恒压过滤常数的测定

1、肃一、实验目的莄1.1熟悉板框压滤机的构造和操作方法。蒁1.2通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。肇1.3学会测定过滤常数K、qe、T e及压缩性指数s的方法。袅1.4 了解过滤压力对过滤速率的影响。肂二、基本原理薁实验原理：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 作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现 固液分离。过滤操作中，随着过滤过程的进行，固体颗粒层的厚度不断增加, 故在恒压过滤操作中，过滤速率不断降低。蒈影响过滤速率的主要因素除压强差、滤饼厚度外，还有滤饼和悬浮液的性 质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，在低雷诺数范围内，过滤速率计算式 为：1

2、 名3 邙(1)K' a2(1 - ；)2 JL袁由此可以导出过滤基本方程式:dV = A2p1_s 薁 dJrv(V Ve)薅恒压过滤时，令k=1/卩r v, K=2Sp1-s, q=V/A, qe=Ve/A，对 式积分得:2羅(q+qe) =K( T + T e)蚀K、q、qe三者总称为过滤常数，由实验测定。蚀对(3)式微分得：2(q+qe)dq=KdTd .dq2q 2K Kqe蒃用 T / q代替dT /dq，用q代替q。在恒压条件下，用秒表和电子称分 别测定一系列时间间隔厶Ti,和对应的滤液质量 M (除水的密度换算成体 积厶V),可计算出一系列厶t i、 q、qi，在直角坐

3、标系中绘制厶t / qq的函数关系，得一直线，斜率为2/K，截距为2qe/K，可求得K和q°,再根 据 T e=qe2/K，可得 T e。蚃改变过滤压差厶p,可测得不同的K值，由K的定义式两边取对数得：螀 lgK=(1-S)lg( p)+lg (2k)(5)莇在实验压差范围内，若k为常数，则lgKlg( p)的关系在直角坐标上应 是一条直线，斜率为(1-S),可得滤饼压缩性指数S,进而确定物料特性常数k。膅三、实验步骤蒂3.1实验准备袀(1)配料：在配料罐内配制含 CaCQO%30%( wt. % )的水悬浮液， 碳酸钙事先由天平称重，水位高度按标尺示意，筒身直径35mm配置时，应将

4、配料罐底部阀门关闭。螈( 2) 搅拌：开启空压机，将压缩空气通入配料罐(空压机的出口小球阀 保持半开，进入配料罐的两个阀门保持适当开度)，使CaCO悬浮液搅拌均匀 搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。蚃( 3) 设定压力：分别打开进压力灌的三路阀门，空压机过来的压缩空气 经各定值调节阀分别设定为 O.IMPa 0.2MPa和0.25MPa(出厂已设定，实验 时不需要再调压。若欲作 0.25MPa以上压力过滤，需调节压力罐安全阀)。 设定定值调节阀时，压力灌泄压阀可略开。膁( 4) 装板框：正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿，滤布 要绷紧，不能起皱。滤布紧贴滤板，密封垫贴紧滤布。 (注意：用

5、螺旋压紧 时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧) 。羀( 5) 灌清水：向清水罐通入自来水，液面达视镜 2/3 高度左右。灌清水 时，应将安全阀处的泄压阀打开。羅( 6) 灌料：在压力罐泄压阀打开的情况下，打开配料罐和压力罐间的进 料阀门，使料浆自动由配料桶流入压力罐至其视镜 1/22/3 处，关闭进料阀 门。莅3.2 过滤过程羀(1) 鼓泡：通压缩空气至压力罐，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的 排气阀应不断排气，但又不能喷浆。肀(2)过滤：将中间双面板下通孔切换阀开到通孔通路状态。打开进板框前 料液进口的两个阀门，打开出板框后清液出口球阀。此时，压力表指示过滤 压力，

6、清液出口流出滤液。莆(3)每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次V取800ml左右。记录相应的过滤时间厶t。每个压力下，测量810个读数即 可停止实验。若欲得到干而厚的滤饼，则应每个压力下做到没有清液流出为 止。量筒交换接滤液时不要流失滤液，等量筒内滤液静止后读出 V值。(注 意： V约800ml时替换量筒，这时量筒内滤液量并非正好 800ml。要事先 熟悉量筒刻度，不要打碎量筒） ，此外，要熟练双秒表轮流读数的方法。螂（ 4）一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。卸下滤框、 滤板、滤布进行清洗， 清洗时滤布不要折。 每次滤液及滤饼均收集在小桶内， 滤饼弄细后重新倒

7、入料浆桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。注意若清水 罐水不足，可补充一定水源，补水时仍应打开该罐的泄压阀。肃 2.3 清洗过程膀（1）关闭板框过滤的进出阀门。将中间双面板下通孔切换阀开到通孔关闭状态（阀门手柄与滤板平行为过滤状态，垂直为清洗状态） 。螆（2）打开清洗液进入板框的进出阀门（板框前两个进口阀，板框后一个出 口阀）。此时，压力表指示清洗压力，清液出口流出清洗液。清洗液速度比 同压力下过滤速度小很多。蒄（3）清洗液流动约1mi n,可观察混浊变化判断结束。一般物料可不进行清 洗过程。结束清洗过程，也是关闭清洗液进出板框的阀门，关闭定值调节阀 后进气阀门。螁 3.4 实验结束膀（ 1）先

