Какие решения существуют для требований ATEX и инертизации при смешивании батарейных материалов?
При производстве и переработке батарейных материалов могут возникать горючие пыли, электропроводящие порошки, чувствительные к влаге компоненты, а также содержащие растворитель суспензии (slurry). Типичными твёрдыми веществами являются NMC, NCA, LFP, графит или кремниевые композиты. Существует ли для них опасность взрыва, чувствительность к влаге или особая реактивность, нужно оценивать отдельно для каждой рецептуры и технологической ступени.
Особенно требовательны процессы, при которых одновременно могут возникать горючие пыли и пары растворителя. Такие гибридные смеси могут предъявлять более строгие требования безопасности, чем чистые пылевые или газовые атмосферы. Поэтому концепция защиты должна охватывать весь процесс, включая загрузку, смеситель, выгрузку, транспортную технику, фильтровальные установки и среду сухого помещения.
Основой является оценка риска, привязанная к веществу. Релевантные показатели — например, значение KSt, максимальное давление взрыва, минимальная энергия зажигания, минимальная температура самовоспламенения, электрическое сопротивление и предельная концентрация кислорода. При процессах с растворителями дополнительно нужно учитывать пределы взрываемости, температуру вспышки и поведение испарения.
Первичная взрывозащита за счёт инертизации
Инертизация должна предотвращать образование воспламеняемой атмосферы в технологическом пространстве. Содержание кислорода в смесителе и подключённых узлах установки для этого удерживается ниже предельной концентрации кислорода, определённой для конкретного продукта. Общих предельных значений кислорода недостаточно, поскольку вид пыли, растворитель, температура, давление и размер частиц влияют на требуемый расчёт.
В качестве инертного газа чаще всего применяется азот. Для материалов, способных реагировать с азотом, например при применениях с элементарным литием, может потребоваться аргон. Подходящими методами являются продувочная инертизация, инертизация методом смены давления с вакуумированием и последующим заполнением, а также непрерывная продувка при работающих процессах.
Содержание кислорода контролируется подходящей измерительной и аналитической техникой. Датчики точки росы или влажности дополняют измерение, если продукт требует низких значений остаточной влажности. Показания связаны с системой управления. Критические технологические этапы могут начинаться только после достижения заданных разрешающих значений. При превышении предельных значений установка должна переходить в определённое безопасное состояние.
Вторичная взрывозащита за счёт предотвращения источников зажигания
Если взрывоопасную атмосферу нельзя надёжно исключить, нужно предотвращать эффективные источники зажигания. Зонирование определяется вероятностью, продолжительностью и протяжённостью взрывоопасных атмосфер. Внутреннее пространство смесителя для взрывоопасных по пыли продуктов может, например, оцениваться как зона 20. Области в местах загрузки, выгрузки и фильтрации могут классифицироваться как зона 21 или зона 22. Для горючих растворителей дополнительно требуется оценка возможных газовых или паровых зон.
Смеситель, смесительные инструменты, трубопроводы, фильтры, контейнеры и передвижная тара должны быть включены в сквозную концепцию выравнивания потенциалов и заземления. Шланги, уплотнения и облицовки нужно выбирать так, чтобы они не способствовали недопустимым электростатическим зарядам. Электрооборудование должно подходить для соответствующей зоны. Также механические источники зажигания, такие как трение, удар, перегревающиеся подшипники или дефекты уплотнений, нужно оценивать и при необходимости контролировать.
Конструктивная взрывозащита
Конструктивная взрывозащита служит дополнительным уровнем защиты, если взрывное событие нельзя достаточно надёжно исключить, несмотря на инертизацию и предотвращение источников зажигания. Установку можно выполнить стойкой к ударной волне давления или оснастить сбросом давления взрыва, подавлением взрыва и развязкой.
Разрывные мембраны или взрывные клапаны отводят давление в подходящие зоны. При установке внутри помещения могут потребоваться беспламенные устройства сброса давления или системы подавления взрыва. Быстрозапорные задвижки, средства подавления пламени или другие подходящие системы предотвращают передачу пламени и давления на предшествующие или последующие узлы установки. Пригодность каждой защитной меры нужно подтверждать для конкретного продукта и конфигурации установки.
Гибридные смеси и техника сухого помещения
Гибридные смеси пыли и паров растворителя могут иметь изменённое поведение зажигания. Уже небольшая доля пара может снижать минимальную энергию зажигания пылевой смеси. Поэтому расчёт инертизации и защитных мер должен учитывать наихудший реалистичный сценарий.
Закрытые системы загрузки и выгрузки снижают выход пыли, потери продукта и проникновение влажного окружающего воздуха. В зависимости от процесса применяются герметичные системы стыковки контейнеров, шлюзы, перчаточные боксы или изоляторы. Для очень чувствительных к влаге материалов смеситель можно интегрировать в сухое помещение. Сухое помещение и инертизацию процесса нужно согласовывать по каскадам давления, переносу материала и отводу отработанного воздуха.
Концепция безопасности как единая система
Безопасная концепция смешивания батарейных материалов сочетает характеризацию материала, оценку риска, концепцию зонирования, инертизацию, предотвращение источников зажигания и при необходимости конструктивную взрывозащиту. Все значимые для безопасности компоненты должны быть проверяемыми, обслуживаемыми и включёнными в чёткие инструкции по эксплуатации. Решающее значение имеет согласованное взаимодействие свойств материала, ведения процесса, смесителя, периферии и окружающей среды.
