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嘉峪檢測網 2025-04-22 09:49
一、基礎參數定義
目標產量：最終成品質量(Mfinal，單位：kg）
原料組成（典型配方）：
石油焦（主原料，固定碳含量Cpet=98%）
瀝青（粘結劑，固定碳含量Cpitch=60%，揮發分Vpitch=40%）
包覆瀝青（表面處理，占成品質量 5%~8%）
工藝收率：
預處理收率ηpre=95%
造粒收率ηgran=90%
石墨化收率ngraph=85%
包覆收率ncoat=98%
二、原料選擇與基礎參數
1. 常用原料及特性
2. 目標產品指標
總固定碳 ≥98.5%
揮發分 ≤3%
灰分 ≤0.5%
振實密度 ≥0.85g/cm³
三、配比計算邏輯框架
1、計算邏輯
從目標產量逆向推導各工序投料量，公式鏈：
2. 原料配比計算步驟
輸入參數：目標產量M_total(kg)，各原料固定碳含量C_i(%)
核心公式：
Σ(W_i × C_i) = M_total × C_target
Σ(W_i × V_i) ≤ M_total × V_max
Σ(W_i × A_i) ≤ M_total × A_max
ΣW_i = M_total / η_total
（η_total為總收率，通常取0.85-0.92）
3. 三原料系統計算示例
假設條件：
石油焦：C1=97%，V1=6%
瀝青：C2=48%，V2=40%
石墨粉：C3=99.9%，V3=0.1%
目標C_target=98.5%，V_max=3%
建立方程組：
0.97x + 0.48y + 0.999z = 0.985(x+y+z)
0.06x + 0.4y + 0.001z ≤ 0.03(x+y+z)
x + y + z = 100%
解得典型配比：
石油焦 82%
瀝青 12%
石墨粉 6%
四、摩爾比計算模型
1. 碳元素摩爾計算
n_C = Σ(W_i × C_i%) / 12
示例：
石油焦：82kg×97% = 79.54kg C → 79.54/12=6.628kmol
瀝青：12kg×48% = 5.76kg C → 0.48kmol
石墨粉：6kg×99.9% = 5.994kg C → 0.4995kmol
總碳摩爾 = 7.6075kmol
2. 氫氧元素平衡
n_H = Σ(W_i × H%) / 1
n_O = Σ(W_i × O%) / 16
典型瀝青含H≈4%，O≈2%，則：
瀝青H貢獻：12kg×4% = 0.48kg → 480mol
O貢獻：12kg×2% = 0.24kg → 15mol
碳摩爾計算：
石油焦碳量C 1133.8kg×98%=1111.1kg
粘結劑瀝青碳量C
200.1kg×60%=120.1kg
總碳摩爾數：
瀝青揮發分摩爾數：
五、關鍵公式總結
逆向推導公式：
碳平衡公式：
六、分步計算示例
目標：生產 1000 kg 人造石墨負極材料
Mfinal=1000kg
1. 包覆處理階段
包覆瀝青用量：Mcoat-pitch=Mfinal×5%=50kg
包覆前物料量：
2. 石墨化階段
石墨化前物料量：
3. 造粒階段
造粒前物料量：
粘結劑瀝青用量（占造粒物料 15%）：
石油焦用量：
4. 預處理階段
預處理投料量：
石油焦實際投料量（含預處理損失）：
粘結劑瀝青實際投料量：
六、物料平衡計算表
以生產1噸人造石墨為例：
總收率：800/1000=80%
六、工藝調整系數
揮發分補償系數：
K_v = (V_實測 - V_目標)/ΔV_瀝青
ΔV_瀝青 ≈ 0.35（每增加1%瀝青提高0.35%揮發分）
灰分控制公式：
A_total = 0.82×0.5% + 0.12×0.3% + 0.06×0.05% = 0.46%
七、新手操作流程
確定目標產量和指標
選擇基礎原料配比（推薦初始比例：石油焦75-85%）
代入公式驗證碳含量：
總碳量 = Σ(原料比例×碳含量)
調整瀝青比例控制揮發分
驗證灰分是否達標
計算摩爾比確認元素平衡
建立物料平衡表
八、注意事項：
原料批次差異需每批檢測元素含量
石墨化溫度影響碳結構，需配合XRD檢測調整
造粒階段需控制粒徑分布：D50=15-25μm
通過本計算體系，新手可系統掌握從原料選擇到工藝平衡的全流程量化設計方法，建議配合實驗數據持續優化模型參數。
來源：Internet
