CN109174424A - 一种物料粉碎过程中水分在线控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，包括粉碎系统，该粉碎系统上连接有干燥气体补充装置和在线检测装置，粉碎系统、在线检测装置和干燥气体补充装置分别与电力控制系统连接，电力控制系统由PLC控制系统进行控制,同时本发明还公开了一种物料粉碎过程中水分在线控制系统的控制方法，本发明可适时适量补充干燥气体或者全部置换系统内的潮湿气体，实现了产品水分的在线检测和在线控制。

Description

一种物料粉碎过程中水分在线控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及物料超微细粉碎技术领域，尤其涉及一种锂电池正极材料在超微细粉碎过程中水分的在线控制方法及控制系统。

背景技术

锂离子电池正极材料在成品制备阶段为提高电池的电化学性能对水分含量的要求极高，正极材料经过前道工序的焙烧或干燥之后在进入超细粉碎工序之前水分含量已降至极限，但在超微粉碎的过程中由于颗粒粒径变小后导致颗粒比表面积大幅增加，在与空气接触过程中极易吸潮，导致水分增加。

常规的解决办法是将粉碎机放置在一个封闭的空间内，对这个空间内的水分进行控制，从而减少粉碎过程中物料水分的摄入。但是该方案使得厂房投资高，车间内除湿的运行成本高。

山东埃尔派公司对粉碎机系统进行优化，（专利号：ZL201520098685.8锂电池正极材料专用粉碎机及其闭路循环粉碎系统）对粉碎机粉碎过程中吸入的空气采用闭路循环的工艺，可以有效避免粉碎系统之外的水分含量较高的新鲜空气进入系统，从而减少水分的摄入。该方案的缺点是当系统发生意外，产品水分超标时粉碎系统无法实现自动调整，不能确保产品的水分维持在一个正常区间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足，提供一种能确保产品的水分维持在一个正常区间的物料粉碎过程中水分在线控制系统。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，包括粉碎系统，该粉碎系统上连接有可以补充干燥气体的干燥气体补充装置和可以对粉碎系统内气体关键指标进行检测的在线检测装置，粉碎系统、在线检测装置和干燥气体补充装置分别与电气控制系统电连接，电气控制系统由PLC控制系统进行控制，PLC控制系统根据在线检测装置测得的数据通过电气控制系统实现对粉碎系统和干燥气体补充装置的控制，继而使粉碎系统中产品的水分维持在一个正常区间。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：所述干燥气体补充装置包括连接在粉碎系统上的干燥气源，干燥气源与粉碎系统之间连接有干燥气体流量控制系统。

进一步优化：所述干燥气体流量控制系统包括用于控制干燥气体流量且并联连接的小流量控制系统和大流量控制系统。

进一步优化：所述小流量控制系统包括串联连接的第一流量调节阀与第二电磁阀。

进一步优化：所述大流量控制系统包括串联连接的第二流量调节阀与第三电磁阀。

进一步优化：所述第一流量调节阀与干燥气源之间连接有第二压力变送器。

进一步优化：所述第二电磁阀与粉碎系统之间连接有第二空气流量计。

进一步优化：所述粉碎系统上连接有第一气动蝶阀，第一气动蝶阀与在线检测装置之间连接有第一电磁阀。

进一步优化：所述在线检测装置包括连接在粉碎系统上的第一压力变送器、温度及湿度露点仪和第一空气流量计。

本发明通过设置一种粉碎机闭路循环系统，实现了空气的循环使用，最大程度减少水分的摄入，通过设计气体在线流量计、露点仪（或温湿度检测仪）、压力表等检测装置对粉碎系统内的气体流量、温度、湿度、压力等关键指标进行检测。

本发明另一个发明目的为提供一种能确保产品的水分维持在一个正常区间的物料粉碎过程中水分在线控制方法。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种物料粉碎过程中水分在线控制方法，包括以下步骤：

1）、系统运行前的准备

分别对第一流量调节阀和第二流量调节阀进行调整；

2）、启动粉碎系统；

3）、在线检测装置对粉碎系统内气体的关键指标进行检测；

4）、根据检测的结果判断是否需要补充干燥气体；

5）、根据检测的结果判断是否需要泄压。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：在上述步骤1）中，将第一流量调节阀调节至0.1-0.2Mpa，将第二流量调节阀调整至0.2-0.4Mpa。

