Существуют ли непрерывные смесители, сочетающие высокую производительность и короткое время пребывания с воспроизводимым качеством смешивания для батарейных материалов?
Да. Непрерывные системы смешивания и диспергирования способны сочетать для батарейных материалов высокую производительность, компактные установки и воспроизводимое качество продукта. Однако их пригодность существенно зависит от того, перерабатываются ли сухие порошки, высоковязкие электродные суспензии, растворы связующего или электролиты.
Для электродных суспензий часто применяются непрерывные интенсивные смесители, двухшнековые экструдеры или системы ротор-статор. Двухшнековые экструдеры обеспечивают транспортирование, смачивание, замешивание и диспергирование в одном непрерывном процессе. Их шнековые модули можно адаптировать к конкретной рецептуре, содержанию твёрдой фазы и требуемой сдвиговой нагрузке. Они особенно подходят для высоковязких суспензий и сложных задач диспергирования, но должны быть рассчитаны так, чтобы частицы, структуры технического углерода или связующие не повреждались излишним внесением энергии. Применение экструдеров для непрерывного смешивания суспензий всё более исследуется в производстве батарейных ячеек; управление процессом и оптимизация при этом по-прежнему считаются важной задачей разработки.
Системы ротор-статор подходят прежде всего для быстрого втягивания, смачивания и диспергирования порошков в жидкостях. Высокий локальный сдвиг может разрушать агломераты и заметно сокращать время диспергирования. Время пребывания в зазоре сдвига хотя и очень короткое, однако требуемое общее время процесса определяется рецептурой, вводом твёрдой фазы, задачей диспергирования и при необходимости требуемыми циклами или последующей гомогенизацией. Общее утверждение о том, что любая суспензия готова к диспергированию «в реальном времени», поэтому было бы ненадёжным.
Для сухих электродных процессов или предварительного смешивания порошкообразных компонентов подходят непрерывные лопастные, черпаковые или быстроходные смесители. Они работают с малыми объёмами смешивания и средним временем пребывания часто от нескольких секунд до примерно одной минуты. В одном задокументированном примере среднее время пребывания составляет от 5 до 50 секунд; на него влияют производительность, уровень заполнения, частота вращения и геометрия выпуска.
Воспроизводимость зависит не столько от одного лишь типа смесителя, сколько от всего процесса. Предпосылками являются гравиметрически регулируемые и стабильные во времени потоки веществ, определённый стационарный режим работы, контролируемое распределение времени пребывания, а также подходящие измеряемые и регулируемые величины. Типично контролируются производительность, частота вращения, крутящий момент, температура и — в зависимости от продукта — плотность, вязкость, электропроводность или спектроскопические сигналы. Распределение времени пребывания следует определять через трассерные испытания, поскольку оно влияет на то, как быстро процесс достигает стабильного состояния после пуска или смены рецептуры.
Статические смесители могут быть целесообразны при мало- и средневязких жидкостях как последующая ступень гомогенизации. Однако им требуется равномерная подача, и они не могут компенсировать ошибки дозирования или недостаточное предварительное смешивание. Для высоковязких, богатых твёрдой фазой электродных суспензий они, как правило, не являются полной альтернативой динамическим системам диспергирования.
Непрерывные системы могут по сравнению с крупными периодическими установками снижать потребность в площади и количество материала в процессе. Закрытые пути продукта, кроме того, облегчают обращение с пылящими порошками или содержащими растворитель суспензиями. Однако конкретное преимущество нужно подтверждать для каждой химии: системы NMC, LFP, графита и кремния заметно различаются по содержанию твёрдой фазы, склонности к агломерации, чувствительности к сдвигу и целевой реологии.
