Czy istnieją mieszalniki ciągłe łączące wysokie wydajności i krótkie czasy przebywania z powtarzalną jakością mieszania dla materiałów bateryjnych?
Tak. Ciągłe systemy mieszania i dyspergowania mogą łączyć dla materiałów bateryjnych wysokie wydajności, kompaktowe instalacje i powtarzalną jakość produktu. Czy są odpowiednie, zależy jednak istotnie od tego, czy przetwarzane są suche proszki, wysokolepkie zawiesiny elektrodowe, roztwory spoiwa czy elektrolity.
Do zawiesin elektrodowych stosuje się często ciągłe mieszalniki intensywne, wytłaczarki dwuślimakowe lub układy rotor-stator. Wytłaczarki dwuślimakowe umożliwiają transport, zwilżanie, ugniatanie i dyspergowanie w jednym procesie ciągłym. Ich moduły ślimakowe mogą być dostosowane do danej receptury, zawartości substancji stałych i wymaganego obciążenia ścinającego. Nadają się szczególnie do wysokolepkich zawiesin i wymagających zadań dyspergowania, muszą jednak być zaprojektowane tak, aby cząstki, struktury sadzy przewodzącej lub spoiwa nie zostały pogorszone przez nadmierne wprowadzanie energii. Zastosowanie wytłaczarek do ciągłego mieszania zawiesin jest w produkcji ogniw bateryjnych coraz częściej badane; sterowanie procesem i optymalizacja są przy tym nadal uważane za ważne zadanie rozwojowe.
Układy rotor-stator nadają się przede wszystkim do szybkiego wciągania, zwilżania i dyspergowania proszków w cieczach. Wysokie lokalne ścinanie może rozbijać aglomeraty i wyraźnie skracać czas dyspergowania. Czas przebywania w szczelinie ścinającej jest wprawdzie bardzo krótki, ale konieczny całkowity czas procesu określają receptura, wprowadzanie substancji stałych, zadanie dyspergowania oraz ewentualnie konieczne obiegi lub następcza homogenizacja. Ogólne stwierdzenie, że każda zawiesina jest gotowo zdyspergowana „w czasie rzeczywistym”, nie byłoby dlatego wiarygodne.
Do suchych procesów elektrodowych lub wstępnego mieszania komponentów proszkowych wchodzą w rachubę ciągłe mieszalniki łopatkowe i łopatowe lub szybkoobrotowe. Pracują z małymi objętościami mieszania i średnimi czasami przebywania często od kilku sekund do około jednej minuty. W udokumentowanym przykładzie średnie czasy przebywania wynoszą od 5 do 50 sekund; wpływają na nie wydajność, poziom napełnienia, obroty i geometria wylotu.
Powtarzalność zależy mniej od samego typu mieszalnika niż od całego procesu. Warunkiem są grawimetrycznie regulowane i stabilne w czasie strumienie materiałów, zdefiniowana praca stacjonarna, kontrolowany rozkład czasu przebywania oraz odpowiednie wielkości pomiarowe i regulacyjne. Typowo nadzorowane są wydajność, obroty, moment obrotowy, temperatura oraz – zależnie od produktu – gęstość, lepkość, przewodność lub sygnały spektroskopowe. Rozkład czasu przebywania powinien być wyznaczany próbami ze znacznikiem, ponieważ wpływa na to, jak szybko proces osiąga stan stabilny po rozruchu lub zmianie receptury.
Mieszalniki statyczne mogą być celowe przy cieczach o niskiej i średniej lepkości jako następczy stopień homogenizacji. Wymagają jednak równomiernego dozowania i nie potrafią wyrównać błędów dozowania ani niedostatecznego mieszania wstępnego. Dla wysokolepkich, bogatych w substancje stałe zawiesin elektrodowych nie są przeważnie pełną alternatywą dla dynamicznych układów dyspergujących.
Systemy ciągłe mogą w porównaniu z dużymi instalacjami wsadowymi zmniejszać zapotrzebowanie na miejsce i ilość materiału w procesie. Zamknięte drogi produktu ułatwiają ponadto obchodzenie się z pylącymi proszkami lub zawiesinami zawierającymi rozpuszczalniki. Konkretną zaletę trzeba jednak wykazać dla każdej chemii: układy NMC, LFP, grafitowe i krzemowe wyraźnie różnią się zawartością substancji stałych, skłonnością do aglomeracji, wrażliwością na ścinanie i docelową reologią.
AMK: wydajność i czas przebywania nastawialne oddzielnie
Mieszalnik ciągły amixon® AMK umożliwia wysoką wydajność przy krótkim czasie przebywania i stale wysokiej jednorodności. Wydajność i czas przebywania są nastawialne niezależnie od siebie. Raster AMK sięga od AMK 50 o wydajności około 1 do 3 m³/h aż do AMK 3000 z około 45 do 135 m³/h. Czas przebywania jest niezależny od częstotliwości obrotów mieszadeł; intensywność mieszania i wydajność dają się regulować oddzielnie. Do prostych zadań mieszania czas przebywania można utrzymywać krótki, przy złożonych recepturach z wieloma ciałami stałymi i cieczami jest on celowo wydłużany. Mieszadło SinConcave®/SinConvex® wytwarza to samo trójwymiarowe wymuszone przemieszczanie jak w mieszalnikach wsadowych amixon®. Jakość mieszania jest powtarzalna i odpowiada technicznie idealnej mieszaninie losowej o zdefiniowanym, szerokim rozkładzie czasu przebywania.
AMK: intensywność mieszania i czas przebywania nastawiać niezależnie
Mieszalnik ciągły amixon® AMK jest zaprojektowany dla procesów ciągłych, w których muszą spotkać się wysokie wydajności, zdefiniowany średni czas przebywania i powtarzalna jednorodność. Jego szczególna zaleta polega na tym, że intensywność mieszania i czas przebywania dają się nastawiać oddzielnie: obroty mieszadła określają przede wszystkim intensywność ruchu produktu, natomiast poziom napełnienia, regulacja wyładunku i wydajność wpływają na średni czas przebywania.
AMK można tym samym dobrać zarówno do krótkich zadań mieszania, jak i do złożonych receptur z wieloma ciałami stałymi i cieczami. Seria AMK sięga – zależnie od wielkości i procesu – od niewielkich wydajności około 1 m³/h aż do około 135 m³/h. Do wymagających zadań mieszania można przewidzieć średnie czasy przebywania do kilku minut.
Bez typowych strat rozruchowych
Szczególną cechą AMK jest jego regulowany start produkcji. Na początku wyładunek pozostaje zamknięty. Dozowniki grawimetryczne startują jednocześnie ze zmniejszonym strumieniem masowym i uzgadniają wzajemnie swoje proporcje dozowania. Gdy mieszalnik jest napełniony do około połowy, mieszadło zaczyna pracować; przy około 80 % roboczego stopnia napełnienia wyładunek otwiera się stopniowo. Następnie stopień napełnienia jest utrzymywany stały, a wydajność podnoszona do przewidzianej wartości.
Dzięki temu produkt może być już od początku produkcji wyładowywany w ramach zamierzonej jakości mieszania. Ilości rozruchowe poza specyfikacją, które przy ciągłych procesach mieszania powstają zwykle często, dają się uniknąć lub znacznie zmniejszyć. Również przy kontrolowanym zakończeniu produkcji mieszalnik może być opróżniany w sposób ciągły.
Długi czas przebywania jako bufor mieszania
AMK wykorzystuje zdefiniowany poziom napełnienia produktem jako aktywną komorę mieszania. Wystarczająco wymiarowany średni czas przebywania wspiera homogenizację złożonych receptur i może w czasie tłumić krótkotrwałe, nieuniknione wahania dozowania. Jest to szczególnie korzystne przy wielu komponentach, przy mikrododatkach lub przy wmieszywaniu małych ilości cieczy.
Rzeczywisty rozkład czasu przebywania zależy jednak zawsze od produktu i procesu. Przy wymagających zastosowaniach powinien być badany z produktem oryginalnym, na przykład próbami ze znacznikiem. Decydujący nie jest sam długi czas przebywania, lecz dostrojony stosunek stałości dozowania, stopnia napełnienia, wydajności, intensywności mieszania i zachowania przy wyładunku.
Łagodnie wobec produktu albo intensywnie
Mieszadło SinConcave®/SinConvex® wytwarza trójwymiarowy ruch produktu i wspiera równomierne wymieszanie oraz bardzo dobre opróżnianie resztkowe. Intensywność mieszania można dostosować od szczególnie łagodnej homogenizacji aż do celowej deaglomeracji. Mieszadła SinConcave® osiągają w odpowiednich zastosowaniach stopnie opróżniania resztkowego do 99,997 %.
AMK może przetwarzać produkty suche, wilgotne i zawieszone. Ciecze można wprowadzać do komory mieszania w sposób kontrolowany; czy dodatkowe termostatowanie, suszenie lub reagowanie jest celowe, zależy od konkretnie uzgodnionego wykonania aparatu i zadania procesowego. Komora mieszania może być wykonana dla strefy 20.
Próba z produktem oryginalnym
amixon® bada ciągły proces mieszania w centrum prób z produktem oryginalnym. Badane są przy tym w szczególności jednorodność, zachowanie przy dozowaniu i wyładunku, konieczny czas przebywania, łagodność wobec produktu, wmieszywanie cieczy i zdolność do czyszczenia. Pozwala to wykazać przed inwestycją, czy AMK osiąga pożądaną jakość mieszania w przewidzianym zakresie wydajności w sposób powtarzalny.