进一步优化：在上述步骤4）中，当在线检测装置中的温度及湿度露点仪检测的值HH≥MI≥H时，以小流量向粉碎系统中充入干燥气体。

进一步优化：在上述步骤4）中，当在线检测装置中的温度及湿度露点仪检测的值MI＞HH时，以大流量向粉碎系统中充入干燥气体。

进一步优化：在上述步骤5）中，当在线检测装置中的第一压力变送器检测的值PI大于H时，开始泄压；

当第一压力变送器检测的值PI小于H﹣a时，停止泄压。

本发明将在线检测装置对粉碎系统内的气体流量、温度、湿度、压力等关键指标进行检测，并与粉碎机的相关关键参数进行互动，适时适量补充干燥气体或者全部置换系统内的潮湿气体，实现了产品水分的在线检测和在线控制，本发明可以充入干燥的空气，也可以充入氮气，水分控制可以实现更好的效果。

本发明与现有技术在物料粉碎过程中水分控制比较：

	国内同行	国外同行	本发明	本发明
					露点	6-10℃	0–-5℃	-5℃–-10℃	--
湿度	30%-40%	10%-12%	8%-10%	0
					通入介质	空气	空气	空气	氮气

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明在实施例中的结构示意图；

图2为本发明在实施例中PLC控制系统的逻辑图。

图中：1-原料仓；2-喂料机（RF01）；3-粉碎机；4-旋风收集器；5-脉冲袋式收集器；6-精密过滤器；7-引风机；8-消音器；PM01-第一压力变送器；PM02-第二压力变送器；TM01-温度及湿度露点仪；FM01-第一空气流量计；FM02-第二空气流量计；MBV01-第一手动球阀；MBV02-第二手动球阀；MBV03-第三手动球阀；MBV04-第四手动球阀；DV01-第一电磁阀；DV01-第二电磁阀；DV03-第三电磁阀；PFV01-第一气动蝶阀；PFV02-第二气动蝶阀；MFV01-第一手动蝶阀；MFV02-第二手动蝶阀；AV01-第一流量调节阀；AV02-第二流量调节阀。

具体实施方式

实施例，如图1、图2所示，一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，包括用来对物料进行粉碎、分离、过滤和收集的粉碎系统，该粉碎系统上连接有可以补充干燥气体的干燥气体补充装置和可以对粉碎系统内气体流量、温度、湿度、压力等关键指标进行检测的在线检测装置，粉碎系统、在线检测装置和干燥气体补充装置分别与电气控制系统连接，电气控制系统可以对粉碎系统和干燥气体补充装置进行控制，电气控制系统由PLC控制系统进行控制，PLC控制系统根据在线检测装置测得的数据通过电气控制系统实现对粉碎系统和干燥气体补充装置的控制，继而使粉碎系统中产品的水分维持在一个正常区间。

所述粉碎系统包括原料仓1和喂料机2，喂料机2上按照气体的流向通过管道依次串接有粉碎机3、旋风收集器4、脉冲袋式收集器5、精密过滤器6、引风机7和消音器8，消音器8又与粉碎机3通过管道连接，并使粉碎系统形成闭路循环。

所述在线检测装置包括连接在消音器8与粉碎机3之间的第一压力变送器PM01、温度及湿度露点仪TM01和第一空气流量计FM01，第一压力变送器PM01、温度及湿度露点仪TM01和第一空气流量计FM01可以分别对消音器8与粉碎机3之间流动气体的流量、温度、湿度、压力等关键指标进行检测。

所述干燥气体补充装置包括连接在消音器8与粉碎机3之间的干燥气源，干燥气源与消音器8与粉碎机3之间的管道上连接有第一流量调节阀AV01、第二流量调节阀AV02、第二电磁阀DV02和第三电磁阀DV03。

所述第一流量调节阀AV01与第二电磁阀DV02串联并可以控制干燥气源的以小流量充入，即为小流量控制系统。

所述第二流量调节阀AV02与第三电磁阀DV03串联并可以控制干燥气源以大流量充入，即为大流量控制系统。

所述小流量控制系统和大流量控制系统构成干燥气体流量控制系统。

所述第一流量调节阀AV01和第二电磁阀DV02与第二流量调节阀AV02和第三电磁阀DV03之间并联。

所述第一流量调节阀AV01与干燥气源之间连接有第三手动球阀MBV03，第三手动球阀MBV03与第一流量调节阀AV01之间连接有第二压力变送器PM02。

所述第二电磁阀DV02与消音器8与粉碎机3之间的管道上连接有第四手动球阀MBV04，第四手动球阀MBV04与第二电磁阀DV02之间连接有第二空气流量计FM02。

所述消音器8与粉碎机3之间的管道上通过第二气动蝶阀PFV02连接有清洁气源。

所述消音器8的一端连接有第一手动蝶阀MFV01，第一手动蝶阀MFV01的一端设置为排放口。

所述精密过滤器6和引风机7之间连接有第二手动蝶阀MFV02，消音器8与第二气动蝶阀PFV02之间连接有第一气动蝶阀PFV01。

所述第一气动蝶阀PFV01可以控制消音器8与粉碎机3之间连接的通断或两者之间气体流动的大小。

所述第一气动蝶阀PFV01与在线检测装置之间连接有第一电磁阀DV01，第一电磁阀DV01上并接有第一手动球阀MBV01，第一电磁阀DV01与第一气动蝶阀PFV01之间连接有第二手动球阀MBV02。

