南京工业大学实验之恒压过滤常数测定实验.doc

一：实验目的：1）熟悉板框压滤机的构造和操作方法；2）通过恒压过滤实验,验证过滤基本原理；3）学会测定过滤常数K、qe、e及压缩性指数S的方法；4）了解操作压力对过滤速率的影响；5）了解压力定值调节阀和滤液量自动测量仪的工作原理和使用方法。6）学会化工原理实验软件库（组态软件MCGS和VB实验数据处理软件系统）的使用。二：基本原理：过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截流下来，从而实现固液分离，因此，过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，其过滤速率不断降低。影响过滤速度的主要因素除压强差p，滤饼厚度L外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，故难以用流体力学的方法处理。比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定床的表现速度u。同时，流体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺数范围，因此，可利用流体通过固定床压降的简化模型，寻求滤液量与时间的关系，运用层流时泊唆叶公式不难推导出过滤速度计算式： (115)式中，u过滤速度，m/s；=5.0;-康采尼常数，层流时，KK-床层的空隙率，m /m；a-颗粒的比表面积，m2/m；p-过滤的压强差，Pa；-滤液的粘度，Pa.s；L-床层厚度，m。由此可导出过滤基本方程式为 (116)式中，V-滤液体积，m；-过滤时间，s；A-过滤面积，m2;S滤饼压缩性指数，无因次。一般情况下S=01，对不可压缩滤饼S=0;r-滤饼比阻 v-滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次;Ve-虚拟滤液体积，(117)式中，q-单位过滤面积的滤液体积，qe-单位过滤面积的虚拟滤液体积，e-虚拟过滤时间，s；K滤饼常数，由物料特性及过滤压差所决定，K，qe，e三者总称为过滤常数。利用恒压过滤方程进行计算时，必须首先需要知道K，qe，e，它们只有通过实验才能确定。对式（117）微分可得（118）.该式表明以 为纵坐标，以q为横坐标作图可得一直线，直线斜率为2/K，截距为2 qe /K。在实验测定中，为便于计算，可用替代把式（118）改写成（119）在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔i(i=1、2、3)及对应的滤液体积Vi(i=1、2、3)，也可采用计算机软件自动采集一系列时间间隔i(i=1、2、3)及对应的滤液体积Vi(i=1、2、3)，由此算出一系列i，qi，qi在直角坐标系中绘制的函数关系，得一直线。有直线的斜率便可求出K和qe，再根据改变实验所用的过滤压差p，可测得不同的K值，由K的定义式两边取对数得 (120)在实验压差范围内，若k为常数，则lgKlg(P)的关系在直角坐标上应是一条直线，直线的斜率为（1-s）,可得滤饼压缩性指数s，由截矩可得物料特性常数k。三：实验装置与流程:本实验装置有空压机、配料槽、压力储槽、板框过滤机和压力定值调节阀等组成。其实验流程和仪控柜面板如图所示。CaCO3的悬浮液在配料桶内配置一定浓度后利用位差送入压力储槽中，用压缩空气加以搅拌使CaCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将料浆送入板框过滤机过滤，滤液流入量筒或滤液量自动测量仪计量。 恒压过滤常数测定实验装置流程图1 、配料槽 2 、压力储槽 3 、板框压滤机 4 、压力表5 、安全阀 6 、压力变送器 7 、压力定值调节阀 8 、滤液量自动测量仪板框过滤机的结构尺寸如下：框厚度25mm，每个框过滤面积0.024m2，框数2个。空气压缩机规格型号为：2VS0.06/7,风量0.06m3/min,最大气压为0.7MPa。 恒压过滤常数测定实验装置仪控柜面板图四：实验步骤与注意事项：1.实验步骤1) 配制含CaCO3 8%13%(wt。%)的水悬浮液;2) 熟悉实验装置流程;3) 仪表上电：打开总电源空气开关，打开仪表电源开关，打开24V电源开关;4) 开启空气压缩机;5) 正确装好滤板、滤筐及滤布。滤布使用前先用水浸湿。滤布要绑紧，不能起绉（用丝杆压紧时，千万不要把手压伤，先慢慢转动手轮使板筐合上，然后再压紧）；6) 打开阀（3）、（2）、（4），将压缩空气通入配料水，使CaCO3悬浮液搅拌均匀；7) 关闭阀（2），打开压力料槽排气阀（12），打开阀（6），使料浆由配料桶流入压力料槽至1/22/3处，关闭阀（6）；8) 打开阀（5），后打开1电磁阀，打开阀（7）、阀(10)，开始做低压过滤实验；9) 手动实验方法：每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时刻作为开始时刻，每次V取为800ml左右，记录相应的过滤时间。要熟练双秒表轮流读数的方法。量筒交替接液时不要流失滤液。等量筒内滤液静止后读出V值和记录值。测量810个读数即可停止实验。关闭阀（7）、阀(10)，打开3电磁阀和阀（11），重复上述操作做中等压力过滤实验。关闭阀（9）、阀(11)打开2电磁阀和阀（8）重复上述操作做高压力过滤实验。10) 滤液量自动测量方法：打开“恒压过滤系数特性测试曲线实验.MCGS组态文件，出现提示输入工程密码对话框，输入密码1121后，进入组态环境，按“F5”键进入软件运行环境。按提示输入班级、姓名、学号、装置号后按“确定”进入“恒压过滤常数测定实验软件”界面，点击“恒压过滤常数测定实验”按钮，进入实验界面。当一切准备就绪后单击“开始按钮”开始实验，当测好所需的实验次数后单击“停止”按钮停止实验。若实验完毕单击“退出实验”。回到“恒压过滤常数测定实验软件”界面，再单击“退出实验”按钮退出实验系统。11) 实验完毕关闭阀（8），打开阀（6）、（4），将压力料槽剩余的悬浮液压回配料桶，关闭阀（4），（6）。12) 打开排气阀（12），卸除压力料槽内的压力。然后卸下滤饼，清洗滤布、滤