NMP溶液濃度檢測在鋰電池生產(chǎn)中的重要性
日本新宇宙 cosmos 可燃?xì)怏w檢測儀 KD-12HT （NMP成分使用）
KD-12HT隔爆點(diǎn)型可燃/有毒氣體探測器(多線型)是一款智能型多功能氣體探測儀器，儀表采用高性能檢測元器件和電腦微控制技術(shù)的探測器，結(jié)合先進(jìn)的全自動貼裝工藝制造而成，它能將空氣中氣體濃度信號轉(zhuǎn)化為電信號顯示并遠(yuǎn)傳，采用三線制4～20mA輸出方式，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性好等特點(diǎn)。
KD-12HT隔爆點(diǎn)型可燃/有毒氣體探測器可使用于化工廠區(qū)、冶煉造紙、制冷消防、燃?xì)獠惋?、橡膠、污水處理、制藥鑄造、石油煉化、采礦電力、消防市政、通訊等需要防爆、防中毒、防窒息的工業(yè)環(huán)境中。
二、性能特點(diǎn)：
1）檢測精度高，量程可調(diào)
2）長壽命、高靈敏度、低漂移、工作穩(wěn)定可靠
3）傳感器故障自檢，兩級濃度報警，具有繼電器輸出功能
4）具有溫度補(bǔ)償、自動零點(diǎn)校正功能
5）采用4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，可上傳DCS、PLC系統(tǒng)
6）采用隔爆式設(shè)計適用于危險條件1、2區(qū)
三、技術(shù)參數(shù)：
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產(chǎn)品名稱 |
隔爆點(diǎn)型可燃/有毒氣體探測器 |
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產(chǎn)品型號 |
KD-12HT |
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探測原理 |
接觸燃燒式 |
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檢測氣體 |
NMP |
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采樣方式 |
擴(kuò)散式、爐內(nèi)直插 |
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測試范圍 |
0～100%LEL/0～1000PPM/0～25%V |
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分 辨 率 |
1%LEL；1PPM/0.1PPM |
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測量誤差 |
滿量程±1%LEL/±3%FS |
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狀態(tài)指示 |
LED指示 |
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輸出信號 |
三線制4～20mA+繼電器+聲光報警 |
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報警功能 |
聲光報警、二級報警，報警值現(xiàn)場可調(diào)，配置報警繼電器 |
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響應(yīng)時間 |
T90＜25s |
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恢復(fù)時間 |
＜30s |
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環(huán)境溫度 |
－20℃～50℃(室內(nèi))；－40℃～70℃（室外） |
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相對濕度 |
10～95%RH（無凝露） |
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防爆等級 |
ExdⅡC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃ |
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防護(hù)等級 |
IP66 |
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電 源 |
DC24V±10% |
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安裝鑼紋 |
3/4NPT |
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外殼材料 |
壓鑄鋁合金成型外殼 |
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外形尺寸 |
