实验六过滤常数的测定
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、τe，并以实验所得结果验证过滤方程式，增进对过滤理论的
理解；
4．改变压强差重复上述操作，测定压缩指数s和物料特性常数k ；
5．了解操作压力对过滤速率的影响。
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)
u：过滤速度，m/s K’：康采尼常数，层流时，K’＝5.0
ε：床层空隙率，m3/m3 μ：滤液粘度，Pas
a：颗粒的比表面积，m2/m3 △p：过滤的压强差，Pa
L：床层厚度，m
由此可以导出过滤基本方程式：
(2)
V：过滤体积，m3 τ：过滤时间，s
A：过滤面积，m2 Ve：虚拟滤液体积，m3
r：滤饼比阻，1/m2，r=5.0a2(1-ε)2/ε3 r’：单位压强下的比阻，1/m2，r= r’△ps
v：滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次
S：滤饼压缩性指数，无因次，一般S＝0～1，对不可压缩滤饼，S＝0
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，在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔△τi，和对应的滤液体积△Vi，可计算出一系列△τi、△qi、qi，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、实验装置与流程
实验装置如图4-1、4-2所示：
图4-1 板框压虑机过滤流程图
图4-1 板框压滤机过滤流程
1-可移动框架 2-阀2 3-止回阀 4-压力料罐 5-玻璃视镜 6-压紧手轮 7-压力表
8-板框组 9-板框进口压力表 10-压力定值调节阀 12-阀10 13-阀9 14-配料槽
15-指示尺 16-阀6 17-阀7 18-阀8 19-阀5 20-阀4 21-阀3 22-阀1
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 0.048m2。单个滤框面积＝0.006m2
空气压缩机规格型号：V－ 0.08/8，最大气压0.8Mpa。
四、实验步骤与注意事项
（一）实验步骤：
1、配制含CaCO38％～13％（wt%）的水悬浮液。
2、开启空压机，打开阀2、阀3，关闭阀1阀4、阀5，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：并打开阀6、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定时，单击实验软件上的“0.1MPa压力实验”按钮，进行0.1MPa压力实验，实验软件自动计算时间间隔内的过滤量并记录数据，存储到数据库中，以供数据处理软件之用。当实验数据组数做完后，软件自动停止。
9、做0.2MPa压力实验：打开阀7、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定时，单击实验软件上的“0.2MPa压力实验”按钮，进行0.2MPa压力实验。当实验数据组数做完后，软件自动停止。
10、做0.3MPa压力实验：并打开阀8、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定时，单击实验软件上的“0.3MPa压力实验”按钮，进行0.3MPa压力实验。当实验数据组数做完后，软件自动停止。
11、实验完成后打开数据处理软件进行数据处理。
12、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800ml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。
13、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。
（二）注意事项：
1．在夹紧滤布时，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。
2．滤饼及滤液循环下次实验可继续使用。
五、实验报告
实验数据列于表4-1中。计算结果列于表4-2中。A = 0.048 m2
表4-1 实 验 数 据 表4-2 计 算 结 果
计算公式：q = △V/A
较大的两个数据舍去
表4-3 不同压力下的K值
1、以累计滤液量q对τ作图；
2、以
对
作图。求出过滤常数
和
，并写出完整的过滤方程式；
3．求出洗涤速率，并与最终过滤速率进行比较；
六、思考题（百度有答案）
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？
2．为什么过滤开始时，滤液常常有点混浊，过段时间后才变清？
3．在过滤中，初始阶段为什么不能采取恒压操作？
4．如果滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过滤速率？
5． 滤浆的浓度和过滤压差对过滤常数K有何影响？
附：（过滤实验装置二）
一、板式过滤器常数的测定
一、实验目的与任务
通过本装置的操作实践，了解板式过滤器的结构，测定过滤常数，并学会操作板式过滤器的操作方法。
二、实验原理
过滤是借一种能将固体物截留而让流体通过的多空介质，因此过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流动，所不同的是这个固体颗粒的厚度随着过滤过程的进行而不断增加，因此在势能差不变的情况下，单位时间通过过滤介质的液体量也不断下降，即过滤速度不断下降，既过滤速度不断下降，过滤速度U定义是单位时间过滤面积内通过过滤介质是过滤液，即
u=dV/Adτ·dq/dτ
式中：A——过滤面积
T——过滤时间
V——通过过滤介质的滤液量
影响过滤速度的主要因素除势能差（ΔP）、滤饼外，还有悬浮液性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等。故难以用严格的流体学等来处理。
过滤过程可近似为流体经过固定床在低雷诺数范围内的流动,应用康采尼(kozeny)计算式,即:
u=dq/dτ=ε3/(1-ε)2α2·1/kμ·Δp/L
对不可压缩的滤饼,在恒定过滤时得到:
q2+2qqe=Kτ
利用上述方程计算过滤器时,需知道k、q可利用实验进行测定。对上式进行变换后可得：
τ/q=1/K·q+2/K·qe
因此，实验时只要维持恒压操作，计取过滤时间和相应的滤液量，以τ/q～q做图得一直线，读取斜率1/K和截距2/K·qe·2qe/K,即可求得常数k 和qe
三、实验方法
碳酸钙的悬浮液在与配料桶内配制成一定浓度后，为防止沉淀，料液由供料泵循环搅拌，浆液经过过滤机过滤后滤液流入计量筒。
四、实验操作要点
1、配制浆液：在配料筒中加入18升水，（约占总体积的2/3），在加入碳酸钙粉末700克。
2.关闭过滤阀，开启循环阀门，开动泵循环搅拌。
3、逐渐打开过滤阀门,关小阀门,调节过滤压力######.
