Johdanto

Venttiilien valinta litiumakkulietteen kuljetuksessa on monimutkaisempaa kuin venttiilin valinta putken koon, paineen tai liitostyypin perusteella. Elektrodien valmistuksessa sekä katodi- että anodilietteet voivat sisältää aktiivisia materiaaleja, johtavia lisäaineita, sideaineita ja liuottimia. Katodilietettä varten NMP:tä (N-metyyli-2-pyrrolidonia) käytetään yleisesti PVDF-pohjaisten sideainejärjestelmien kanssa.

Tämä yhdistelmä asettaa useita haasteita prosessiventtiileille. Neste voi olla viskoosia, sisältää suuren prosenttiosuuden kiinteitä hiukkasia ja pysyä kosketuksessa tiivistemateriaalien kanssa pitkiä aikoja. Samaan aikaan tuotantolinja vaatii hyvää puhtautta, koska ei-toivotut hiukkaset, jäämät tai materiaalin irtoaminen voivat muodostua prosessin laatuun.

Venttiili, joka toimii hyvin vedellä tai suhteellisen puhtaalla kemikaaliliuoksella, voi siksi käyttäytyä eri tavalla akkulietteen huollossa. Keskeiset kysymykset ovat käytännön kysymyksiä: Pysyykö tiivistemateriaali vakaana NMP:ssä? Pystyykö venttiili käsittelemään hankaavia hiukkasia? Jääkö liete loukkuun venttiilin sisään sammuttamisen jälkeen? Sopiiko venttiili toistuvaan käyttöön?

Vastaus riippuu pitkältimihin venttiili on asennettu. Sekoitusosan valintalogiikka on erilainen kuin lietteen siirtolinjan juuri ennen päällystystä.

 

Litium-akku lieteputkiventtiilin teollinen tuotanto

 

1. Miksi akkuliete vaatii erityistä venttiiliharkintaa

Litiumparistoliete ei ole yksinkertainen neste. Sen fysikaaliset ominaisuudet riippuvat formulaatiosta, kiintoainepitoisuudesta, hiukkaskoosta, sideainejärjestelmästä, liuottimesta ja sekoitusolosuhteista.

Katodiliete voi sisältää materiaaleja, kuten NMC, LCO tai LFP, sekä johtavaa hiiltä ja sideainetta. Anodilietteessä käytetään yleensä grafiittia tai piitä sisältäviä materiaaleja, joissa on erilainen sideaine- ja liuotinjärjestelmä. Nämä erot voivat vaikuttaa viskositeettiin, hankaavuuteen ja tapaan, jolla liete on vuorovaikutuksessa venttiilin istukkien ja tiivisteiden kanssa.

NMP ansaitsee erityistä huomiota, koska se on orgaaninen liuotin, jolla on erityiset yhteensopivuusvaatimukset. Se, että tiivistettä käytetään yleisesti kemiallisissa tai saniteettilaitteissa, ei automaattisesti tarkoita, että se soveltuu pitkäaikaiseen NMP-altistukseen.

Venttiilien valinnassa insinöörien tulee arvioida koko kostutetun materiaalin yhdistelmä, mukaan lukien:

• Venttiilin rungon materiaali
• Istuimen tai kalvon materiaali
• O-renkaat
• Varren tiivisteet
• Tiivisteet
• Muut lietteelle altistuneet komponentit

PTFE:tä harkitaan usein silloin, kun vaaditaan vahvaa kemiallista kestävyyttä, mutta lopullisessa valinnassa on silti otettava huomioon lämpötila, paine, altistusaika, mekaaninen liike ja todellinen lietteen koostumus.

Tästä syystä materiaalien yhteensopivuustaulukkoa tulisi pitää lähtökohtana eikä ainoana valintaperusteena. Kriittisillä tuotantolinjoilla sovelluskohtainen testaus tarjoaa luotettavamman perustan pitkän aikavälin tiivistyskyvyn vahvistamiselle.

 

2. Sekoitusosastolla on erilaiset vaatimukset

Ensimmäinen tärkeä valintapiste on lietteen sekoitus- ja valmistusalue.

Sen jälkeen kun raaka-aineet on lisätty sekoittimeen, liete voi sisältää suhteellisen korkean kiintoainepitoisuuden. Prosessiin voi liittyä merkittävää viskositeettia, toistuvaa kiertoa, paineen vaihteluita ja toistuvaa eristysventtiilien avaamista ja sulkemista.

Tässä vaiheessa insinöörit yleensä asettavat etusijalle:

Suuri virtauskapasiteetti + nopea eristys + automaatio + mekaaninen kestävyys

Palloventtiiliä harkitaan usein tämän tyyppisissä palveluissa, koska sen neljänneskierrosmekanismi mahdollistaa nopean avaamisen ja sulkemisen. Se voidaan myös yhdistää pneumaattisten tai sähköisten toimilaitteiden kanssa, kun tarvitaan automaattista prosessinohjausta.

