CN112057912B - 双排管旋涡沉降装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料制备技术领域，公开一种双排管旋涡沉降装置，包括合成槽和沉降槽，合成槽内设有搅拌器及两个侧边分别与合成槽槽壁连接的挡板，合成槽在位于挡板两侧的槽壁上分别设有第一接口和第二接口，第一接口和搅拌器位于挡板同侧，挡板靠近合成槽底部的边缘可供合成槽内溶液在挡板两侧流通，沉降槽底部为锥形底部，锥形底部的锥面上设置具有高度差的第一入口和第二入口，第一入口的设置高度高于第二接口的设置高度，第一接口、第二接口和第一入口、第二入口两两之间通过排管接通，沉降槽的非锥形端槽壁上设有出清管。本装置可实现前驱体物料呈漩涡式下沉，改善沉降槽与合成槽通畅性，上清液由出清管引流时可减少物料溢流损失，有效提升产能。

Description

双排管旋涡沉降装置
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，具体地，涉及一种双排管旋涡沉降装置。
背景技术
锂电池三元正极材料前驱体通常采用湿法制备，常用方法为控制结晶氢氧化物连续共沉淀法，随着社会对新能源材料要求的改变，常规设备制得的镍钴锰前驱体材料内部结构不能按一定方向规则排列，且细粉较多，引起正极材料中锂离子不易脱嵌、阳离子容易发生混排，影响循环和倍率性能，导致电池的电性能无法进一步提升。
使用现有沉降设备通过间歇法制取的前驱体，仅依靠自身重力沉降，实现上清液排出，部分物料直接随上清液排出，导致产能降低，虽然增加提浓设备能解决物料随上清排出，但投入较大，使用中滤芯损耗严重，在换型过程中也不易清理，极大地影响了生产效率。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种实现前驱体物料呈漩涡式下沉、减少物料溢流损失、大幅提升产能的双排管旋涡沉降装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种双排管旋涡沉降装置，包括合成槽和沉降槽，合成槽内设有搅拌器及两个侧边分别与合成槽槽壁连接的挡板，合成槽在位于挡板两侧的槽壁上分别设有第一接口和第二接口，第一接口和搅拌器位于挡板同侧，挡板靠近合成槽底部的边缘可供合成槽内溶液在挡板两侧流通，沉降槽底部为锥形底部，锥形底部的锥面上设置具有高度差的第一入口和第二入口，第一入口的设置高度高于第二入口的设置高度，第一接口、第二接口和第一入口、第二入口两两之间通过排管接通，沉降槽的非锥形端槽壁上设有出清管。
进一步地，第一接口设置在搅拌器的搅拌高度处。
更进一步地，第一接口和第二接口之间具有高度差且第二接口设置在第一接口高度以下。
再更进一步地，第一接口与第一入口通过第一排管接通，第二接口与第二入口通过第二排管接通。
再进一步地，第一入口位于锥形底部的锥顶处，第二入口位于锥形底部的锥底处。
还进一步地，第一排管和第二排管管径不同，第一排管管径小于第二排管管径，第二排管管径小于或等于第一排管管径的三倍。
进一步地，锥形底部的锥角为10︒～80︒。
进一步地，出清管设置在沉降槽非锥形端由下至上的2/3高度至顶部之间。
更进一步地，出清管端部连接在沉降槽槽壁上或伸入沉降槽内。
再进一步地，沉降槽的非锥形端为圆柱端，出清管在沉降槽内的伸入长度为圆柱端半径的0%～100%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过设置挡板，同时将第一排管和第二排管分布在挡板两侧，且第一排管和第二排管与沉降槽锥形底部的连接位置具有高度差，此外还将第一排管和第二排管管径作不同选择使排管内压力不同，利用挡板前后的流体速度差异、两根排管形成的倾角差异及排管内压力差异等，使两根排管内料浆在沉降槽内形成流速差，料浆在进入沉降槽锥形底部后，依靠地心引力，实现前驱体物料呈漩涡式下沉，改善沉降槽与合成槽通畅性，上清液通过出清管引流时可大大减少物料溢流损失，进而有效提升产能。
附图说明
图1为实施例1所述的双排管旋涡沉降装置的结构示意图（含合成槽局部剖面）；
图2为实施例2所述的双排管旋涡沉降装置的漩涡沉降效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
