板框过滤实验.doc

化工原理实验
实验名称：板框过滤实验、动态过滤实验
实验目的：
1、 熟悉板框过滤机的结构和操作方法。
2、 测定恒压过滤操作时的过滤常数。
3、 掌握过滤问题的简化工程处理方法。
4、 熟悉烛心动态过滤器的结构与操作方法。
5、 测定不同压差、流速及悬浮液浓度对过滤速率的影响。
实验原理：
一、 板框过滤实验
过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（滤布和滤渣），使悬浮液中的固体、液体得到分离的单元操作。过滤操作本质上是流体通过固体床层的流动，所不同的是，该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。过滤操作分为恒压过滤和恒速过滤。当恒压过滤操作时，过滤介质两侧的压差维持不变，单位时间通过过滤介质的滤液量不断下降；当恒速操作时，即保持过滤速率不变。
过滤速率基本方程的一般形式为

式中，
V——时间内的滤液量，
——过滤介质的当量滤液体积，它是形成相当于滤布阻力的一层滤渣所得的滤液体积，
A——过滤面积，
——过滤的压降，
——滤液黏度，
v——滤饼体积与相应滤液体积之比，无量纲。
——单位压差下滤饼的比阻，
s——滤饼的压缩指数，无量纲。一般情况下，s=0~1，对于不可压缩滤饼，s=0。
恒压过滤时，对上式积分可得

式中
q——单位过滤面积的滤液量，
——单位过滤面积的虚拟滤液量，
K——过滤常数，
——过滤介质获得滤液体积所需时间
——过滤介质获得单位滤液体积所需时间
对上式微分可得
该式表明~q为直线，其斜率为2/K，截距为，为了便于测定数据计算速率常数，可用代替，则式可写成
将对q标绘，在正常情况下，各点均应在同一直线上，~q对应关系图为一条直线如下：直线斜率为2/K=a/b，截距为=c。
c
b
a

二、动态过滤
传统过滤中，滤饼不受搅动并不断增厚，固体颗粒连同悬浮液都以过滤介质为其流动终端，垂直流向操作，故又称为终端过滤。这种过滤的主要阻力来自滤饼，为了保持过滤初始阶段的高过滤速率，可采用诸如机械的、水力的或电场的人为干扰限制滤饼增长，这种有别与传统的过滤速率，称为动态过滤。
本动态过滤实验是借助一个流速较高的主体流动平行流过过滤介质，抑制滤饼层的增长，从而实现稳定的高过滤速率。
装置和流程：
1、 板框过滤实验设备流程图如下：

图1 板框过滤实验流程图
1 压缩机 2 配料釜 3 供料泵 4 圆形板框过滤机 5 压力控制阀 6 旁路阀

碳酸钙悬浮液在配料釜内配置，搅拌均匀后，用供料泵送至板框过滤机进行过滤，滤液流入计量筒，碳酸钙则在滤布上形成滤饼。为调节不同操作压力，管路上还装有旁路阀。
板框过滤机厚度为12mm，每个滤板的面积（双面）为0.0216m2。

2、动态过滤实验设备及流程：

碳酸钙悬浮液在原料罐中配置，搅拌均匀后，用旋涡泵送至烛芯过滤器过滤。滤液由接受器收集，并用电子天平计量后，再倒入小储罐，并用磁力泵送回原料罐，以保持浆料浓度不变。浆料的流量和压力通过进料调节阀和电磁阀调节和控制，并用孔板流量计计量。
本实验烛芯过滤器内管采用不锈钢烧结微孔过滤棒作为过滤元件，其外径为25mm，长300mm，微孔平均孔径为0.01mm。外管为Φ（40×2.5）mm不锈钢管。

实验步骤：
一、 板框过滤实验
1、 按要求排好板和框的位置和次序，装好滤布，不同的板和框用橡胶垫隔开，然后压紧板框。装滤布前将滤布浸湿。
2、 进行清水试验。将滤机上的进、出口阀按需要打开或关闭，用清水实验检查设备是否会漏，并以清水练习计量及调节压力的操作。通过计算机采集数据，作出一条平行于横轴的直线，由此得到qe。
3、 过滤实验。打开管线最低部的旋塞，放出管内积水，启动后打开悬浮液的进口阀，将压力调至指定的工作压力；安排一个同学在电子称量器负责换装滤液，一位同学在电脑前操作数据采集软件以获得实验数据。前三组数据每隔10s采集一次，以后每加一组时间递增10s。采集10组数据即可。
4、 实验结束，关闭入口阀，清洗板框、滤布等。

