【原创】一文了解气力输送系统及在锂电正负极材料输送的应用研究


来源:中国粉体网   青黎

[导读]  如何有效的解决锂离子电池正负极材料生产过程的输送问题,从根部上杜绝扬尘、物料受污染导致的产品质量问题,提高输送效率,同时也能降低劳动强度,是气力输送的优势所在。

中国粉体网讯  气力输送技术是目前最理想的粉体材料输送技术。锂离子电池正负极材料属微米级粉体材料,其生产加工过程与其他粉体材料类似,存在易扬尘,输送效率低,周转困难等问题。如何有效的解决锂离子电池正负极材料生产过程的输送问题,从根部上杜绝扬尘、物料受污染导致的产品质量问题,提高输送效率,同时也能降低劳动强度,是气力输送的优势所在。


锂离子电池正负极材料具有流动性好、堆积密度小等特点,满足气力输送的基本要求条件。据中国粉体网编辑了解,越来越多的锂离子电池正负极材料的生产厂家,采用气力输送作为生产过程中物料的输送手段。


气力输送系统简图(图片来源:马爱纯等.气力输送管道压降预测影响的数值模拟研究)


一、气力输送的工作原理


气力输送系统是依靠空气流动将干燥的散状固体粒子或颗粒物料输送到指定地点的一种输送装置。其原理是利用输送风机在密封管道内产生与外界大气压不同的压力,形成压力差。这个压力差值赋予了空气流动的能量,使得空气能够以气流的形式携带小颗粒固体(例如:

煤灰)一起顺着管道向前。


二、气力输送的分类


从气力输送实质考虑,按料、气两相质量比和按料、气两相流体力学特征分类,可将气力输送系统分为以下四类:


1、稀相气力输送


气流速度较高,物料悬浮在铅垂管内呈均匀分布,在水平管内呈飞翔状态,空隙率很大。物料的输送主要依靠较高速度的空气所形成的动能,因而也称稀相动压输送。通常气流速度在12~40m/s之间,料、气质量比(料气比)在1~5之间,最大可达15。稀相气力输送系统输送气体的压力小,输送速度大,对机械系统的磨损大,适用于输送物料的质量和粒度较小、物料干燥输送距离短的场所。



2、浓相动压气力输送


气流速度在8~15m/s之间。物料在管内已不再均匀分布,而呈密集状态,但管道并未被物料堵塞,因而依然依靠空气的动能来输送,称为浓相动压输送。这类流动状态的气送装置有:高压压送、高真空吸送和流态化输送。料气比的变化范围很大,高压压送与高真空吸送的料气比大致在15~50之间,流动状态呈脉动集团流。而对于易输送的粉料,料气比可高达200以上,呈流态化输送。


3、浓相静压气力输送


物料密集而栓塞管道,依靠气流的静压来输送物料,称为浓相静压气力输送。


4、筒式气力输送


将需要输送的物料、物件装入传输筒或筒车内,利用空气的静压使传输筒在管道内飞速滑行的一种输送方式,用于既难于悬浮,而本身又无法成栓的成件货物输送。


不同类型的气力输送系统具有不同的优缺点,详见表1


(图片来源:邵亮峰等:锂离子电池正负极材料输送系统研究)


三、气力输送系统在锂离子电池正负极材料生产中的应用


据中国粉体网编辑了解,采用气力输送技术输送物料,是现代锂离子电池正负极材料厂家物料输送转运发展的趋势。当升科技、科恒股份、宝泰隆等锂离子电池正负极材料上市公司将气力输送系统与锂离子电池正负极材料生产环节连接起来,建成智能集成控制系统,实现生产系统的自动运行,实现锂离子电池正负极材料的气力输送,促进生产效率的提高,间接提高了生产效益。


以生产石墨负极材料为例,作出分析。石墨负极材料典型生产工艺见图1。


(图片来源:邵亮峰等:锂离子电池正负极材料输送系统研究)


1、气力输送系统与锂离子电池正负极材料生产环节的结合


(1)气力输送装置的出料口与粉碎机、混料机振动筛、包装机的进料站连接,实现无尘上料,杜绝粉尘污染,通过传感器检测来控制气力输送装置的连续自动给料。比如粉碎机的无尘上料,气力输送装置的进料口与无尘投料站相连接,气力输送装置于粉碎机的进口上端,与料斗进行密封连接,料斗上装有料位传感器,通过料位检测,控制气力输送装置实现自动无尘上料。


(2)包覆混合机可实现两种或多种电池组分的混合,锂离子电池正负极材料生产厂家常使用电池组分自动称重模块,将称重好的电池组分用位于两台缓存料仓上端的气力输送装置输送。缓存仓上装有传感器,传感器将采集的数据传输到PLC(可编程逻辑控制器)控制端,PLC控制端微处理器通过分析对比数据,控制气力装置将锂离子电池正负极材料运到包覆混合机,实现包覆混合机无尘的上料和配料。在混料机生产环节,气力输送装置将碳化破碎后的混合物料直接输送到混料机,实现无尘给料。


2、气力输送系统在锂电池正负极材料的生产加工过程中存在的问题


(1)在生产不同类型规格的锂离子电池正负极材料前,必须对整个生产系统进行清场处理,否则前期的物料会污染后批次的产品质量。目前常使用在线清洗系统,但清洗系统投入成本较高,存在部分粘结物料遗留问题。


(2)石墨负极材料在加工过程中,固体包覆剂使用沥青的粒度特别小,黏度大,容易粘在气力输送系统的管道器壁上导致包覆混合机配料不精确,气力输送系统的空气介质,会导致石墨沥青的出现分离现象,影响负极材料的性能。据中国粉体网了解,通过科学合理的气流模型、物料的形态控制及粉体软着落技术等,可有效的解决甚至杜绝这些问题。


小结:


气力输送系统在运输锂离子电池正负极材料方面具有诸多优势,在锂离子电池行业,其应用也越来越广泛。在气力输送系统研究中,可加大在人工智能控制方面的研究,将气力输送系统的各个运输环节与连接设备有机结合,形成一个整体高度自动化系统。这个系统在控制技术上融合大数据和物联网技术,嵌入高级计算机系统,嵌入高级算法等,对采集的数据进行数据计算和分析,实现气力输送系统自我控制、自我机械故障诊断分析等,实现气力输送系统的无人值守,降低企业生产成本,提高锂离子电池正负极材料生产企业的经济效益和社会效益。


参考来源:

张琼. 固体物料气力输送中给料设备的选型及应用

仝玉超. 锂离子电池正负极材料气力输送系统研究

邵亮峰,马斌悍等. 锂离子电池正负极材料输送系统研究

马爱纯,Williams KC等.气力输送管道压降预测影响的数值模拟研究 


(中国粉体网编辑整理/青黎)


注:图片非商业用途,存在侵权告知删除


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作者:青黎

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