CN117065421A - 过滤装置、过滤浓缩机以及结晶设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了过滤装置、过滤浓缩机以及结晶设备，解决了现有技术中环管安装方式对流场造成较大干扰的技术问题。过滤装置，使用时设置于容器内并将容器内的固液混合物在不分流至其它容器的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出容器；其特征在于：过滤装置包括过滤结构，所述过滤结构包括：过滤元件，所述过滤元件包括外侧板和内侧板，所述内侧板和/外侧板为竖向过滤面；清液腔，所述清液腔形成于外侧板和内侧板之间，经所述竖向过滤面过滤后的清液流入所述清液腔；安装组件，用于安装所述过滤元件并使过滤装置与容器同轴布置；所述过滤元件呈圆筒形或呈圆弧形。
Description
技术领域
本发明涉及固液分离的技术领域，具体而言，涉及过滤装置、过滤浓缩机以及结晶设备。
背景技术
目前，锂离子二次电池正极材料三元前驱体的制备过程中，将硫酸镍(或氯化镍)、硫酸钴(或氯化钴)、硫酸锰(或氯化锰)配置成一定摩尔浓度的混合盐溶液，将氢氧化钠配置成一定摩尔浓度的碱溶液，用一定浓度的氨水作为络合剂，再将混合盐溶液、碱溶液和络合剂以一定的流量加入反应釜，控制反应釜的搅拌速率，反应浆料的温度和pH值，以及反应气氛(目前一般要求反应过程在氮气保护下完成)等，使盐、碱发生中和反应生成三元前驱体晶核并逐渐长大，当粒度达到预定值后，将反应产物过滤、洗涤、干燥，得到三元前驱体。可见，反应过程中需要控制的工艺参数较多，主要包括：盐和碱的浓度、氨水浓度、盐溶液和碱溶液加入反应釜的速率、反应温度、反应过程的pH值、搅拌速率、反应时间、反应浆料固含量、反应气氛等等。三元前驱体制备完成后，再将三元前驱体与锂源按一定比例混合均匀，然后再进行煅烧，再将冷却后的物料进行破碎、粉碎、分级和干燥，得到锂离子二次电池正极材料。
上述反应釜实际上包括主反应釜和次反应釜；次反应釜旁还布署了过滤浓缩机，用于实施“釜外浓缩”。锂离子二次电池正极材料三元前驱体的制备过程中，硫酸镍(或氯化镍)、硫酸钴(或氯化钴)、硫酸锰(或氯化锰)配置成的一定摩尔浓度的混合盐溶液以及氢氧化钠配置成的一定摩尔浓度的碱溶液等原料均被加入主反应釜，而主反应釜中的料液超过设定高度后再溢流至次反应釜。随着结晶反应的原料(盐溶液、碱溶液、氨水)不断加入主反应釜，主反应釜中的料液不断的溢流至次反应釜，次反应釜中的料液再进入过滤浓缩机。
过滤浓缩机的容器中安装有滤芯并设有搅拌装置，通过滤芯对料液进行过滤后可从过滤浓缩机输出清液，清液作为母液可重新用于反应，而过滤浓缩机中的浓缩液则通过已浓缩浆料回流结构返回主反应釜或次反应釜。过滤浓缩机中的搅拌装置一般包括驱动总成、转轴总成和桨叶总成，所述驱动总成安装在过滤浓缩机容器上端面上，所述转轴总成的上端与所述驱动总成相连而下端伸入所述容器内，所述桨叶总成安装在所述转轴总成上，当桨叶总成旋转时可以对浆料进行搅拌，防止料液中的结晶颗粒物沉降并延长滤芯上滤饼形成时间。然而，上述将主反应釜、次反应釜和过滤浓缩机相结合的结晶工艺不仅设备数量较多导致采购和使用成本高；而且料液需分别在主反应釜、次反应釜外和过滤浓缩机中停留反应，影响三元前驱体的一致性。
为此，本申请的申请人提交了申请号为202310102815X的专利申请，通过将主反应釜、次反应釜和过滤浓缩机整合为一个结晶设备，解决了目前结晶工艺存在的设备数量较多、料液在不同设备中停留反应影响结晶颗粒物一致性的技术问题。结晶设备的改进也可以运用在申请号为2023100816273、2023101028179、2023201912678、2023201912771、2023100858098的过滤浓缩机上。
但是，在后续实践中发现，已提交专利申请中的滤芯采用盘管安装滤棒的方式布置于结晶设备的反应釜内或过滤浓缩机的筒体内，对反应釜和筒体的流场造成了较大的干扰，对结晶物的颗粒度、均匀度影响较大，因此需要改进这种传统的环管安装方式。
发明内容