二、动态实验
1、将管路通道换接如动态实验管路中，调节操作压力，待滤液稳定流出时，开始采集数据，采集数据方法如板框过滤实验，不同的就是每隔1min中采集一次。注意换液与采集数据的同学的通信方式。
实验数据处理：
1、 板框过滤实验数据处理：在试验过程中，将滤液近似取为清水，故求滤液量时直接由水的各物性求得。
（1）、水的密度：
（2）、水的体积V：
（3）、单位面积滤液量q：
（4）、

所求的各数据如下表：
原料温度
9.1
10.3
9.5
9
9.7
8.7
9.9
9.5
9.4
9.6
板框滤压kPa
230
229
229
230
231
230
231
229
229
229
搅拌釜压 kPa
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
产品质量m g
146.2
131.1
127.1
155.9
216.6
296.1
347
409.6
477.2
537.8
时间t s
10.8
10.4
10.2
20.4
30.7
40.5
50.5
60.6
70.8
80.2
水的密度 kg/m3
999.882
999.906
999.890
999.880
999.894
999.874
999.898
999.890
999.888
999.892
水的体积V m3
0.00015
0.00013
0.00013
0.00016
0.00022
0.00030
0.00035
0.00041
0.00048
0.00054
单位面积滤液量q m3/m2
0.00169
0.00152
0.00147
0.00180
0.00251
0.00343
0.00402
0.00474
0.00552
0.00623
dt/dq sm2/m3
6381.7
6853.4
6933.0
11304.4
12244.7
11816.1
12572.8
12781.4
12817.3
12883.1

查看对比表中数据，不难看出以下几对数据为坏值：（0.00169，6381.7）、（0.00152，6853.4）、（0.00147，6933.0）、（0.00343，11816.1），故作关系图时舍去不用。所得直线如下图所示：

图中归纳出线性关系方程式：y=175494x+11852，即对应方程式。所以可以得到
,

q取0，取q对应时间0 S。

2、 动态过滤数据处理：
（1）、水的密度求法同数据处理1
（2）、滤液量q：
所得数据如下表：
原料温度
29.8
21.9
31.9
45.8
35.9
27.7
25.7
20.9
20.7
34
动态滤压
71
70
71
70
69
70
70
70
71
71
搅拌釜压
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
孔板压降
15.9
15.8
15.5
15.3
15.5
15.7
15.8
15.9
15.8
15.7
过滤压力
49
50
50
49
49
48
50
50
49
49
产品质量
3.0504
3.0208
2.9021
2.8825
2.8253
2.8113
2.7607
2.7554
2.7511
2.698
时间
0.05
1.26
2.52
3.69
4.89
6.09
7.26
8.44
9.62
10.8
水的密度 kg/m3
995.75
997.725
995.035
989.822
993.635
996.275
996.775
997.975
998.025
994.3
滤液量 q m3
0.0001838
0.0001817
0.000175
0.0001747
0.0001706
0.0001693
0.0001662
0.0001657
0.0001654
0.0001628

由于动态试验中，滤饼厚度不变，故过滤面积不变，所以对滤液量与时间的关系图的形状无影响，可以不用单位面积下的滤液量代替。
根据上面数据表中数据可作出滤液量与时间关系图：

实验结论及误差分析：
一、 实验结论：测得板框过滤的恒压过滤操作时的过滤常数K值为、值为、值为。所得~q关系图如上所示；测得动态过滤的滤液量与时间图如上图所示。
二、实验误差分析：在试验采集数据的时候，动作与口令协调性相差太远，导致测量数据与实际数据偏差太远；板框与滤板间的滤布受到损伤，使滤液质量达不到要求。

思考题：
1、 论述动态过滤速率趋势图。
过滤速率随时间的增长而减小。
2、 分析、讨论操作压力，流体速度及悬浮液含量对过滤速率的影响。
由公式得操作压力越大，过滤速率越大；由公式流体速度越大过滤速率越大；由康采尼公式及滤饼厚度知悬浮液含量越大过滤速率越小。