4、稍停一会儿（为什么？）开始记时，记下每隔一段时间的过滤的量。
5、当滤液流出很慢时，过滤阶段即告结束。
6、清洗：打开板式过滤器，将滤布清洗后，重新安装好。
五、报告要求
以q/τ对q作图，求出k和qe的值。
六、实验原始数据记录
过滤面积A=1.37·10-2m2室温t= ℃ Δp= MPa
七、思考题
1、观察分析：当操作压力增加一倍时，其K值是否也增加一倍，要得到同样的过滤量，起过滤时间是否将缩短一半？
2、分析过滤刚开始时，为什么滤液常是浑浊的，过一段时间才变清？
第二篇：板框式压滤机过滤常数测定
板框压滤机过滤常数测定实验报告
一、实验目的与要求
1、通过实验，加深对过滤单元操作的理解，掌握压滤操作的全过程：调料，组装，过滤，洗涤，去饼，洗涤等实际操作的步骤。
2、学习并掌握过滤方程式中常数K，qc及的测定方法。
3、了解板框压滤机的结构。
4、熟悉板框压滤机的实验流程以及流程中的各机械设备的基本结构和作用。
二、实验原理及测量参数
实验原理
过滤是分离液-固或者气-固均相混合物的常用方法。利用过滤介质，使只能通过液体或者气体而不让固体颗粒通过，从而完成液-固相或者气-固相混合物的分离。当过滤分离是浮液时，将待分离的悬浮液称为滤浆，透过过滤介质得到的清夜称为滤液，截留在过滤介质上的颗粒层称为滤饼。过滤的推动力有重力、压力、离心力。
过滤过程所用的基本构件为过滤介质，它是用来截留非均相混合物中的固体颗粒的多孔性物质，常用的有织物介质，多孔固体介质，堆积介质，多孔膜等。常见的典型过滤设备有板框压滤机，加压叶滤机，转筒真空过滤机，新型的过滤设备有板式密闭过滤机，卧式密闭过滤机，排渣过滤机，袋式过滤机和水平纸板精滤机等。
过滤机理可分为两大类：滤饼过滤和深层过滤。滤饼过滤时，固体颗粒在过滤介质的表面积累，在很短的时间内发生架桥现象，不断沉积的滤饼层也起到了过滤介质的作用，颗粒在滤层表面被拦截下来。而在深层过滤中，固体离子在过滤介质的孔隙内被拦截，分离过程发生在过滤介质内部。在实际过滤，这两种机理可能同时或者前后发生。
本实验采用以压力位推动力的板框压滤机。
过滤基本方程式
比较过滤过程与流体经过流动床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定床的表现速度u。同时，流体细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动是层流雷诺数范围，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，应用层流时泊肃叶公式不难推导出过滤基本方程式
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：
（1）
式中，Δp——过滤的压强差，Pa；
K’——康采尼系数，层流时，K=5.0；
ε——床层的空隙率，m3/m3；
μ——过滤粘度，Pa.s；
a ——颗粒的比表面积，m2/m3；
u ——过滤速度，m/s；
L ——床层厚度，m。
由此可以导出过滤基本方程式：
（2）
式中，V——滤液体积，m3
τ——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=0~1，对于不可压缩滤饼，S=0；
R ——滤饼比阻，1/m2，r=5.0a2（1-ε）2/ε3
r’——单位压差下的比阻，1/m2
ν ——滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次；
Ve——虚拟滤液体积，m3
在恒压过滤时，对（2）式积分可得：
式中，q ——单位过滤面积的滤液体积，m3/m2；
qe——单位过滤面积的虚拟滤液体积，m3/m2；
τe——虚拟过滤时间，s；
K——滤饼常数，由物理特性及过滤压差所决定，m2/s
