过滤实验

一、 实验目的

1、熟悉板框压滤的构造和操作方法；

2、测定恒压过滤方程中的常数。

二、 实验原理

板框压滤是间歇操作。一个循环包括装机、压滤、饼洗涤、卸饼和清洗五个工序。板框机由多个单元组合而成，其中一个单元由滤板（·）、滤框（∶）、洗板（）和滤布组成，板框外形是方形，如图2-2-4-1所示，板面有内槽以便滤液和洗液畅流，每个板框均有四个圆孔，其中两对角的一组为过滤通道，另一组为洗涤通道。滤板和洗板又各自有专设的小通道。图中实线箭头为滤液流动线路，虚线箭头则为洗液流动路线。框的两面包以滤布作为滤面，滤浆由泵加压后从下面通道送入框内，滤液通过滤布集于对角上通道而排出，滤饼被截留在滤框内，如图2-2-4-2a）所示。过滤完毕若对滤饼进行洗涤则从另一通道通入洗液，另一对角通道排出洗液，如图2-2-4-2b）所示。

图2-2-4-1    板框结构示意图

图2-2-4-2    过滤和洗涤时液体流动路线示意图

在过滤操作后期，滤饼即将充满滤框，滤液是通过滤饼厚度的一半及一层滤布而排出，洗涤时洗液是通过两层滤布和整个滤饼层而排出，若以单位时间、单位面积获得的液体量定义为过滤速率或洗涤速率，则可得洗涤速率约为最后过滤速率的四分之一。

恒压过滤时滤液体积与过滤时间、过滤面积之间的关系可用下式表示：

                                      （1）

式中：V——时间θ内所得滤液量[m³]

      V_e——形成相当于滤布阻力的一层滤饼时获得的滤液量，又称虚拟滤液量[m³]

      θ——过滤时间[s]

      θ_e——获过滤液量V_e所需时间[s]

      A——过滤面积[m²]

      K——过滤常数[m²/s]

若令：q=V/A及q_e=V_e/A，代入式（1）整理得：

                                        （2）

式中：q——θ时间内单位面积上所得滤液量[m³/m²]

      q_e——虚拟滤液量[m³/m²]

     K、q_e和θ_e统称为过滤常数。

式（2）为待测的过滤方程，因是一个抛物线方程，不便于测定过滤常数。为此将式（2）微分整理得：

              

上式以增量代替微分：

                                            （3）

式（3）为一直线方程，直线的斜率为，截距为，式中△θ,△q和q均可测定。以为纵坐标，q为横坐标作图如图2-2-4-3所示，由图中直线的斜率和截距便可求得K和q_e值。常数θ_e可在图上取一组数据代入式（3）求取，也可用下式计算：