所述第一电磁阀DV01和第一手动球阀MBV01的输出端设置为泄压口，这样可以对粉碎机3与消音器8之间管道内的压力进行调节。

所述喂料机2、粉碎机3、旋风收集器4、脉冲袋式收集器5、精密过滤器6、引风机7、消音器8、第一电磁阀DV01、第二电磁阀DV02、第三电磁阀DV03、第一气动蝶阀PFV01、第二气动蝶阀PFV02分别由接触器或继电器进行控制，该多个接触器或继电器、第一压力变送器PM01、第二压力变送器PM02、温度及湿度露点仪TM01、第一空气流量计FM01、第二空气流量计FM02、第一流量调节阀AV01、第二流量调节阀AV02共同构成电气控制系统。

如图2所示，本发明还提供了一种上述物料粉碎过程中水分在线控制系统的物料粉碎过程中水分在线控制方法，包括以下步骤：

1）、系统运行前的准备

将第一手动蝶阀MFV01手动调节至28%-33%开度，将第二手动蝶阀MFV02手动旋转至同管道水平方向一致位置（即全部开启），将第一流量调节阀AV01手动顺时针旋转调节至0.1-0.2Mpa左右（小流量位置），将第二流量调节阀AV02手动顺时针旋转调节0.2-0.4Mpa（大流量位置），将第一手动球阀MBV01关闭以及第二手动球阀MBV02、第三手动球阀MBV03和第四手动球阀MBV04打开。

2）、启动粉碎系统

按照工艺要求启动生产线设备粉碎机3、旋风收集器4、脉冲袋式收集器5、精密过滤器6、引风机7；

物料从原料仓1经喂料机2进入粉碎机3，经粉碎机3粉碎至合格粒度后，在负压风机（引风机7）的吸力作用下，物料沿输料管道进入旋风收集装置（旋风收集器4），将合格物料收集，少量粉末继续沿输料管道进入集尘器收集（脉冲袋式收集器5），脉冲袋式收集器5排放的尾气进入安全过滤器（精密过滤器6）二次过滤，以确保洁净空气进入粉碎机3循环使用。

3）、在线检测装置对消音器8与粉碎机3之间管道内气体的流量、温度、湿度、压力等关键指标进行检测；

当温度及湿度露点仪TM01检测的值HH≥MI≥H，且第一气动蝶阀PFV01的处于关闭状态（整个水分在线控制系统为通路状态）时，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制第二电磁阀DV02打开，小流量充入干燥气体，并进行下一步骤；

当第一气动蝶阀PFV01处于开启状态（整个水分在线控制系统为短路状态）时，也进行下一步骤。

4）、判断第一压力变送器PM01检测的值PI是否大于H，若为是，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制第一电磁阀DV01打开，开始泄压并进行下一步骤；

若为否，也进行下一步骤。

5）、判断第一压力变送器PM01检测的值PI是否小于H﹣a，若为是，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制第一电磁阀DV01关闭，停止泄压并重复进行步骤3）；

若为否，也重复进行步骤3）。

6）、当温度及湿度露点仪TM01检测的数据MI＞HH，且喂料机2为停止状态时，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制第一气动蝶阀PFV01关闭，打开第三电磁阀DV03，大流量充入干燥气体，然后进行步骤4）；

当温度及湿度露点仪TM01检测的数据MI＞HH，且喂料机2为运行状态时，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制喂料机2停止，然后控制第一气动蝶阀PFV01关闭，打开第三电磁阀DV03，大流量充入干燥气体，然后进行步骤4）。

7）、当温度及湿度露点仪TM01检测的数据MI＜H时，判断第一气动蝶阀PFV01是否打开，若为否，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制第一气动蝶阀PFV01打开，关闭第三电磁阀DV03，停止大流量充入干燥气体，并进行下一步骤；

若为是，也进行下一步骤。

8）、判断第二电磁阀DV02是否打开，若为否，那么判断喂料机2是否运行，若喂料机2停止运行，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制喂料机2运行，投入原料正常生产，然后进行步骤4）；

若喂料机2为运行状态，也进行步骤4）；

若第二电磁阀DV02为开启状态，那么判断温度及湿度露点仪TM01的检测值MI是否小于H-a1，若为否，那么判断喂料机2是否运行，若喂料机2停止运行，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制喂料机2运行，投入原料正常生产，然后进行步骤4）；