K，qe，τe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，τe，它们只有通过实验才能确定。
对上式微分得：
该式表明以dτ/dq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，可用增量 替代，把上式改写成
在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔及对应的滤液体积，由此算出一系列在直角坐标系中绘制的函数关系，得一直线。由直线的斜率和截距便可求出K和qe，再根据τe=qe/K，求出τe。
三、实验装置及流程
（1）实验装置
（2）实验操作步骤
1. 观察过滤机(尤其是板框)结构，注意管路连接及走向，安装滤布，调整板框
2. 用MgCO3粉或上次试验的滤饼搅拌配置3～5%的待过滤的料浆；
3. 将初步搅拌分散好的料浆悬浮液倾入搅拌槽（打开排气阀，进料阀），进料后关闭排气阀和进料阀，使料浆自流入密封搅拌釜中，进一步搅拌分散，等待压入板框滤机中；
4. 启动密封搅拌釜的搅拌器，并一直开到实验结束；
5. 加完料后，打开连接搅拌槽与与空压机连接阀门（此时注意要关闭空气进入洗水贮罐的阀门）。
6. 观察空气进入密封搅拌釜管路上的压力表，当其读数到达规定压力（如 0.2Mpa）时，开始过滤：打开连接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门，让料浆压入板框中，并记录不同时间τ得到的滤液量 V（每隔 1-3min，记录计量槽液位的高度与时间间隔）以及相应的压力表读数（此时注意洗水贮罐进入板框滤机管路上
的阀门是否关闭，如没有关闭，否则料浆可能由此进入洗水贮罐中）；
7. 过滤结束后，关闭连接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门，准备洗涤；
8. 用自来水将洗水贮罐灌满，关闭自来水进入洗水贮罐的阀门；
9. 将空压机压送出来的空气接入洗水贮罐中（关闭连接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门），当达到一定压力后，打开连接洗水贮罐与板框滤机管路上的阀门，立即开始记录数据（每个 10-20 sec 记录一次，记录计量槽液位的高度与时间间隔）；
10.过滤结束后，拆开板框滤机，查看滤饼的形状及特点；
11. 清洗滤布、板、框，关水、电，清扫卫生。
四、注意事项
1、注意空气、物料、洗水的流向和通路：
空气→空压机→密封搅拌釜顶→密封搅拌釜底→板框压滤机下面靠外进料管→板框→板框上方→出口
空气→空压机→洗水罐顶→洗水罐底→板框压滤机下面靠内进料管→板框→板框上面→出口
料浆→高位搅拌槽（调浆桶）→自流进入密封搅拌釜→在空气压力下进入板框压滤机下面靠外进料管→板框→在框内形成滤饼（滤液从板框上面管流出来→计量桶）
自来水龙头→自流进入洗水贮罐→在空气压力下进入板框压滤机下面靠内进料管→板框中的滤饼→板框上面出来→计量桶
2、板、框的组装： 组装次序由料浆及洗水、滤液的通道所决定； 按图1所示，标记点从右到左为 1-2-3-2-1-2-3-2-1 … … …
3、计量槽的截面积：250×250mm；
4、板框洗涤要干净，防止物料通道堵塞；
五、思考题
1、在恒压过滤中，你的实验数据第一点是否有偏高或偏低现象，原因如何，如何对待这异常 数据？
答：有偏高现象。
2、若操作压力增加一倍，其 K值是否也增加一倍？要得到同样的滤液时，其过滤时间是否缩短了一半？
答：由K=2kp1-s知，k为常数，操作压力增加一倍，K值增加幅度小于一倍。要得到同样的滤液时，其过滤时间大于原所需时间的一半。
3、如果过滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过滤速率？
答：增加过滤速度,可采取的措施有：添加助滤剂，控制过滤温度，选择合适的过滤介质，控制滤饼厚度。