541mm x 193mm x 68mm |
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產(chǎn)品重量 |
約4.0kg |
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執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) |
GB15322.1-2019、CCF-CPRZ-14:2018、GB3836.1-2010、GB3836.2-2010、 GB3836.4-2010、GB12476.1-2013、GB12476.4-2010, |
NMP的物理特性
NMP具有高沸點(diǎn)、強(qiáng)極性、低粘度、強(qiáng)溶解能力、無腐蝕、毒性小、揮發(fā)度低，不易燃，化學(xué)及熱穩(wěn)定性好，可降解，可回收利用的特點(diǎn)，易溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、氯仿和苯，能溶解大多數(shù)有機(jī)與無機(jī)化合物、極性氣體、天然及合成高分子化合物。
NMP的技術(shù)參數(shù)
目前主要應(yīng)用于涂料、鋰電池、塑膠、化學(xué)生產(chǎn)藥劑、農(nóng)用化學(xué)制品、顏料、清洗劑、絕緣材料等行業(yè)。這里我們主要講述NMP在鋰電池行業(yè)中的應(yīng)用。
NMP在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用
鋰離子電池目前廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，除日常生活中的筆記本電腦、手機(jī)、電動自行車、電動汽車之外，鋰離子電池在能源儲存領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。
根據(jù)行業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)，從整體上看，NMP占鋰離子電池制造成本的比重約為3%-6%，跟正極、負(fù)極、電解液和隔膜比起來，成本占比較小，但作用不可忽視。NMP的市場規(guī)模和需求也隨鋰離子電池，特別是儲能電池、動力電池的增長而增長。
NMP在鋰電池生產(chǎn)中的重要作用
NMP在鋰電池生產(chǎn)中的用途，是溶解/溶脹PVDF，同時用來稀釋漿料，濃度要求一般在99.9%以上。NMP作為鋰離子電池制造過程中主要輔助材料之一，直接影響鋰離子電池拉漿涂布質(zhì)量和環(huán)保要求。
NMP是鋰電池正極粘結(jié)劑PVDF（聚偏氟乙烯）的配套溶劑，也是PVDF（聚偏氟乙烯）必需的配套溶劑。NMP能與水、PVDF、正、負(fù)極材料等物質(zhì)互溶，因此被廣泛運(yùn)用于鋰電池制備中，制作電極片時，NMP作為溶劑，可以將粘結(jié)劑、正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等各種電極所需物質(zhì)融合在一起，使粘結(jié)劑與其他物質(zhì)充分接觸，均勻分布。
NMP的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益分析
2021年受益于新能源汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，NMP價格不斷走高，已經(jīng)從2021年初的1.5萬元/噸漲至目前的4萬元/噸以上。
在鋰電池生產(chǎn)過程中，NMP作為昂貴的溶劑，在涂布環(huán)節(jié)會產(chǎn)生高溫NMP廢氣。若不進(jìn)行有效回收，不僅造成原輔料的浪費(fèi)，還會對環(huán)境產(chǎn)造成嚴(yán)重污染。我國對NMP的排放也有相關(guān)的控制要求，《電池行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系（試行）中廢氣污染物指標(biāo)NMP的基準(zhǔn)值1.5mg/m3》?！峨姵毓I(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了NMP廢氣有組織排放濃度的限值要求為50mg/ m3。因此，加強(qiáng)鋰電池生產(chǎn)過程中的NMP排放控制及回收再生，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
鋰電池生產(chǎn)過程中NMP的產(chǎn)生及回收控制
鋰電池生產(chǎn)過程分析：
鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程及污染物產(chǎn)生示意圖
從以上圖中可以看出，NMP主要使用及排放均在正極制備工序，其中使用NMP的主要工序如下：
涂布：采用涂布機(jī)將正極漿料（鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電炭黑、溶劑NMP、粘結(jié)劑PVDF的混合物）均勻涂敷在鋁箔的兩側(cè)；