本发明的主要目的在于提供过滤装置、过滤浓缩机以及结晶设备，以解决现有技术中环管安装方式对流场造成较大干扰的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了过滤装置，技术方案如下：
过滤装置，使用时设置于容器内并将容器内的固液混合物在不分流至其它容器的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出容器；其特征在于：过滤装置包括过滤结构，所述过滤结构包括：过滤元件，所述过滤元件包括外侧板和内侧板，所述内侧板和/外侧板为竖向过滤面；清液腔，所述清液腔形成于外侧板和内侧板之间，经所述竖向过滤面过滤后的清液流入所述清液腔；安装组件，用于安装所述过滤元件并使过滤装置与容器同轴布置；当过滤装置仅包括一个过滤结构时，所述过滤元件呈圆筒形；当过滤装置包括呈环形排列的多个过滤结构时，所述过滤元件呈圆弧形。
作为上述的过滤装置的进一步改进：所述竖向过滤面采用厚度为1.5～10mm的多孔材料；所述过滤装置的内径为容器内径的0.3～0.75倍。
作为上述的过滤装置的进一步改进：过滤装置包括呈环形排列的多个过滤结构，所述安装组件包括与容器同轴布置的支撑筒，支撑筒上端与容器连接，支撑筒筒壁上开设有与过滤元件外缘和数量适配的安装位。
作为上述的过滤装置的进一步改进：所述安装组件还包括连接支撑筒顶部和容器顶部的第一连接机构，第一连接机构包括第一环形板和竖向管，竖向管上端与容器顶部连接，竖向管下端与第一环形板连接，相邻竖向管之间形成导流通道，第一环形板与支撑筒顶部可拆卸连接。
作为上述的过滤装置的进一步改进：所述竖向过滤面覆盖住安装位，竖向过滤面的边缘处与支撑筒筒壁可拆卸连接，安装位为与竖向过滤面适配的通道或凹槽，安装位底部设有与清液腔导通的排液口。
作为上述的过滤装置的进一步改进：所述竖向过滤面外缘与支撑筒筒壁的接触面上设有通孔，安装组件还包括与通孔适配的螺栓组件；竖向过滤面与支撑筒筒壁之间设有密封垫。
作为上述的过滤装置的进一步改进：过滤装置包括呈环形排列的多个过滤结构，过滤元件还包括连接外侧板和内侧板的底板和侧板，底板上设有与清液腔导通的排液口；安装组件包括连接过滤元件顶部和容器顶部的第二连接机构，第二连接机构包括第二环形板和竖向管，竖向管上端与容器顶部连接，竖向管下端与第二环形板连接，相邻竖向管之间形成导流通道，第二环形板上设有与圆弧形过滤元件厚度适配的弧形槽，圆弧形过滤元件插入弧形槽后通过与排液口连接的排水管固定于容器底部和支撑筒之间。
作为上述的过滤装置的进一步改进：过滤装置仅包括一个过滤结构，过滤元件还包括连接外侧板和内侧板的底板，底板上设有与清液腔导通的排液口；安装组件包括连接过滤元件顶部和容器顶部的第三连接机构，第三连接机构包括第三环形板和竖向管，竖向管上端与容器顶部连接，竖向管下端与第三环形板连接，相邻竖向管之间形成导流通道，第三环形板上设有与圆筒形过滤元件厚度适配的圆形槽，圆筒形过滤元件插入圆形槽后通过与排液口连接的排水管固定于容器底部和支撑筒之间。
为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，还提供了过滤浓缩机，技术方案如下：
过滤浓缩机，该过滤浓缩机使用时以间隔方式或连续方式不断地接收接收反应釜生成的固液混合物并对固液混合物进行过滤浓缩；具有上述第一方面所述的过滤装置，所述容器为过滤浓缩机的筒体，过滤装置将筒体内的固液混合物在不分流至其它容器的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出筒体。
为了实现上述目的，根据本发明的第三个方面，还提供了结晶设备，技术方案如下：
结晶设备，该结晶设备运行过程中以间隔方式或连续方式不断地接收参与结晶反应的原料并在反应釜内发生结晶反应；具有上述第一方面所述的过滤装置，所述容器为结晶设备的反应釜，过滤装置将反应釜内的固液混合物在不分流至其它容器的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出反应釜。