若喂料机2为运行状态，也进行步骤4）；

若第二电磁阀DV02为开启状态，且温度及湿度露点仪TM01的检测值MI小于H-a1，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制第二电磁阀DV02关闭，停止小流量补充干燥气体，然后判断喂料机2是否运行，若喂料机2停止运行，那么PLC控制系统通过电气控制系统控制喂料机2运行，投入原料正常生产，然后进行步骤4）；

若喂料机2为运行状态，也进行步骤4）。

所述H为高警戒值（即湿度或露点或压力上限值），湿度的上限值为30±1rh%，露点的上限值为6±1℃左右，压力的上限值为5±0.01Kpa。

所述HH为高高警戒值（即湿度或露点超限值），湿度的超限值为40±1rh%，露点的超限值为10±1℃左右。

所述a为压力控制参数的回差值，该回差值的参考范围为：0-5Kpa，a1为湿度或露点控制参数的回差值，湿度控制参数的回差值为10rh%-40rh%，露点控制参数的回差值为-10℃-10℃。

所述物料的超微粉碎不仅限于锂电正极材料的超微粉碎，也包括锂电负极材料等其它对水分含量要求高的物料的粉碎。

所述干燥气源不仅限于干燥的压缩空气，也适用于氮气等其它不含水分的惰性气体等干燥气体。

本发明通过设置一种粉碎机闭路循环系统，实现了空气的循环使用，最大程度减少水分的摄入，通过设计气体在线流量计、露点仪（或温湿度检测仪）、压力表等检测装置对粉碎系统内的气体流量、温度、湿度、压力等关键指标进行检测，并与粉碎机的相关关键参数进行互动，适时适量补充干燥气体或者全部置换系统内的潮湿气体，实现了产品水分的在线检测和在线控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (12)

1.一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，包括粉碎系统，其特征在于：该粉碎系统上连接有可以补充干燥气体的干燥气体补充装置和可以对粉碎系统内气体关键指标进行检测的在线检测装置，粉碎系统、在线检测装置和干燥气体补充装置分别与电气控制系统电连接，电气控制系统由PLC控制系统进行控制，PLC控制系统根据在线检测装置测得的数据通过电气控制系统实现对粉碎系统和干燥气体补充装置的控制，继而使粉碎系统中产品的水分维持在一个正常区间。

2.根据权利要求1所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，其特征在于：所述干燥气体补充装置包括连接在粉碎系统上的干燥气源，干燥气源与粉碎系统之间连接有干燥气体流量控制系统。

3.根据权利要求2所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，其特征在于：所述干燥气体流量控制系统包括用于控制干燥气体流量且并联连接的小流量控制系统和大流量控制系统。

4.根据权利要求3所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，其特征在于：所述小流量控制系统包括串联连接的第一流量调节阀（AV01）与第二电磁阀（DV02）。

5.根据权利要求4所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，其特征在于：所述大流量控制系统包括串联连接的第二流量调节阀（AV02）与第三电磁阀（DV03）。

6.根据权利要求5所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，其特征在于：所述粉碎系统上连接有第一气动蝶阀（PFV01），第一气动蝶阀（PFV01）与在线检测装置之间连接有第一电磁阀（DV01）。

7.根据权利要求6所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制系统，其特征在于：所述在线检测装置包括连接在粉碎系统上的第一压力变送器（PM01）、温度及湿度露点仪（TM01）和第一空气流量计（FM01）。

8.一种如权利要求1-7任一所述的物料粉碎过程中水分在线控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、系统运行前的准备

分别对第一流量调节阀（AV01）和第二流量调节阀（AV02）进行调整；

2）、启动粉碎系统；

3）、在线检测装置对粉碎系统内气体的关键指标进行检测；

4）、根据检测的结果判断是否需要补充干燥气体；

5）、根据检测的结果判断是否需要泄压。

9.根据权利要求8所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制方法，其特征在于：在上述步骤1）中，将第一流量调节阀（AV01）调节至0.1-0.2Mpa，将第二流量调节阀（AV02）调整至0.2-0.4Mpa。

10.根据权利要求8所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制方法，其特征在于：在上述步骤4）中，当在线检测装置中的温度及湿度露点仪（TM01）检测的值HH≥MI≥H时，以小流量向粉碎系统中充入干燥气体。

11.根据权利要求8所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制方法，其特征在于：在上述步骤4）中，当在线检测装置中的温度及湿度露点仪（TM01）检测的值MI＞HH时，以大流量向粉碎系统中充入干燥气体。

12.根据权利要求8所述的一种物料粉碎过程中水分在线控制方法，其特征在于：在上述步骤5）中，当在线检测装置中的第一压力变送器（PM01）检测的值PI大于H时，开始泄压；

当第一压力变送器（PM01）检测的值PI小于H﹣a时，停止泄压。