烘干機(jī)采用密閉的負(fù)壓抽風(fēng)烘干機(jī)(烘干通道)。在涂布過程中，僅在涂布機(jī)進(jìn)出口處有少量NMP揮發(fā)，烘干機(jī)內(nèi)的廢氣通過引風(fēng)機(jī)引至廢氣處理設(shè)施處理后高空排放；NMP廢氣有極少量由于烘干不充分等原因在車間內(nèi)無組織揮發(fā)。
烘烤：涂布完成后，在真空干燥機(jī)內(nèi)對正極片進(jìn)行烘烤干燥，烘烤溫度為120±5℃;去除電極上的NMP成分。烘干的氣體進(jìn)入NMP回收裝置進(jìn)行回收。
綜上，NMP在鋰電池生產(chǎn)過程中，主要在涂布的環(huán)節(jié)中使用，之后就是NMP的回收控制。
NMP回收控制措施
NMP回收工藝的原理：將涂布車間涂布機(jī)內(nèi)渾發(fā)的NMP氣體用抽風(fēng)機(jī)抽走，通過管道進(jìn)入NMP回收設(shè)備內(nèi)，利用冷卻水和冷凍水盤管使得NMP從空氣中冷凝出來(冷卻溫度約5℃),然后通過收集提純達(dá)到回收目的。
NMP回收處理工藝流程見下圖：
鋰離子電池生產(chǎn)過程中涂布機(jī)排出廢氣中的NMP有較高溫度，前段利用水氣，氣氣換熱等對廢氣進(jìn)行降溫冷凝回收絕大部分NMP，殘余尾氣進(jìn)入后段處理系統(tǒng)，處理后達(dá)標(biāo)排放。
工藝流程：廢氣降溫后，采用工藝水將塔內(nèi)填料潤濕，304不銹鋼填料有較大的比表面積，廢氣與工藝水在填料上充分接觸融合降到底部完成一次回收，廢氣不斷送入隨著融合循環(huán)次數(shù)的增加，NMP廢液濃度不斷升高，最終達(dá)到設(shè)定濃度(≥80%)排入儲液罐中；部分尾氣送入二級吸收塔中用低濃度工藝水再次將低濃度尾氣洗氣最終達(dá)標(biāo)排放。
在目前常用的NMP回收工藝中，我們的NMP液體濃度傳感器MSDR-SH70-DP產(chǎn)品安裝在噴淋塔內(nèi)循環(huán)管道上，用于在線實時監(jiān)測NMP溶液的濃度。
NMP濃度傳感器
NMP溶液濃度檢測在鋰電池涂布機(jī)工藝中的重要作用
NMP在鋰電池電極制造過程中，涂布機(jī)漿料中的溶劑NMP經(jīng)加熱后會形成氣態(tài)，NMP氣體有毒。而且NMP還是一種易燃易爆的液體，NMP與空氣混合時有爆炸的可能。因此，這個環(huán)節(jié)特別需要一種設(shè)備來實現(xiàn)NMP濃度的自動檢測，以保證作業(yè)工人的人身安全。
領(lǐng)航力嘉NMP溶液在線濃度儀MSDR-SH70-DP利用折光的原理測得NMP溶液的折光率，折光率與NMP溶液的濃度有極好的對應(yīng)關(guān)系，通過換算從而得到準(zhǔn)確的溶液濃度數(shù)值。
NMP溶液濃度檢測現(xiàn)場
當(dāng)前最新的工藝回收原理是用冷卻水經(jīng)水一氣換熱器將含有NMP的高溫空氣冷卻，使廢氣中的NMP以液態(tài)的形式從空氣中分離后回收，用在線濃度傳感器實時控制NMP實時濃度值，大幅度提高了回收效率和自動化科技生產(chǎn)率。已分離NMP的空氣經(jīng)過氣-氣換熱器進(jìn)行熱能交換再循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)省能源、零排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
生產(chǎn)裝置廢氣經(jīng)過吸收單元吸附，根據(jù)廢氣中的NMP基本上都溶于水或者水蒸汽，經(jīng)過氣液分離、漂洗使廢氣中的NMP徹底被吸附。
基于回收裝置都有組裝循環(huán)泵，NMP在線濃度傳感器安裝在循環(huán)泵的管道中實時檢測NMP液體濃度，可有效減少水資源的浪費(fèi)及監(jiān)測成品NMP回收液排放。
NMP溶液在線濃度傳感器通常安裝在第一段循環(huán)（內(nèi)循環(huán)）回路上，這一段的吸收溶劑（如水）來自于第二段回路，溶劑已經(jīng)在第二段循環(huán)回路吸收過廢氣中的目標(biāo)組分，經(jīng)過在第一段循環(huán)回路進(jìn)一步吸收，溶劑的吸收能力將降低，濃度儀即時監(jiān)測溶劑中目標(biāo)組分的濃度、判斷溶劑對目標(biāo)組分的吸收能力、決定是否排出內(nèi)循環(huán)溶液以及是否增加新鮮的吸收溶劑來提高回收效率。
NMP溶液濃度檢測數(shù)據(jù)
應(yīng)用優(yōu)勢：
1.提高測量精度，減少測量誤差（±0.5%）：NMP溶液在線濃度儀帶有精確的自動溫度補(bǔ)償功能，確保在不同的測量環(huán)境下，都能精準(zhǔn)測量出NMP溶液的濃度。
2.提高控制精度：通過輸出標(biāo)準(zhǔn)控制信號來控制排液液閥門開關(guān)，不斷地閉環(huán)檢測與控制，確保NMP溶液濃度值的穩(wěn)定和準(zhǔn)確性。
3.提高回收效率：避免高濃度的內(nèi)循環(huán)廢水在回收過程中，與廢氣交換與稀釋的能力降低，使廢氣中的NMP回收不充分而排出塔外，降低回收效率，造成NMP的浪費(fèi)。
4.可實現(xiàn) 24 小時連續(xù)監(jiān)測，提高自動化程度，降低勞動強(qiáng)度，減少人工成本。