提供一种适用于锂电池三元正极材料前驱体物料制备的双排管旋涡沉降装置，如图1所示，其包括合成槽1和沉降槽2，合成槽1内设有搅拌器3及两个侧边分别与合成槽槽壁连接的挡板4，搅拌器3处于合成槽1中心轴处，挡板4靠近合成槽1底部的边缘可供合成槽内溶液在挡板4两侧流通，即挡板将合成槽分成两个底部相互连通的空间；合成槽1在位于挡板4两侧的槽壁上分别设有第一接口11和第二接口12，其中第一接口11和搅拌器3位于挡板4同侧，且第一接口11处在搅拌器搅拌方向的前方，也就是说，搅拌器在旋转过程中，其搅拌叶片搅动的流体是与第一接口首先发生正面接触；沉降槽2底部为锥形底部21，锥形底部21的锥角为30︒，锥形底部21的锥面上设置具有高度差的第一入口和第二入口，第一入口的设置高度高于第二入口的设置高度，第一接口11、第二接口12上分别设有排管，两根排管的另一端分别与第一入口、第二入口接通，沉降槽2的非锥形端槽壁上设有出清管7引流上清液，出清管7的设置高度可在沉降槽非锥形端底部和顶部之间任意选定。
本实施例通过设置挡板，将两根排管与合成槽的连接口分设在挡板两侧，挡板两侧的流体速度会存在差异，进而确保合成槽内溶液在通过排管进入沉降槽后具有流速差，结合沉降槽的锥形底部设计，使沉降槽内的前驱体物料呈漩涡式下沉。
为进一步提升沉降效果，第一接口11设置在搅拌器3的搅拌高度处，第一接口11和第二接口12之间具有高度差且第二接口12设置在第一接口11高度以下，在第一接口11高度处溶液的搅拌速度最快，则从该第一接口11进入排管的物料流体速度会大于从第二接口12进入排管的物料流体速度，物料进入沉降槽后流速差更大，更利于形成漩涡。
本实施例中第一接口11与第一入口通过第一排管5接通，第二接口12与第二入口通过第二排管6接通，且第一入口位于锥形底部21的锥顶处，第二入口位于锥形底部21的锥底处，第二接口12高度处在第一接口11高度下方10cm处，第一排管5和第二排管6之间形成倾角。
此外，第一排管5和第二排管6管径设置为不同，可使两根排管内压力不同，最终从第一入口、第二入口流出的物料流速也会进一步产生区别，具体地，现以排管半径为例，第一排管5半径R1和第二排管6半径R2尺寸一般需满足R1<R2≤3R1，本实施例取R1=1/2R2。
沉降槽2的非锥形端为圆柱端22，出清管7设置在沉降槽圆柱端，出清管的设置位置决定着出清液中物料夹带含量，因此一般将出清管7位置设置在沉降槽圆柱端22由下至上的2/3高度至顶部之间，本实施例选取由下至上的4/5高度处，且出清管7端部伸入沉降槽2内，伸入长度为圆柱端22半径的0%～100%，漩涡在圆心和边际存在线速度差异，针对料浆中大小粒度的不同，带来相应的沉降改善效果，本实施例选取出清管7端部在沉降槽2内的伸入长度为圆柱端22半径1%。
本双排管旋涡沉降装置工作过程如下：搅拌器3开启后，通过蠕动泵将镍钴锰溶液泵入合成槽1中，随着合成槽1内液位的上升，合成槽1与沉降槽2通过第二排管6首先实现联通，防止合成槽液位冒出，当液位进一步上升时，第一排管5联通合成槽1和沉降槽2，因第一排管5和第二排管6分别与挡板4两侧的合成槽槽壁接通，第一接口11高度高于第二接口12，存在高度差异，搅拌器3在顺时针转动过程中，挡板4的存在使得挡板两侧的流体速度产生差异，同时第一排管5、第二排管6管径差异引起排管内压力差异，导致两根排管内料浆在沉降槽内具有流速差；此外第一入口和第二入口在沉降槽2内具有高度差异，两根排管具有倾角差异，物料在进入沉降槽锥形底部21后，依靠向下地心引力，最终实现前驱体物料呈漩涡式下沉，而上清液则通过出清管7引流出反应体系。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：沉降槽锥形底部的锥角为60︒；出清管设置在沉降槽圆柱端由下至上的2/3高度处；出清管端部在沉降槽内的伸入长度为圆柱端半径的10%；第一排管半径R1和第二排管半径R2尺寸满足R1=2/3R2；第二接口高度处在第一接口高度下方5cm处。图2示出了本实施例的漩涡沉降的良好效果。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：第一接口和第二接口等高设置且都在搅拌高度处；第一排管两端分别与第一接口、第二入口接通，第二排管两端分别与第二接口、第一入口接通；沉降槽锥形底部的锥角为65︒；出清管设置在沉降槽圆柱端由下至上的3/5高度处；出清管端部在沉降槽内的伸入长度为圆柱端半径的50%；第一排管半径R1和第二排管半径R2尺寸满足R1=4/5R2。
工作时，随着合成槽内液位的上升，合成槽与沉降槽通过第一排管首先实现联通，防止合成槽液位冒出，当液位进一步上升时，第二排管联通合成槽和沉降槽。本实施例中因第一接口和第二接口设置高度相等，无高度差异，相对于实施例1来说沉降效果略差，但因挡板两侧溶液本身存在流体速度差异、第一排管和第二排管管径差异引起排管内压力差异，导致两根排管内料浆在沉降槽内仍具有流速差；此外第一入口和第二入口在沉降槽内具有高度差异，两根排管仍存在倾角差异，物料在进入沉降槽锥形底部后，依靠地心引力，仍可实现前驱体物料呈漩涡式下沉。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：沉降槽锥形底部的锥角为15︒；出清管设置在沉降槽圆柱端顶部处；出清管端部在沉降槽内的伸入长度为圆柱端半径的5%；第一排管半径R1和第二排管半径R2尺寸满足R1=1/3R2；第二接口高度处在第一接口高度下方5cm处。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：沉降槽锥形底部的锥角为10︒；出清管端部连接在沉降槽槽壁上，即出清管在沉降槽内的伸入长度为圆柱端半径的0%。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于：沉降槽锥形底部的锥角为80︒；出清管在沉降槽内的伸入长度为圆柱端半径的100%。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双排管旋涡沉降装置，其特征在于，包括合成槽和沉降槽，合成槽内设有搅拌器及两个侧边分别与合成槽槽壁连接的挡板，合成槽在位于挡板两侧的槽壁上分别设有第一接口和第二接口，第一接口和搅拌器位于挡板同侧，挡板靠近合成槽底部的边缘可供合成槽内溶液在挡板两侧流通，沉降槽底部为锥形底部，锥形底部的锥面上设置具有高度差的第一入口和第二入口，第一入口的设置高度高于第二入口的设置高度，第一接口、第二接口和第一入口、第二入口两两之间通过排管接通，沉降槽的非锥形端槽壁上设有出清管。
2.根据权利要求1所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，第一接口设置在搅拌器的搅拌高度处。
3.根据权利要求2所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，第一接口和第二接口之间具有高度差且第二接口设置在第一接口高度以下。
4.根据权利要求3所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，第一接口与第一入口通过第一排管接通，第二接口与第二入口通过第二排管接通。
5.根据权利要求4所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，第一入口位于锥形底部的锥顶处，第二入口位于锥形底部的锥底处。
6.根据权利要求4或5所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，第一排管和第二排管管径不同，第一排管管径小于第二排管管径，第二排管管径小于或等于第一排管管径的三倍。
7.根据权利要求1所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，锥形底部的锥角为10︒～80︒。
8.根据权利要求1所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，出清管设置在沉降槽非锥形端由下至上的2/3高度至顶部之间。
9.根据权利要求1或8所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，出清管端部连接在沉降槽槽壁上或伸入沉降槽内。
10.根据权利要求9所述的双排管旋涡沉降装置，其特征在于，沉降槽的非锥形端为圆柱端，出清管在沉降槽内的伸入长度为圆柱端半径的0%～100%。
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