NMP溶液濃度檢測(cè)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(cè)儀 KD-12HT （NMP成分使用）
KD-12HT隔爆點(diǎn)型可燃/有毒氣體探測(cè)器(多線型)是一款智能型多功能氣體探測(cè)儀器，儀表采用高性能檢測(cè)元器件和電腦微控制技術(shù)的探測(cè)器，結(jié)合先進(jìn)的全自動(dòng)貼裝工藝制造而成，它能將空氣中氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)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(cè)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(cè)精度高，量程可調(diào)
2）長(zhǎng)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(jí)濃度報(bào)警，具有繼電器輸出功能
4）具有溫度補(bǔ)償、自動(dòng)零點(diǎn)校正功能
5）采用4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可上傳DCS、PLC系統(tǒng)
6）采用隔爆式設(shè)計(jì)適用于危險(xiǎn)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(cè)器 |
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產(chǎn)品型號(hào) |
KD-12HT |
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探測(cè)原理 |
接觸燃燒式 |
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檢測(cè)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(cè)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(cè)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(hào) |
三線制4～20mA+繼電器+聲光報(bào)警 |
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報(bào)警功能 |
聲光報(bào)警、二級(jí)報(bào)警，報(bào)警值現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)，配置報(bào)警繼電器 |
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響應(yīng)時(shí)間 |
T90＜25s |
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恢復(fù)時(shí)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(duì)濕度 |
10～95%RH（無凝露） |
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防爆等級(jí) |
ExdⅡC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃ |
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防護(hù)等級(jí) |
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(dòng)自行車、電動(dòng)汽車之外，鋰離子電池在能源儲(chǔ)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(chǎng)規(guī)模和需求也隨鋰離子電池，特別是儲(chǔ)能電池、動(dòng)力電池的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。
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(shí)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(shí)，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(jià)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(huì)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(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)造成嚴(yán)重污染。我國對(duì)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(píng)價(jià)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》。《電池工業(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(duì)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(duì)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(chǔ)液罐中；部分尾氣送入二級(jí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)NMP溶液的濃度。
NMP濃度傳感器
NMP溶液濃度檢測(cè)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(huì)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(shí)有爆炸的可能。因此，這個(gè)環(huán)節(jié)特別需要一種設(shè)備來實(shí)現(xiàn)NMP濃度的自動(dòng)檢測(cè)，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(cè)得NMP溶液的折光率，折光率與NMP溶液的濃度有極好的對(duì)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(cè)現(xiàn)場(chǎng)
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(shí)時(shí)控制NMP實(shí)時(shí)濃度值，大幅度提高了回收效率和自動(dòng)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(shí)時(shí)檢測(cè)NMP液體濃度，可有效減少水資源的浪費(fèi)及監(jiān)測(cè)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(shí)監(jiān)測(cè)溶劑中目標(biāo)組分的濃度、判斷溶劑對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)
應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：
1.提高測(cè)量精度，減少測(cè)量誤差（±0.5%）：NMP溶液在線濃度儀帶有精確的自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能，確保在不同的測(cè)量環(huán)境下，都能精準(zhǔn)測(cè)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(hào)來控制排液液閥門開關(guān)，不斷地閉環(huán)檢測(cè)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(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，提高自動(dòng)化程度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人工成本。