本发明的过滤装置采用沿容器环向布置、片状的竖向过滤面进行过滤，可以有效减少弯折的料液流动路径，从而减少破坏容器内部流场均匀性的因素，可以显著提升过滤效率。当应用于过滤浓缩机和结晶设备时，在搅拌装置的搅拌作用下，过滤装置还可以产生导流作用，使容器内的固液混合物在过滤装置的内部和外部循环运动，可以防止物料凝结，从而提升物料分布的均匀性，从而可以有效控制颗粒物的颗粒度，提升颗粒物的均匀性。由此可见，本发明的过滤装置、过滤浓缩机以及结晶设备的结构简单，安装和使用方便，有效解决了现有技术中环管安装方式对流场造成较大干扰的技术问题，可以但是不限于应用于锂离子二次电池正极材料三元前驱体的制备过程中，具有极强的实用性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1的过滤装置的侧视图。
图2为图1中A1-A1向剖视图。
图3为图1中A2处的放大图。
图4为本发明实施例2的过滤装置的侧视图。
图5为图4中B1-B1向剖视图。
图6为图4中B2处的放大图。
图7为本发明实施例3的过滤装置的侧视图。
图8为本发明实施例4的过滤装置的侧视图。
图9为本发明实施例5的过滤装置的侧视图。
上述附图中的有关标记为：
100-容器，210-过滤元件，211-外侧板，212-内侧板，220-清液腔，230-螺栓组件，240-支撑筒，250-安装位，310-排水管，320-排液口，330-导流通道，400-竖向管，410-第一环形板，420-第二环形板，430-第三环形板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
实施例1
图1为本实施例的过滤装置的侧视图。图2为图1中A1-A1向剖视图。图3为图1中A2处的放大图。
如图1-3所示的过滤装置使用时设置于容器100内并将容器100内的固液混合物在不分流至其它容器100的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出容器100。过滤装置包括呈环形排列的四个过滤结构，所述过滤结构包括过滤元件210、清液腔220和安装组件。所述过滤元件210包括外侧板211和内侧板212，所述过滤元件210呈圆弧形。所述清液腔220形成于外侧板211和内侧板212之间。所述安装组件用于安装所述过滤元件210并使过滤装置与容器100同轴布置。所述过滤装置的内径为容器100内径的0.6倍。
所述安装组件包括与容器100同轴布置的支撑筒240，支撑筒240上端与容器100连接，支撑筒240筒壁的上部开设有导流通道330，支撑筒240筒壁的下部上开设有与过滤元件210外缘和数量适配的安装位250，安装位250底部设有与清液腔220导通的排液口320。
所述内侧板212为与支撑筒240一体成型的不锈钢板，所述外侧板211为竖向过滤面，竖向过滤面采用厚度为1.5～10mm的多孔材料，所述多孔材料为金属多孔材料、陶瓷多孔材料或金属陶瓷复合多孔材料，经所述竖向过滤面过滤后的清液流入所述清液腔220。
安装位250为与竖向过滤面适配的凹槽，所述竖向过滤面覆盖住安装位250，竖向过滤面外缘与支撑筒240筒壁的接触面上设有通孔，安装组件还包括与通孔适配的螺栓组件230，竖向过滤面与支撑筒240筒壁之间设有密封垫。
实施例2
图4为本实施例的过滤装置的侧视图。图5为图4中B1-B1向剖视图。图6为图4中B2处的放大图。
与实施例1相比，本实施例的过滤装置具有的区别是：如图4-6所示，外侧板211和内侧板212均为竖向过滤面，安装位250为与竖向过滤面适配的通道。由此，可以显著提升过滤元件的过滤面积。
实施例3
图7为本实施例的过滤装置的侧视图。
与实施例1或2相比，本实施例的过滤装置具有的区别是：如图7所示，所述安装组件还包括连接支撑筒240顶部和容器100顶部的第一连接机构，第一连接机构包括第一环形板410和竖向管400，竖向管400上端与容器100顶部连接，竖向管400下端与第一环形板410连接，相邻竖向管400之间形成导流通道330，第一环形板410与支撑筒240顶部通过螺栓组件230连接。
与实施例1相比，本实施例可以在外部将过滤元件210和支撑筒240组装完成后再放入容器100中与第一环形板410相连，操作更加方便。
在上述的实施例1-3中，为了降低支撑筒240的重量，可以将支撑筒240制成整体中空或局部中空的结构，中空处可直接作为清液腔220使用。图3和图6中箭头表示清液的流动方向。
实施例4
图8为本实施例的过滤装置的侧视图。
与实施例1相比，本实施例的过滤装置具有的区别是：如图8所示，过滤元件210还包括连接外侧板211和内侧板212的底板和侧板，底板上设有与清液腔220导通的排液口320；安装组件包括连接过滤元件210顶部和容器100顶部的第二连接机构。
第二连接机构包括第二环形板420和竖向管400，竖向管400上端与容器100顶部连接，竖向管400下端与第二环形板420连接，相邻竖向管400之间形成导流通道330，第二环形板420上设有与圆弧形过滤元件210厚度适配的弧形槽，圆弧形过滤元件210插入弧形槽后通过与排液口320连接的排水管310固定于容器100底部和支撑筒240之间。
由此，四个过滤元件210首尾相邻，不再使用支撑筒240，减少成本。为了减少相邻过滤元件210的侧板间隙对流场造成影响，应尽量保证侧板拼接处的严密性。
实施例5
图9为本实施例的过滤装置的侧视图。
与实施例4相比，本实施例的过滤装置具有的区别是：如图9所示，过滤装置仅包括一个过滤结构，所述过滤元件210呈圆筒形。过滤元件210还包括连接外侧板211和内侧板212的底板，底板上设有与清液腔220导通的排液口320；安装组件包括连接过滤元件210顶部和容器100顶部的第三连接机构。
第三连接机构包括第三环形板430和竖向管400，竖向管400上端与容器100顶部连接，竖向管400下端与第三环形板430连接，相邻竖向管400之间形成导流通道330，第三环形板430上设有与圆筒形过滤元件210厚度适配的圆形槽，圆筒形过滤元件210插入圆形槽后通过与排液口320连接的排水管310固定于容器100底部和支撑筒240之间。由此，虽然可以显著提升安装效率，减少排水管310数量，但是不可以局部更换过滤元件210，适用于体积较小的容器100。
本发明的过滤浓缩机使用时以间隔方式或连续方式不断地接收接收反应釜生成的固液混合物并对固液混合物进行过滤浓缩；其具体的实施例为具有上述的过滤装置，所述容器100为过滤浓缩机的筒体，过滤装置将筒体内的固液混合物在不分流至其它容器100的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出筒体。
本发明的结晶设备运行过程中以间隔方式或连续方式不断地接收参与结晶反应的原料并在反应釜内发生结晶反应；其具体的实施例为具有上述的过滤装置，所述容器100为结晶设备的反应釜，过滤装置将反应釜内的固液混合物在不分流至其它容器100的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出反应釜。
过滤装置的清液腔220中的清液通过排水管310排出，所述排水管310的一端与过滤元件210的下端连接，另一端以直线方式穿过容器100、筒体或反应釜的底部。排水管310除了具备排水功能之外，还可以对上方的过滤装置进行支撑。
本发明的过滤浓缩机和结晶设备的其它结构如搅拌装置直接参照背景技术中申请人已提交的专利申请即可。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.过滤装置，使用时设置于容器(100)内并将容器(100)内的固液混合物在不分流至其它容器(100)的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出容器(100)；其特征在于：过滤装置包括过滤结构，所述过滤结构包括：
过滤元件(210)，所述过滤元件(210)包括外侧板(211)和内侧板(212)，所述内侧板(212)和/外侧板(211)为竖向过滤面；
清液腔(220)，所述清液腔(220)形成于外侧板(211)和内侧板(212)之间，经所述竖向过滤面过滤后的清液流入所述清液腔(220)；
安装组件，用于安装所述过滤元件(210)并使过滤装置与容器(100)同轴布置；
当过滤装置仅包括一个过滤结构时，所述过滤元件(210)呈圆筒形；当过滤装置包括呈环形排列的多个过滤结构时，所述过滤元件(210)呈圆弧形。