8、关闭空压机出口球阀 , 关闭空压机电源膇（ 2）打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压羂（ 3）卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。薀（4）将压力罐内物料反压到配料罐内备下次使用，或将该二罐物料直接排 空后用清水冲洗。芀四、实验数据记录与分析薈 4.1 实验数据记录蚄4.1.1过滤压力位O.OIPa薃滤液的体积V/ ml荿过滤时间r/s蚅800莆 30.56莂800葿 52.12肆600袄 57.16賺600蕿 70.25蒇400薆 49.75袀400虿 55.93袈200肄 30.09羃200蝿 31.40肅水的体积ml螅所用时间蚁200蝿 119.92蒅200膃 130.40

9、蒀100衿 95.78祎4.1.2 为 0.02Pa袅滤液的体积V/ml蒃过滤的时间r/s罿800芇 16.12莃80029.1960027.9060035.1840029.5340030.9020018.6620016.28水的体积ml所用的时间s20055.2720079.3110033.094.2实验数据分析4.2.1由恒压过滤实验数据来求过滤常数K、qe、Te(1)过滤压力为O.OIPa滤液的体积m3 q/(m3/ m2) T/ qq/(m3/ m2)q /(m3/ m2)0.00080.03150970.280.03150.015750.00080.031501654.810.063

10、0.047250.00060.023622419.7733330.086620.074810.00060.023622973.9166670.110240.098430.00040.015753159.1250.125990.11810.00040.015753551.5550.141740.1338650.00020.007873821.430.149610.1456750.00020.007873987.80.157480.153545T/ q与q的关系图为由图表可得斜率 S=423.05 截距1=913.61K=2/S=4.728*10(3)qe=K*l/2=l/S=2.16Te=IA2

11、/(K*SA2)=986.51(2)压力为0.02Pa时滤液的体积m3 q/(m3/ m2) T/ qq/(m3/ m2)q 0.00080.031496063511.810.0314960630.0157480320.00080.031496063926.78250.0629921260.0472440940.00060.0236220471181.10.055118110.0590551180.00060.0236220471489.2866670.0472440940.0511811020.00040.0157480311875.1550.0393700790.0433070870.00

12、040.0157480311962.150.0314960630.0354330710.00020.0078740162369.820.0236220470.0275590550.00020.0078740162067.560.0157480310.019685039 T/ q与q 的关系图为由图表可得斜率 S=248.03 截距I =431.83K=2/S=8.064*10A(-3)qe=K*l/2=l/S=1.741Te=|A2/(K*SA2)=375.924.2.2比较几种压差下的K、qe、Te的值，讨论压差变化对以上参数数值的影 响由以上计算可得压力0.01Pa0.02PaK0.004

13、7280.008064qe2.161.741Te986.51375.92可看出随着压差的变大，K值变大，qe、Te降低。因为随着压力差的变大, 使得更容易过滤，过滤速度更快，所需的时间变短，过滤常数增大。但 Te是反应过滤介质阻力大小的量，与压差变化无关。4.2.3在直角坐标纸上绘制LgK-LgAp关系曲线，求出S。LgKLgA p-2.325-2-2.093-1.699其曲线图LgK-LgAp为由拟合曲线可得(1-S)=0.232，所以可得S=0.7684.3 实验结果分析与讨论 由数据分析可得两组数据存在很大的偏差， 其可能原因为在实验过程中量水 的体积时有部分溢出；料液中的沉淀物没有完全

14、均匀，使得前后两次的阻力 系数相差太大。从实验我们可以得知影响过滤速率的主要因素有过滤压强、 过滤介质、过滤面积、仪器阻力、滤饼阻力和滤液物性等方面。五、思考题5.1 板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？答：其优点是结构简单、制造方便、过滤面积大、承受压强差较高。缺点是 间歇操作，生产效率低、劳动强度大。板框过滤机适用于过滤细小颗粒及黏 度较高的料浆。5.2 板框过滤机的操作分为那几个阶段？答：分为 6 个阶段，分别为压紧滤板、进料过滤、洗涤滤饼、松开滤饼、拉 板卸饼、清晰整理滤布。5.3 为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清？答：因为刚开始过滤时，滤饼还没完全形成，过

15、滤介质不能完全阻挡滤浆中 的颗粒，造成浑浊的现象，所以在过滤开始时，滤液常有一点浑浊；一段时 间后，滤饼逐渐形成， 基本上可以截留住所有的颗粒， 所以滤液会变得澄清。5.4 影响过滤速率的主要因素有哪些？当你在某一恒压下所测得的 K、qe、Te 值后，若将过滤压强提高一倍，问上述的三个值将会有 什么变化？答：影响过滤速率的主要因素有过滤压强、 过滤介质、过滤面积、 仪器阻力、 滤饼阻力和滤液物性等。当过滤压强提高一倍时，由公式可得 K 变为原来的 2A (1-S)倍。但由于qe是衡量过滤介质阻力大小的常量，所以不变。而 Te= qe/K，所以Te变为原来的2、(S-1)倍。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschu