实验四 板框压滤机过滤常数的测定.doc

实验四 板框压滤机过滤常数的测定一、实验目的1、了解板框压滤机的结构；2、掌握板框压滤机的操作方法；3、掌握恒压过滤条件下过滤常数（K、qe）的测定方法；4、掌握采用最小二乘法回归直线方程的方法。二、实验装置板框过滤机是常见的间歇式过滤设备，图1为工业生产中常见的几种板框式过滤机。千斤顶压紧压滤机 自动拉板压滤机 液压压紧压滤机 液压压紧压滤机图1 常见的几种板框式过滤机本试验所用板框过滤机的整套装置由调浆桶、压缩空气系统、板框过滤机和贮液量筒组成。在调浆桶内配制一定浓度的碳酸钙（CaCO3）悬浮液，启动搅拌装置，维持悬浮液在过滤过程中不发生沉降。用压缩空气将悬浮液送入板框过滤机进行过滤，调节阀门开度以维持恒压过滤时所需要的恒定压力，滤液流入贮液量筒计量，洗涤水由自来水管送至板框压滤机进行洗涤，洗涤水也用贮液量筒计量其液量。实验完毕后，拆卸板框压滤机，将滤框内的滤渣回收。实验设备如图2示，实验装置实物见图3。图2 板框过滤实验装置减压阀控制箱配料罐板框压滤机计量桶空压机图3 过滤实验装置实物图三、实验设备的性能与主要技术参数1、本实验装置主要由板框过滤机、空压机、计量槽、压力容器、控制阀等设备组成。2、板框过滤机的过滤面积大约为0.01m2（以实测的数据为准），用帆布作为多孔性过滤介质。由空压机提供压力，通过减压阀调节配料罐内的压力。以碳酸钙和水混合成悬浮液，可完成过滤常数的测定实验。3、空压机采用Z-0.036微型空气压缩机，排气量0.036m3/h，压力为0.7MPa，功率为0.75kW，转速为1200rpm，气体容积30L。4、在压力容器上面装有空压机入口给悬浮液加压，通过视镜观察容器内液位的高低。5、电控箱装有电源开关和空压机开关，按下开关旋钮指示灯亮，即表示相应的工作正在进行，沿开关旋钮上的箭头方向旋转则为关。6、滤饼可回收利用。四、实验原理过滤是一种使流体通过多孔介质，而将固体颗粒物截留，使其从液体或气体中分离出来的单元操作。因此过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流动，所不同的是这种固体颗粒层的厚度会随着过滤过程的进行而不断增加。因此在压强差不变的情况下，单位时间内通过过滤介质的液体量也在不断下降，即过滤速度不断降低。过滤速度u的定义是单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量，即： （1）式中：A过滤面积，m2；过滤时间，s；V通过过滤介质的滤液量，m3。由分析可知，在恒定压差下，过滤速度dq/d与过滤时间之间有如图4所示的关系，单位面积的累计滤液量q和的关系，如图5所示。图4 过滤速率与时间的关系过滤速率dq/dt时间t时间t累计滤液量q图5 累计滤液量与时间的关系影响过滤速度的主要因素除压强差(p)、滤饼厚度外，还有滤饼、悬浮液(含有固体粒子的流体)的性质、悬浮液的温度、过滤介质的阻力等，故难以用严格的流体力学方法处理。比较过滤过程与流体通过固体床层的流动过程可知：过滤速度为流体通过固定床层的表观速度u。同时，液体在由细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于层流。因此，可利用流体通过固体床压降的简化模型，寻求滤液量q与时间的关系。在层流流动时，可用康采尼(Kozeny)计算式，即： （2）对于不可压缩的滤饼，由上式可以导出过滤速度的计算式： （3）式中：单位过滤面积获得的滤液体积，m3/m2；qe单位过滤面积为形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量，m3/m2； r 滤饼的比阻，m3/kg；v悬浮液中单位体积净液体中所带有的固体颗粒量，kg/m3清液；液体粘度，Pas； K过滤常数，m2/s。在恒压差过滤时，上述微分方程经积分后可得： （4）由上述方程可计算：1、在过滤设备、过滤条件一定时，过滤一定滤液量所需要的时间；2、当过滤时间、过滤条件一定时，为了完成一定生产任务，所需要的过滤设备的尺寸。 