2.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于：所述竖向过滤面采用厚度为1.5～10mm的多孔材料；所述过滤装置的内径为容器(100)内径的0.3～0.75倍。
3.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于：过滤装置包括呈环形排列的多个过滤结构，所述安装组件包括与容器(100)同轴布置的支撑筒(240)，支撑筒(240)上端与容器(100)连接，支撑筒(240)筒壁上开设有与过滤元件(210)外缘和数量适配的安装位(250)。
4.如权利要求3所述的过滤装置，其特征在于：所述安装组件还包括连接支撑筒(240)顶部和容器(100)顶部的第一连接机构，第一连接机构包括第一环形板(410)和竖向管(400)，竖向管(400)上端与容器(100)顶部连接，竖向管(400)下端与第一环形板(410)连接，相邻竖向管(400)之间形成导流通道(330)，第一环形板(410)与支撑筒(240)顶部可拆卸连接。
5.如权利要求3所述的过滤装置，其特征在于：所述竖向过滤面覆盖住安装位(250)，竖向过滤面的边缘处与支撑筒(240)筒壁可拆卸连接，安装位(250)为与竖向过滤面适配的通道或凹槽，安装位(250)底部设有与清液腔(220)导通的排液口(320)。
6.如权利要求5所述的过滤装置，其特征在于：所述竖向过滤面外缘与支撑筒(240)筒壁的接触面上设有通孔，安装组件还包括与通孔适配的螺栓组件(230)；竖向过滤面与支撑筒(240)筒壁之间设有密封垫。
7.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于：过滤装置包括呈环形排列的多个过滤结构，过滤元件(210)还包括连接外侧板(211)和内侧板(212)的底板和侧板，底板上设有与清液腔(220)导通的排液口(320)；安装组件包括连接过滤元件(210)顶部和容器(100)顶部的第二连接机构，第二连接机构包括第二环形板(420)和竖向管(400)，竖向管(400)上端与容器(100)顶部连接，竖向管(400)下端与第二环形板(420)连接，相邻竖向管(400)之间形成导流通道(330)，第二环形板(420)上设有与圆弧形过滤元件(210)厚度适配的弧形槽，圆弧形过滤元件(210)插入弧形槽后通过与排液口(320)连接的排水管(310)固定于容器(100)底部和支撑筒(240)之间。
8.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于：过滤装置仅包括一个过滤结构，过滤元件(210)还包括连接外侧板(211)和内侧板(212)的底板，底板上设有与清液腔(220)导通的排液口(320)；安装组件包括连接过滤元件(210)顶部和容器(100)顶部的第三连接机构，第二连接机构包括第三环形板(430)和竖向管(400)，竖向管(400)上端与容器(100)顶部连接，竖向管(400)下端与第三环形板(430)连接，相邻竖向管(400)之间形成导流通道(330)，第三环形板(430)上设有与圆筒形过滤元件(210)厚度适配的圆形槽，圆筒形过滤元件(210)插入圆形槽后通过与排液口(320)连接的排水管(310)固定于容器(100)底部和支撑筒(240)之间。
9.过滤浓缩机，该过滤浓缩机使用时以间隔方式或连续方式不断地接收反应釜生成的固液混合物并对固液混合物进行过滤浓缩；其特征在于：具有权利要求1-8之一所述的过滤装置，所述容器(100)为过滤浓缩机的筒体，过滤装置将筒体内的固液混合物在不分流至其它容器(100)的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出筒体。
10.结晶设备，该结晶设备运行过程中以间隔方式或连续方式不断地接收参与结晶反应的原料并在反应釜内发生结晶反应；其特征在于：具有权利要求1-8之一所述的过滤装置，所述容器(100)为结晶设备的反应釜，过滤装置将反应釜内的固液混合物在不分流至其它容器(100)的情况下以间隔方式或连续方式不断地将固液混合物中的清液排出反应釜。
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