Так amixon® смешивает батарейные материалы: катодные и анодные порошки с низким уровнем загрязнения, щадяще и с минимальным расслоением
Батарейные материалы предъявляют высокие требования к смесительной технике и концепции установки. Катодные и анодные порошки по возможности не должны воспринимать металлическое истирание, чувствительная структура частиц должна сохраняться, а смесь должна полностью выгружаться без заметного расслоения. Для этого amixon® сочетает медленные смесительные движения, интенсивное тотальное течение, малоизнашиваемые материалы и конструкцию, рассчитанную на остаточное опорожнение.
Защита от загрязнения начинается с материала
Металлические загрязнения могут ухудшать качество батарейных материалов. Поэтому выбор материала у amixon® согласуется со свойствами конкретного продукта. В зависимости от абразивности и требований к чистоте применяются износостойкие материалы, закалённые или оснащённые твёрдым сплавом смесительные инструменты, а также керамические покрытия на особенно нагруженных поверхностях.
Медленное вращательное движение и идеальное качество смешивания
Медленное вращательное движение — центральная особенность смесительной техники amixon®. Оно сочетает щадящую обработку продукта с интенсивным перемешиванием всего объёма смеси. Тотальное обтекание SinConvex® охватывает продукт по всему смесительному пространству и может заметно снижать локальные зоны сдвига и удара.
Это особенно выгодно для катодных и анодных составов с чувствительными компонентами, такими как технический углерод, частицы с покрытием или сферические грануляты. Также при разных размерах частиц и плотностях можно достигать очень высокого качества смешивания. Цель — воспроизводимое, статистически равномерное распределение всех компонентов рецептуры при максимально низкой механической нагрузке на продукт.
Почти полное и малорасслаивающее опорожнение
Высокое качество смешивания не должно теряться при выгрузке. Поэтому опорожнение у amixon® — существенная часть концепции смешивания. Элементы ComDisc® поддерживают выгрузку остаточного продукта из смесительного пространства и снижают риск расслоения во время фазы выгрузки.
KoneSlid® KS обеспечивает очень быстрое опорожнение смесителя. Короткое время выгрузки может ограничивать образование конуса насыпи и последующие эффекты разделения. Благодаря этому продукт поступает в последующий процесс или в предусмотренную тару максимально полно, однородно и воспроизводимо. Достижимое остаточное опорожнение при этом всегда зависит от продукта, рецептуры, влажности, структуры частиц и конфигурации установки.
Исполнение, стойкое к давлению или ударной волне давления
При работе с батарейными материалами могут возникать тонкие горючие пыли, атмосферы растворителей или чувствительные к окислению активные материалы. Поэтому смеситель можно под конкретный проект рассчитать на инертизацию, вакуумный режим, а также требования по стойкости к давлению или ударной волне давления.
Исполнение, стойкое к давлению, рассчитано на определённое внутреннее давление и может потребоваться, например, при вакуумных процессах, инертизации или газонепроницаемом ведении процесса. Исполнение, стойкое к ударной волне давления, служит частью концепции взрывозащиты, если смеситель должен выдерживать механические последствия определённого давления взрыва. Какое исполнение требуется, определяется оценкой риска, показателями безопасности продукта и концепцией взрывозащиты всей установки.
Смесительное пространство при соответствующем расчёте может подходить для применений в зоне 20 по ATEX. Для чувствительных к окислению или влаге материалов смешиваемый материал можно инертизировать. Газонепроницаемые аппараты, такие как VMT и AMT, дополнительно могут обеспечивать вакуумные процессы и вакуумную сушку при смешивании в одном и том же технологическом пространстве. Благодаря этому можно сократить этапы пересыпания, интерфейсы и потенциальные источники загрязнения.
Типоразмеры вплоть до масштаба гигафабрики
amixon® предлагает смесительную технику от смесителя испытательного центра до крупнообъёмной производственной установки. Двухвальные смесители HM доступны в стандартных типоразмерах до 20 кубических метров и в специальных типоразмерах до 50 кубических метров. Gyraton® GM можно рассчитать на крупные загрузки, он подходит также для батарейных масс в диапазоне примерно от 10 до 100 кубических метров.
Расчёт перед инвестицией отрабатывается в испытательном центре amixon® на оригинальном продукте. При этом можно оценить качество смешивания, щажение продукта, истирание, остаточное опорожнение, инертизацию и очищаемость в реалистичных условиях. Анализ частиц и загрязнений можно включить в программу испытаний совместно с эксплуатирующей организацией.
Гигиенический дизайн как конструктивная основа
Гигиенический дизайн amixon® поддерживает очищаемость, чистоту продукта и надёжную смену загрузок. Смесительное пространство и мешалка сварены без щелей и отшлифованы. Мешалка опирается исключительно сверху. Благодаря этому может отсутствовать контактирующий с продуктом нижний вывод вала.
Большие смотровые двери Clever-Cut® с уплотнениями OmgaSeal® обеспечивают хороший доступ к контактирующим с продуктом поверхностям. Выпускные органы с малым количеством застойных зон и опционально встроенные моющие копья поддерживают сухую или влажную очистку. В зависимости от продукта, рынка и требований установку можно рассчитать по релевантным концепциям гигиены и стандартам.
Так amixon® сочетает медленное вращательное движение, очень высокое качество смешивания, почти полное опорожнение и конструкцию, которую можно рассчитать на стойкость к давлению или ударной волне давления. Результат — смесительная установка, которая щадяще, безопасно и воспроизводимо перерабатывает требовательные батарейные материалы.