利用上述方程进行有关计算时，需要知道K、qe等常数，而过滤K、qe常数只有通过实验才能测定。在用实验方法测定过滤常数时，需将上述方程变换成如下形式： （5）因此在实验过程中，只要维持操作压强恒定，测定过滤时间和相应的滤液量。以/qq作图可得到一直线，根据直线的斜率1/K和截距2qe/K，就可求得过滤常数K和qe。或者将/q和qe的数据用最小二乘法求取1/K和2qe/K值，进而计算和的值。 若在恒压过滤之前的时间内，已通过单位过滤面积的滤液量为，则在至及至范围内将式（3）积分，整理后得： （6）上式表明和 为线性关系，从而也能方便地求出过滤常数和的值。五、实验内容测定恒压过滤操作条件下的过滤常数K、qe。六、实验操作步骤1、先将板框过滤机的紧固手柄全部松开，将板、框清洗干净；2、将干净滤布安放在滤板两侧，注意必须将滤布四角的圆孔与滤板四角的圆孔中心对正，以保证滤液和清洗液流道的畅通；3、安装时应从左至右进行，装好一块，用手压紧一块。请特别注意板框的顺序和方向，所有板框有圆点的一侧均应面向安装者，以确保流道的畅通。板框过滤机共有3块板（带奇数点），2块框（带偶数点）；4、装完以后即可紧固手柄至人力转不动为止；5、往配料桶内加水，至视镜的1/2处。打开控制屏上的电源，启动搅拌器，再加入碳酸钙1kg，使其搅拌均匀。悬浮液浓度大约为35(W)；进水进料图36、约5分钟后，启动空压机，检查所有阀门是否已关紧。在确保阀门全部关紧后，打开减压阀将压缩空气送入配料桶。控制配料桶压力表的指示值为0.1MPa并一直维持在此压力下操作，如果压力过大也可通过压力容器的压缩空气入口阀调节；7、先打开过滤机的出料阀，并准备好秒表，做好过滤实验的读数和记录准备，再打开板框过滤机的进料阀，开始过滤操作；8、注意观察板框是否泄漏（大量液体冲出，少量漏液无妨）。确认正常后，观察滤液情况，一般开始出来的比较浑浊，待滤液变清后，立即开始读取计量槽的数据，并同时开始计时和记录相关实验数据；（V）9、本装置采用多个容器切换的方法计量获得的滤液量。大约每隔10秒钟切换一次容器，以累加的方法求取不通过滤时间所获得的滤液体积。测定10组以上的实验数据后，即可关闭进料阀和出料阀结束过滤实验；10、如果需要做滤饼洗涤实验，则在结束过滤实验之后，关闭配料桶的进气阀，打开配料桶的进水阀加洗涤水至视镜的1/2处。然后关闭进水阀，打开进气阀，恒压在0.1MPa，按过滤实验相同的方法操作。完成实验后，关闭进水阀和出水阀结束滤饼洗涤实验；11、改变操作压力（0.15MPa），重复上述实验过程；12、测量板框的尺寸，确定过滤面积；13、完成实验之后，用清水冲洗粘在配料桶壁面、搅拌桨叶，以及板、框和输料管上的残渣，避免长期实验后堵塞管道；14、清扫实验室现场，结束实验。七、实验注意事项1、启动空压机时应先开启旁通阀，然后逐步减小开度。减压后的气体压力不得超过0.2MPa。2、设备使用后，必须注意配料罐、阀门、计量槽的排污和清洗，并放尽残液，清洗设备； 3、如果管道连接件泄漏，可用维修的活动扳手紧固连接螺母，或加密封生料带之后再紧固，还不行，则必须更换管道接头或管道；4、卸开板框，将板框和滤布清洗干净；将滤饼返回配料槽。八、实验记录及数据处理1、记录实验的详细步骤与操作；2、详细记录过滤时得到的滤液体积量与相应的时间；3、认真观察过滤过程中滤液流速的变化，详细记录过程的相关现象；4、数据处理（1）以累计滤液量q对作图；求出过滤常数K和qe，并写出完整的过滤方程式；（2）以对qq1作图。求出过滤常数K和qe，并写出完整的过滤方程式。（3）采用最小二乘法处理数据，求出过滤常数K和qe，并写出完整的过滤方程式。5、数据记录操作压力： 板框面积： 操作温度：序 号过滤时间（S）滤液体积V(m3)123456789106、数据处理过程示例先将获得的实验数据V作如下处理： 1 2 3 4V V1 V2 V3 V4q=V/A q1 q2 q3 q4/q 1/q1 2/q2 3/q3 4/q4（1）以q为横轴，以/q为纵轴，在笛卡尔坐标纸上，由获得的实验数据点绘制出直线，由直线的斜率和截距分别可求得K与qe。（2）以q为自变量，以/q为因变量，利用最小二乘法，求出待定参数K与qe以及