Toinen käytännön etu on suhteellisen esteetön virtaustie täysin auki. Tämä voi auttaa vähentämään painehäviötä verrattuna joihinkin rajoittavampiin venttiilirakenteisiin.

Palloventtiili ei kuitenkaan automaattisesti sovellu jokaiseen lietteeseen. Pyörivä pallo ja istuin voivat altistua kiinteille hiukkasille käytön aikana. Jos hankaavia hiukkasia jää kiinni istuimen ympärille, ne voivat lisätä kulumista tai vaikuttaa sulkemiskykyyn ajan myötä.

Tästä syystä toimittajalle tulisi antaa todellinen lietteen kiintoainepitoisuus, viskositeetti, hiukkasten ominaisuudet, käyttöpaine ja kiertotiheys sen sijaan, että hän saisi vain nimellisen putkikoon.

 

3. Miksi osa ennen pinnoittamista on erilainen

Vaatimukset kovenevat lietteen lähestyessä päällystysprosessia.

Tässä vaiheessa liete on yleensä läpäissyt sekoitus- ja dispergointiprosessit ja siirtyy kohti laitteita, joissa pinnoitteen sakeus vaikuttaa suoraan elektrodin laatuun. Siksi painopiste siirtyy yksinkertaisesta virtauksen ohjauksesta kohti:

Puhtaus + pieni säilytetty tilavuus + vakaa tiivistys + luotettava eristys

Kaikki alueet, joille liete voi kerääntyä, voivat olla kunnossapitoongelmia. Jos materiaalia jää venttiilin sisään pitkän seisokin aikana, se voi kuivua tai tulla vaikeaksi poistaa puhdistuksen aikana.

Tämä on yksi syy, miksi prosessiinsinöörien tulisi kiinnittää erityistä huomiota sisäiseen geometriaan sen sijaan, että arvioitaisiin venttiilejä vain ulkoisen rakenteen perusteella.

A Kalvoventtiilivoidaan harkita sovelluksissa, joissa prosessinesteen erottaminen venttiilin käyttömekanismista ja paljaiden mekaanisten komponenttien minimointi on tärkeää. Joustava kalvo muodostaa esteen prosessiväliaineen ja venttiilimekanismin välille.

Lietesovellusta varten tämä rakenne voi vähentää joitakin pyörivään suljinelementtiin liittyviä huolenaiheita. Kalvon materiaali on kuitenkin edelleen kriittinen näkökohta. Valitun materiaalin tulee kestää todellista liuotinympäristöä, lämpötilaa, painetta ja toistuvia käyttöjaksoja.

Myös venttiilin virtauskapasiteetti on tarkistettava. Suunnittelu, joka tarjoaa erinomaisen eristyksen, mutta aiheuttaa liiallisen painehäviön, ei välttämättä sovellu korkeavirtauslietteen siirtolinjaan.

 

Leadtek Tri Clamp kalvoventtiili

 

4. Tiivistemateriaali voi määrittää pitkän aikavälin luotettavuuden

Käytännön akkutuotannossa tiivistejärjestelmä ansaitsee vähintään yhtä paljon huomiota kuin ruostumattomasta teräksestä valmistettu venttiilirunko.

NMP-altistus voi vaikuttaa polymeerimateriaaleihin eri tavalla. Koostumuksesta ja käyttöolosuhteista riippuen tietyissä materiaaleissa voi esiintyä turpoamista, pehmenemistä, kovettumista, elastisuuden menetystä tai muita muutoksia, jotka voivat lopulta vaikuttaa tiivistyskykyyn.

Arvioinnissa tulisi siksi olla kolme kysymystä.

Kemiallinen yhteensopivuus

Mekaaninen yhteensopivuus

Kestääkö materiaali toistuvaa puristusta, liikettä ja paineen muutoksia menettämättä tiivistysominaisuuksiaan?

Prosessin yhteensopivuus

Kestääkö tiivistysjärjestelmä todellisen puhdistustoimenpiteen, lämpötila-alueen ja käyttötiheyden?

Tämä on erityisen tärkeää verrattaessa erilaisia ​​venttiilimalleja. Venttiilin tyyppi ei yksin määrää, toimiiko tuote luotettavasti. Kahdella venttiilillä, joissa on sama ruostumattomasta teräksestä valmistettu runko, voi olla hyvin erilainen käyttöikä, koska niiden istukat, tiivisteet ja kostutetut polymeerit ovat erilaisia.

Kriittisissä sovelluksissa on hyödyllistä pyytää valmistajalta täydellinen kostuvien materiaalien luettelo ja kemiallinen yhteensopivuusasiakirja ennen spesifikaation viimeistelyä.