                                                                    （4）

最后就可写出过滤方程式（2）的型式。

图2-2-4-3     方程（3）图解

板框压滤是间歇式操作，始点和终点数据误差较大，作图时应舍去。又因式（3）中与q为阶梯型函数关系，故作图时先作阶梯线，后经各阶梯水平线中点联直线以求取过滤操作线。

三、 实验流程

实验流程由贮槽、齿轮泵和板框机等组成。滤液量用容量法或重量法测定，如图2-2-4-4所示。请注意：齿轮泵是正位移泵，泵出口必须设回流管路进行流量调节。

1—滤浆槽   2—齿轮泵    3—电动机    4—回流阀      5—调节阀

6—压力表   7—板框机    8—压紧螺旋   9—容器      10—磅称

图2-2-4-4    板框过滤实验流程图

四、实验步骤

1、熟悉实验流程、板框结构、排列方法。

2、浸湿滤布，拉平后装机，框数宜取两个，螺旋压紧，要保证进滤浆及出滤液的路线畅通，并且板框之间逢隙不漏液。

3、在滤浆槽1内配制10%左右的碳酸钙水溶液50公斤，先人工搅拌均匀，后关调节阀5，开回流阀4，启动齿轮泵2（先转动靠背轮是否灵活后合电开关），进行回流搅拌。

4、作好滤液流量测定准备（用定容量计时法，即滤液每流出1升，计时1次，时间单位为秒）。

5、打开调节阀5，关小回流阀4，把滤浆送进压滤机7，压力表6读数要稳定在0.1MPa左右，过程中若压力指示有波动，可用阀4和阀5调节使之稳定。

6、当滤液出口处滤液呈滴状慢慢滴出时可停止操作，结束实验，先停齿轮泵，后松开机头，取出滤饼放置盘上，清洗滤布和全机。

7、取框1块测量面积，并计算总过滤面积。

8、记下操作压力和滤液温度。

9、归还所借秒表，清理现场。

五、原始数据

过滤面积A=边长*边长-πd²/4=0.12*0.12-3.141592653*0.0275*0.275/4=0.013806m²

六、数据处理

q₁=△q = m3/m2

 =s

同理可求得其他各组数据，见上表，用计算机画出与q的线性曲线，如下图所示：

由直线方程y = 665.52x + 1529.8与方程 相比较，得：

            2/K=665.52   →  K = 0.003005  m²/s

     2q_e/K =1529.8  →  q_e = 2.30 m³/m²

          = 2.30*2.30/665.52=0.079 s

则过滤方程的具体形式为： 

                即：   (q+2.30) ²=0.003005* (θ+0.079)

七.结果讨论

（Ⅰ）从上面的数据及所作出的图来看，本次实验存在一定误差，可能有几个方面的原因：

       从实验数据上来看：虑浆非常的稀，滤液流出的速度比较慢，用定容量计时法，由于人为操作原因，所量取的一升滤液不够精确，也有些流到了地面；以及计时者的反应时间带来实验误差。

       本次实验中即使滤布夹得很紧但是还存在着漏水现象，滤液流完时，并不是很澄清，使得实验误差很大。

       滤液流出速度慢也是实验产生误差的原因。

（Ⅱ）思考题：

答:在实验中提高板框压滤机的生产能力的方法有：凡是能提高过滤速度、减少过滤洗涤时间和压滤机重装时间的方法都可行，如：

 1、提高过滤速度； 增大过滤压差 ；提高滤液温度，减小滤液黏度 ；对于可压缩滤渣可加入助滤剂，提高滤饼刚性，降低滤饼阻力。

2、减少洗涤时间 ，洗涤液的选择上，可进行实验选择。

3、减少重装时间 ，寻找最简单有效地重装过程。

第二篇：化工原理——过滤

一、实验课程名称：化工原理

二、实验项目名称：恒压过滤常数测定实验

三、实验目的和要求：

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、q_e、τ_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。

四、实验内容和原理

实验内容：测定时间与滤液量的变化关系，绘制相关图表，求出过滤常数K及压缩性指数S。

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△p^1-s，q=V/A，q_e=Ve/A，对(2)式积分得：

(q+q_e)²=K(τ+τ_e)                                                                    (3)

K、q、q_e三者总称为过滤常数，由实验测定。

对（3）式微分得：     2(q+q_e)dq=Kdτ

                                                                                                      (4)

用△τ/△q代替dτ/dq，在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔△τ_i，和对应的滤液体积△V_i，可计算出一系列△τ_i、△q_i、q_i，在直角坐标系中绘制△τ/△q～q的函数关系，得一直线，斜率为2/K，截距为2q_e/K，可求得K和q_e，再根据τ_e=q_e²/K，可得τ_e。

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。

五、主要仪器设备

实验装置如图1-1所示：

图1-1 板框压滤机过滤流程

图1-2 控制柜面板图

CaCO₃的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力料槽中，用压缩空气搅拌，同时利用压缩空气将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽排空管排出。

板框压虑机的结构尺寸：框厚度11mm，过滤总面积 0.0471m²。

空气压缩机规格型号：V－ 0.08/8，最大气压0.8Mpa。

六、操作方法与实验步骤

（一）实验步骤：

1.         配制含CaCO₃3％～5％（wt%）的水悬浮液。

2.         开启空压机，关闭阀1、阀4、阀5，打开阀3、阀2，，将压缩空气通入配料槽，使CaCO₃悬浮液搅拌均匀。

3.         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（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）。

