恒压过滤常数的测定.doc

恒压过滤常数测定实验
一、实验目的
1.1熟悉板框压滤机的构造和操作方法。
1.2通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。
1.3学会测定过滤常数K、qe、τe及压缩性指数s的方法。
1.4了解过滤压力对过滤速率的影响。
二、基本原理
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。
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)
由此可以导出过滤基本方程式：
(2)
恒压过滤时，令k=1/μr’v，K=2k△p1-s，q=V/A，qe=Ve/A，对(2)式积分得：
(q+qe)2=K(τ+τe) (3)
K、q、qe三者总称为过滤常数，由实验测定。
对（3）式微分得： 2(q+qe)dq=Kdτ
(4)
用△τ/△q代替dτ/dq，用代替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△τi，和对应的滤液质量△M（除水的密度换算成体积△Vi），可计算出一系列△τi、△qi、i，在直角坐标系中绘制△τ/△q～的函数关系，得一直线，斜率为2/K，截距为2qe/K，可求得K和qe，再根据τe=qe2/K，可得τe。
改变过滤压差△p，可测得不同的K值，由K的定义式两边取对数得：
lgK=(1-S)lg(△p)+lg(2k) (5)
在实验压差范围内，若k为常数，则lgK～lg(△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。
三、实验步骤
3.1实验准备
（1） 配料：在配料罐内配制含CaCO310％～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，应将配料罐底部阀门关闭。
（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CaCO3悬浮液搅拌均匀。搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。
（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0.1MPa、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。
（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）。
（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。
（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1/2~2/3处，关闭进料阀门。
3.2过滤过程
（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。
（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，清液出口流出滤液。
（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△τ。每个压力下，测量8～10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。
（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。
2.3清洗过程
（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）。
（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。
（3）清洗液流动约1min，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。

3.4实验结束
（1）先关闭空压机出口球阀,关闭空压机电源。
（2）打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。
（3）卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。
（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。
四、实验数据记录与分析
4.1实验数据记录
4.1.1过滤压力位0.01Pa
滤液的体积V/ ml
过滤时间r/s
800
30.56
800
52.12
600
57.16
600
70.25
400
49.75
400
55.93
200
30.09
200
31.40

水的体积ml
所用时间
200
119.92
200
130.40
100
95.78
4.1.2为0.02Pa
滤液的体积V/ml
过滤的时间r/s
800
16.12
800
29.19
600
27.90
600
35.18
400
29.53
400
30.90
200
18.66
200
16.28

水的体积ml
所用的时间s
200
55.27
200
79.31
100
33.09
4.2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0.01Pa

滤液的体积m3
△q/(m3/㎡)
△T/△q
q/(m3/㎡)
qˉ/(m3/㎡)
0.0008
0.03150
970.28
0.0315
0.01575
0.0008
0.03150
1654.81
0.063
0.04725
0.0006
0.02362
2419.773333
0.08662
0.07481
0.0006
0.02362
2973.916667
0.11024
0.09843
0.0004
0.01575
3159.125
0.12599
0.1181
0.0004
0.01575
3551.555
0.14174
0.133865
0.0002
0.00787
3821.43
0.14961
0.145675
0.0002
0.00787
3987.8
0.15748
0.153545

T/△q与qˉ的关系图为

由图表可得斜率S=423.05 截距I=913.61
K=2/S=4.728*10^(-3)
qe=K*I/2=I/S=2.16
Te=I^2/(K*S^2)=986.51
（2）压力为0.02Pa时

滤液的体积m3
△q/(m3/㎡)
△T/△q
q/(m3/㎡)
qˉ
0.0008
0.031496063
511.81
0.031496063
0.015748032
0.0008
0.031496063
926.7825
0.062992126
0.047244094
0.0006
0.023622047
1181.1
0.05511811
0.059055118
0.0006
0.023622047
1489.286667
0.047244094
0.051181102
0.0004
0.015748031
1875.155
0.039370079
0.043307087
0.0004
0.015748031
1962.15
0.031496063
0.035433071
0.0002
0.007874016
2369.82
0.023622047
0.027559055
0.0002
0.007874016
2067.56
0.015748031
0.019685039

△T/△q与qˉ的关系图为

由图表可得斜率S=248.03 截距I=431.83
K=2/S=8.064*10^(-3)
qe=K*I/2=I/S=1.741
Te=I^2/(K*S^2)=375.92
4.2.2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
0.01Pa
0.02Pa
K
0.004728
0.008064
qe
2.16
1.741
Te
986.51
375.92

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qe、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-Lg△p关系曲线，求出S。

LgK
Lg△p
-2.325
-2
-2.093
-1.699

其曲线图LgK-Lg△p为

由拟合曲线可得（1S）=0.232，所以可得S=0.768
4.3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2^（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。