 

5. Palloventtiilin valinta lietteen siirrossa

Palloventtiilit ovat edelleen hyödyllisiä, koska niillä on suhteellisen yksinkertainen toimintaperiaate. Pallomainen suljinelementti pyörii noin 90 astetta auki- ja kiinniasennon välillä.

Tämä tekee niistä houkuttelevia, kun prosessi vaatii:

• Nopea eristys
• Usein automaattinen toiminta
• Suuri virtauskapasiteetti
• Kompakti asennus
• Pneumaattinen tai sähköinen käyttö
• Luotettava sulku

A Saniteettipalloventtiilivoidaan harkita silloin, kun vaaditaan sileitä sisäpintoja, puhdistettavaa rakennetta ja saniteettityylisiä liitoksia.

Saniteettirakenne itsessään ei kuitenkaan takaa soveltuvuutta litiumakkulietteelle. Istuimen ja tiivistysmateriaalien on silti oltava yhteensopivia prosessinesteen kanssa. Insinöörien tulisi myös harkita, voiko sisäontelo pidättää lietteen ja voiko puhdistusprosessi poistaa jäännökset tehokkaasti.

Suuremmille siirtolinjoille aLaipallinen palloventtiilivoidaan harkita, jos tavanomainen laippaliitäntä sopii paremmin laitoksen putkistojärjestelmään.

Tärkeä ero on, että liitäntästandardi ja venttiilitekniikka ratkaisevat erilaisia ​​ongelmia. Laippa voi yksinkertaistaa asennusta ja huoltoa, mutta se ei määritä, soveltuvatko venttiilin kostuneet materiaalit NMP:tä sisältävälle lietteelle.

 

6. Kahden mallin vertailu prosessin sijainnin mukaan

Sen sijaan, että valitaan yksi venttiilityyppi koko lietejärjestelmälle, on käytännöllisempää arvioida kunkin venttiilin sijainti.

 

Tämä lähestymistapa auttaa myös välttämään yleisen ostovirheen: yhden venttiilimallin määrittäminen jokaiselle osalle yksinkertaisesti siksi, että se on jo läpäissyt perusprosessitestin.

Ylävirran ja alavirran osilla voi olla erilaiset paine-, virtaus-, viskositeetti- ja puhtausvaatimukset. Oikea venttiili yhteen paikkaan ei siksi välttämättä ole sopivin ratkaisu toiseen paikkaan.

 

7. Katodi- ja anodilietteiden ei pitäisi olettaa käyttäytyvän samalla tavalla

Toinen käytännön seikka on, että katodi- ja anodilietteet tulisi arvioida erikseen.

Katodiformulaatiot voivat vaihdella olennaisesti sen mukaan, onko aktiivinen materiaali NMC, LFP, LCO vai jokin muu kemia. Anodiformulaatioissa voidaan käyttää grafiittia, piipohjaisia ​​materiaaleja tai erilaisten aktiivisten materiaalien yhdistelmiä.

Niiden hiukkasominaisuudet, sideainejärjestelmät, kiintoainekuormitus ja viskositeetti voivat siksi vaihdella.

Tämä vaikuttaa venttiilien valintaan monella tapaa.

Liete, jossa on suurempi hankaavien hiukkasten kuormitus, voi asettaa suurempia mekaanisia vaatimuksia istuimille ja liikkuville osille. Viskoosisempi formulaatio voi vaatia suuremman virtauskanavan tai erilaisen venttiilin koon. Formulaatio, jossa on vaativampi liuottimelle altistuminen, saattaa vaatia enemmän huomiota polymeerien yhteensopivuuteen.

Siksi samaa venttiilispesifikaatiota ei pitäisi automaattisesti siirtää anodilinjasta katodilinjaan tarkistamatta prosessin olosuhteita.

 

8. Käytännön valintamenettely

Uudessa litiumakkulietelinjassa seuraava järjestys voi tehdä venttiilien valinnasta luotettavamman.

Vaihe 1: Määritä todellinen neste

Kirjaa ylös, käsitteleekö linja katodi- vai anodilietettä sekä pääliuotinta, kiintoainepitoisuutta, viskositeettia ja lämpötilaa.

Vaihe 2: Tunnista prosessin sijainti

Selvitä, asennetaanko venttiili sekoittimen tyhjennykseen, välisiirtoon, varastointiin, suodatukseen vai juuri ennen pinnoitusta.

Vaihe 3: Vahvista mekaaniset vaatimukset

Tarkista putken koko, normaali ja maksimipaine, virtausnopeus, toimintataajuus ja toimilaitteen vaatimukset.

Vaihe 4: Tarkista jokainen kastunut materiaali

Älä pysähdy venttiilin runkoon. Tarkista istukka, kalvo, O-renkaat, tiivisteet ja karan tiivistemateriaalit.

Vaihe 5: Arvioi puhdistus

Selvitä, miten linja puhdistetaan ja onko venttiilissä alueita, joihin saattaa jäädä lietettä.

Vaihe 6: Vahvista kriittiset materiaalit

Arvokkaiden tai suuritehoisten tuotantolinjojen tapauksessa harkitse todellisen tiivistemateriaalin testaamista edustavalla NMP-pitoisuudella, lämpötilalla, paineella ja altistusajalla.

Tämä menettely luo jäljitettävän perustan lopulliselle valinnalle ja helpottaa selittämistä, miksi tietty venttiilimalli määriteltiin tietylle paikalle.

 

Johtopäätös

Käytännöllisin tapa vertailla venttiilivaihtoehtoja litiumakkulietteen kuljetukseen on olla kysymättä, mikä tekniikka on yleisesti parempi. Sen sijaan valinnan tulee noudattaa kunkin prosessiosan vaatimuksia.

Vuonnasekoitusosio, nopea eristys, automaatio, virtauskapasiteetti ja hiukkasten aiheuttaman kulumisenkestävyys ovat usein tärkeitä näkökohtia. Palloventtiilimallit voivat siksi olla käytännöllisiä, kun niiden kostutetut materiaalit ja sisäinen geometria sopivat lietteeseen.

Lähempänäpinnoitusprosessi, puhtaus, kertynyt liete, tiivistyksen stabiilisuus ja materiaalien yhteensopivuus ovat yhä tärkeämpiä. Kalvopohjaista suunnittelua voidaan harkita, jos nämä ominaisuudet vastaavat prosessivaatimuksia.

Ennen kaikkea NMP-yhteensopivuus tulee arvioida tiivistysjärjestelmän tasolla. Venttiilin runko voi pysyä täysin vakaana, kun istukka tai elastomeeritiiviste vaurioituu kemiallisesti tai mekaanisesti.

Ostoryhmille ja prosessiinsinööreille hyödyllisin tapa on tarjota venttiilintoimittajalle täydelliset prosessiolosuhteet sen sijaan, että pyytäisivät vain ruostumattomasta teräksestä valmistettua venttiiliä nimelliskoon mukaan. Asianmukaisesti dokumentoitu lietteen koostumus, käyttöolosuhteet, puhdistusmenetelmä ja kostutetun materiaalin eritelmät tarjoavat paljon vahvemman perustan venttiilin pitkäaikaiselle luotettavuudelle.

 

FAQ

1. Miksi NMP:llä on merkitystä valittaessa akun lieteventtiiliä?

NMP voi olla eri vuorovaikutuksessa polymeerien ja elastomeerien kanssa riippuen materiaalista ja käyttöolosuhteista. Tiivisteen yhteensopivuus on siksi tarkistettava yhdessä lämpötilan, paineen, altistusajan ja todellisen lietteen koostumuksen kanssa.

2. Pitäisikö samaa venttiiliä käyttää koko lieteputkistossa?

Ei välttämättä. Sekoitus-, välisiirto- ja esipinnoitusosilla voi olla erilaiset virtaus-, puhtaus-, paine- ja huoltovaatimukset. Venttiilin valinnan tulee perustua prosessin tiettyyn paikkaan.

3. Mitkä tiivistemateriaalit tulee tarkistaa ensin?

Toimittajan tulee toimittaa täydelliset kostutetun materiaalin eritelmät, mukaan lukien istukat, kalvot, O-renkaat, tiivisteet ja varren tiivisteet. PTFE ja muut kemiallisesti kestävät materiaalit voidaan harkita, mutta soveltuvuus tulee varmistaa todellisissa käyttöolosuhteissa.

4. Mikä on tärkein huolenaihe käytettäessä palloventtiiliä hankaavan lietteen kanssa?

Kiinteät hiukkaset voivat edistää kulumista pallon ja istukan ympärillä, erityisesti kun liete on erittäin kuormitettu tai venttiili pyörii usein. Kiintoainepitoisuus, hiukkasten ominaisuudet, paine ja kiertotiheys on siksi otettava huomioon valinnassa.

5. Mitä tietoja minun tulee lähettää venttiilin valmistajalle?

Ilmoita lietteen tyyppi, katodi- tai anodikemia, NMP-pitoisuus, kiintoainepitoisuus, viskositeetti, lämpötila, paine, virtausnopeus, putken koko, liitostyyppi, puhdistusmenetelmä, toimintataajuus ja tarvittavat tiivistysmateriaalit. Näin valmistaja voi arvioida sovelluksen sen sijaan, että valitsisi venttiilin pelkästään koon ja paineen perusteella.