恒压过滤常数测定计算示例

数据处理

1．数据记录

过滤面积A＝0.025m²

表1    过滤压力△p＝0.2 MPa时

注：初始滤液体积可以500ml来计时、随后滤液体积可以250ml来计时；

过滤压力△p＝0.2 Mpa；每组共测量5~6组数据；

2．数据处理

△q_n=△V_n/A、q₀=0  m³/m² 、q₁= q₀+△q₁ 、q₂= q₁+△q₂

q_n= q_n-1+△q_n、、_n=1/2×(q_n-1+q_n)；

根据以上公式计算得：

   表2    过滤压力△p＝0.1015 MPa时（电脑计算）

在直角坐标系中绘制△τ/△q～的关系曲线，如下

过滤常数S以曲线斜率，以图中取点来算：                        

 由 斜率：；截距： ；

则： 、、；

表7（电脑计算）

3.结果分析

过滤系数K与过滤压力△p成正比。△p变大时，K也随着变大；△p变小时，K也随着变小

4.思考题1、2、3

三、实验装置与流程

本实验装置由空压机、配料槽、压力料槽、板框过滤机等组成，其流程示意如图1。

图1 板框压滤机过滤流程

第二篇：恒压过滤常数的测定

                       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、q_e、τ_e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△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，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△τ_i，和对应的滤液质量△M（除水的密度换算成体积△V_i），可计算出一系列△τ_i、△q_i、_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。

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

4.1.2为0.02Pa

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、q­_e、T_e

（1）过滤压力为0.01Pa

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)

q­_e=K*I/2=I/S=2.16

T_e=I^2/(K*S^2)=986.51

（2）压力为0.02Pa时

△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)

q­_e=K*I/2=I/S=1.741

T_e=I^2/(K*S^2)=375.92

4.2.2比较几种压差下的K、q­_e、T_e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

可看出随着压差的变大，K值变大，q­_e、T_e­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q­_e、T_e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。

其曲线图LgK-Lg△p为

由拟合曲线可得（1-S）=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、q­_e、T_e­­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q­_e是衡量过滤介质阻力大小的常量，所以不变。而T_e­­= q­_e/K，所以T_e变为原来的2^（S-1）倍。