit khụng to thnh mch chui, nú ch cú ớt ht dng liờn kt (t 2 - 3 ht liờn kt nhau) Cỏc ht mui i t axetylen cú cỏc cu trỳc phc tp nht Cu trỳc... 1,5 ã 3% Phõn on antraxen v du antraxen: Phõn on antraxen v du antraxen l cỏc sn phm ch bin nha cc than ỏ Ch yu chỳng bao gm hydrocacbon mch nhỏnh ngn v cỏc hp cht hu c cú cha O, N, S Khi chng ct nha than ỏ ngi ta nhn c cỏc phõn on sau: phenol (170 oC), naphtalen (170 ã 230 oC), du (230 ã 270 oC), du antraxen (270 ã 360 oC) Phn cn cũn li l pec Hiu sut cỏc phõn on phenol l 0,3 ã 0,5%, naphtalen 3,5... hydrocacbon khụng no Nhit lng ca khớ ch bin du m l 10.000 á 20.000 kcal/m3 Khớ ch bin du m ngoi dựng sn xut mui cũn c s dng vi t cỏch l nguyờn liu tng hp hoỏ hc Khớ cc Khớ cc thoỏt ra trong quỏ trỡnh luyn cc t than ỏ Chỳng bao gm ch yu hydro (55 ã 65%), metan (20 ã 30%) Khớ cc c dựng trong sn xut mui antraxen Khi sn xut mui ngi ta trn khớ cc vi hi du antraxen hay phõn on antraxen Khớ cc cú hm lng H2 cao v chỏy . 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 loại muội đó. Thí dụ muội “rãnhâ  € 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