4.         等配料槽料液搅拌均匀后，关闭阀3，打开阀5及压力料槽上的排气阀，使料浆自动由配料桶流入压力料槽至其视镜2/3处，关闭阀2、阀5。

5.         打开阀4，通压缩空气至压力料槽，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。

6.         调节压力料槽的压力到需要的值。主要依靠调节压力料槽出口处的压力定值调节阀来控制出口压力恒定，压力料槽的压力由压力表读出。压力定值阀已调好，从左到右分别为1#压力：0.1MPa；2#压力：0.2MPa；3#压力：0.3MPa。考虑各个压力值的分布，从低压过滤开始做实验较好。

7.         放置好电子天平，按下电子天平上的“on”开关，打开电子天平，将料液桶放置到电子天平上。打开并运行电脑上的“恒压过滤测定实验软件”，进入实验界面，做好准备工作，可以开始实验。

8.         做0.1MPa压力实验：打开阀6、阀9及阀12、阀13，开始加压过滤。做0.2MPa压力实验：打开阀7、阀10及阀12、阀13，开始加压过滤。

9.         手动实验时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0.5~1kg左右，滤液量可以由电子天平处读出。记录相应的过滤时间△τ及滤液量。每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。

10.     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，实验结束后要冲洗滤框、滤板及滤布不要折，应用刷子刷。

七、实验数据记录与处理

1、实验原始数据列于表1-1中,本实验称质量，再换算成体积。

表1-1 原始数据

    2、计算结果与结论

表1-2    计 算 结 果

计算示例（以下以第一点为例）：

△q=△V/A =200*10^-6 /0.0471=0.00425（m³/m²）

△τ/△q=29.8/0.00425=7011.76（sm²/m³）

结论：随着实验的进行，要得到相同质量的水，所需的时间的越长。说明越到后面，过滤的速率越慢，过滤越来越困难。

八、实验结果与分析

1、绘制一定压力情况下的关系线，求出K及qe。

从图中读得：斜率为2/K，截距为2q_e/K

2/K=63507 s/m² ，从而得到 K=3.15*10^(-5) m²/s 。

2qe/K=7166.7 s/m , 从而得到qe=0.1128(m³/m²)。

te=qe*qe/K=0.1128*0.1128/3.15*10^(-5)=404.28 s 。

九、讨论、心得

思考题                

1．  当操作压强增加一倍，K值是否也增加一倍？要得到同样的过滤液，过滤时间是否缩短一半？

答：由 得，过滤压强提高一倍，K提高到原来的2^（1-s）倍。qe是由介质决定，与压强无关。根据τe= qe / K知，τe是变为原来的1/2。qe和τe是反映过滤介质阻力大小的常数，s为常数（本实验默认滤饼不可压缩，s=0）。

2．影响过滤速率的主要因素有哪些？

 答；影响过滤速率的主要因素有过滤面积、.压强降、.滤液粘度。滤液的粘度越大，过滤速率越快；压强降越大，过滤速率越快；滤饼的厚度越厚，滤饼的比阻越大，过滤面积越大，过滤速率越小。

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；开始过滤时，滤饼还未形成，空隙较大的滤布使较小的颗粒得以漏过，而过段时间后滤饼形成且形成较密的滤饼，使颗粒不易通过，所以滤液变清。

4．板框压滤机的优缺点是什么？使用于什么场合？

答：板框压滤机的优点是构造简单，过滤面积大而占地省，过滤压力高，便于用耐腐蚀性材料制造，所得滤饼水分含量少又能充分地洗涤。它的缺点是装卸、清洗等工序需手工操作，劳动强度较大。它使用于间歇操作。

5．板框压滤机的操作可分为哪几个阶段？

答：板框压滤机的操作可分为装合、过滤、卸渣、整理四个阶段。

6．除了板框压滤机外，还有什么过滤方法？

答：除了板框压滤机外，还有叶滤机、回转真空过滤机等过滤方法。当然还可用重力沉降的设备如降尘室，还有离心沉降的设备如旋风分离器、离心机等进行物质的分离。