AMK: производительность и время пребывания настраиваются раздельно
Непрерывный смеситель amixon® AMK обеспечивает высокую производительность при коротком времени пребывания и постоянно высокой однородности. Производительность и время пребывания настраиваются независимо друг от друга. Сетка AMK охватывает от AMK 50 с производительностью примерно 1–3 м³/ч до AMK 3000 с примерно 45–135 м³/ч. Время пребывания не зависит от частоты вращения мешалки; интенсивность смешивания и производительность можно регулировать раздельно. Для простых задач смешивания время пребывания можно держать коротким, для сложных рецептур со многими твёрдыми веществами и жидкостями оно целенаправленно удлиняется. Мешалка SinConcave®/SinConvex® создаёт то же трёхмерное принудительное перемешивание, что и в загрузочных смесителях amixon®. Качество смешивания воспроизводимо и соответствует технически идеальной случайной смеси с определённым, широким распределением времени пребывания.
AMK: интенсивность смешивания и время пребывания настраиваются независимо
Непрерывный смеситель amixon® AMK рассчитан на непрерывные процессы, где должны сочетаться высокая производительность, определённое среднее время пребывания и воспроизводимая однородность. Его особое преимущество заключается в том, что интенсивность смешивания и время пребывания можно настраивать раздельно: частота вращения мешалки определяет прежде всего интенсивность движения продукта, тогда как уровень заполнения, регулирование выгрузки и производительность влияют на среднее время пребывания.
Тем самым AMK можно рассчитать как для коротких задач смешивания, так и для сложных рецептур с несколькими твёрдыми веществами и жидкостями. Серия AMK охватывает — в зависимости от типоразмера и процесса — от малой производительности около 1 м³/ч до примерно 135 м³/ч. Для сложных задач смешивания можно предусмотреть среднее время пребывания до нескольких минут.
Без типичных потерь при запуске
Особой чертой AMK является его регулируемый запуск производства. В начале выгрузка остаётся закрытой. Гравиметрические дозаторы стартуют одновременно со сниженным массовым потоком и согласуют свои соотношения дозирования друг с другом. Как только смеситель заполнен примерно наполовину, начинает работать мешалка; при примерно 80 % рабочей степени наполнения выгрузка постепенно открывается. Затем степень наполнения удерживается постоянной, а производительность повышается до предусмотренного значения.
Благодаря этому продукт можно выгружать уже с начала производства в пределах желаемого качества смешивания. Обычно возникающие при непрерывных процессах смешивания пусковые количества вне спецификации можно предотвратить или значительно снизить. Также при контролируемом завершении производства смеситель можно непрерывно опорожнить.
Длительное время пребывания как смесительный буфер
AMK использует определённый уровень заполнения продукта как активную смесительную камеру. Достаточно рассчитанное среднее время пребывания поддерживает гомогенизацию сложных рецептур и может временно сглаживать кратковременные, неизбежные колебания дозирования. Это особенно выгодно при многих компонентах, при микродобавках или при вмешивании малых количеств жидкости.
Фактическое распределение времени пребывания, однако, всегда зависит от продукта и процесса. Его следует исследовать при сложных применениях с оригинальным продуктом, например через трассерные испытания. Решающим является не просто длительное время пребывания, а согласованное соотношение постоянства дозирования, степени наполнения, производительности, интенсивности смешивания и поведения при выгрузке.
Щадяще или интенсивно
Мешалка SinConcave®/SinConvex® создаёт трёхмерное движение продукта и поддерживает равномерное перемешивание, а также очень хорошее остаточное опорожнение. Интенсивность смешивания можно адаптировать от особенно щадящей гомогенизации до целенаправленной дезагломерации. Инструменты SinConcave® достигают в подходящих применениях степеней остаточного опорожнения до 99,997 %.
AMK может перерабатывать сухие, влажные и суспендированные продукты. Жидкости можно контролируемо вводить в смесительную камеру; целесообразны ли дополнительное термостатирование, сушка или реагирование, зависит от конкретно согласованного исполнения аппарата и задачи процесса. Смесительная камера может быть выполнена для зоны 20.
Апробация с оригинальным продуктом
amixon® проверяет непрерывный процесс смешивания в испытательном центре с оригинальным продуктом. При этом исследуются, в частности, однородность, поведение дозирования и выгрузки, требуемое время пребывания, щажение продукта, введение жидкости и очищаемость. Так можно перед инвестицией подтвердить, достигает ли AMK желаемого качества смешивания воспроизводимо в предусмотренном диапазоне производительности.