实验五    板框压滤机过滤常数的测定

一、实验目的

1、  了解板框过滤机的结构，掌握其操作方法；

2、  熟悉板框压滤机的构造和操作；

3、  掌握过滤常数（K、q_e、τ_e）的测定方法；

4、  验证洗水速率与过滤速率的关系。

二、实验装置

本试验所用板框过滤机的整套装置由调浆桶、清水桶、压缩空气系统、板框过滤机和贮液量筒组成。在调浆桶内配制一定浓度的碳酸镁（MgCO₃）悬浮液，用压缩空气将悬浮液送入板框过滤机进行过滤，调节阀门开度以维持恒压过滤时所需要的恒定压力，滤液流入贮液量筒计量，洗涤水同样用压缩空气从洗水桶送至板框压滤机进行洗涤，洗涤水也用也用贮液量筒计量其液量。实验完毕拆卸板框压滤机，将板框压滤机内的滤渣放回调浆桶。实验装置如图1示。

 

 

三、实验原理

过滤是以某种多控物质作为介质来处理悬浮乳液的操作。在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截流下来，从而实现固液分离，因此，过滤操作本质上是流体通过固体颗粒通过床层的流动，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，起过滤速率不断降低。

影响过滤速度的主要因素除压强差△p，滤饼厚度L外，还有滤饼和悬浮页液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，故以应用流体力学的方法处理。

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速度计算式：

式中，u——过滤速度，m/s

K’——康采尼常数，层流时，K?=5.0;

ε---床层的空隙率，m/m

a---颗粒的比表面积，m/m

△p---过滤的压强差，Pa

μ---滤液的粘度，Pa.s

L---床层厚度，m

由此可导出过滤基本方程式为：

式中，V——滤液体积，m

τ——过滤时间，s

A——过滤面积，0.191m²

S——滤饼压缩性指数，无因次。一般情况下S=0～1，对不可压缩滤饼S=0

R——滤饼比阻，1/m,r=

——单位压差下的比阻，1/m,r=r

V——滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次。

Ve——虚拟滤液体积，

恒压过滤时，令,, ,对上式积分可得

式中，q——单位过滤面积的滤液体积，

qe——单位过滤面积的虚拟滤液体积，

τe——虚拟过滤时间，s

K——滤饼常数，由物料特性及过滤压差所决定，

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。

对上式微分可得

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，微分可用差分替代，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Δτ及对应的滤液体积V，由此算出一系列在直角坐标系中的Δτ/Δq和q，绘制出函数关系，得一直线。根据直线的斜率和截距便可求出K和qe。

四、实验操作

1、    安装滤布，调整设备（按图1所示，从又到左为1-2-3-2-1-2-3-2-1 …）；

2、    采用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高位槽，通过高位槽送至搅拌槽（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，等待进入板框滤机中；

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；

7、    （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）

8、    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；

9、    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；

10、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（每隔20 s记录一次，记录计量槽液位的高度与时间间隔）；

11、过滤结束后，拆开板框滤机，查看滤饼的形状及特点；

12、清洗滤布、板、框，关水、电，清扫卫生。

五、实验数据处理

每隔20s记录滤液高度，数据如下表：

表1  过滤数据记录

实验现象：起初滤液较浑浊，流速较快，随着滤液的流出流速变慢；

表2  数据处理

        S=    A=0.191

因此        

由以上数据可得Δτ/Δq—q 函数关系图：

直线方程为 y=0.4498x-2.8618

故，此直线的斜率为    

又可得此直线的截距为     

则得到过滤常数          K=

                        

                      

六、思考题

1、过滤过程中，搅拌可以停吗？为什么？

答：不可以。搅拌停止后会使液体内较大的颗粒沉淀，造成滤浆沉淀，影响后面的过滤效果。

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：一般压力越大，过滤速度会越快，但都是有限度的，所以过滤压力不可能无限度的加大。K和△P成比例增大，但是并不是线性关系，故就算压强增大一倍，K也不一定会增大一倍，时间会缩短，但不会减半。

3、过滤开始时，为什么滤液是浑浊的？

答：开始滤布表面没有附着滤饼，所以开始滤液会浑浊，新滤布的话，会更明显。

4、板框次序装错了，可能出现那些后果？

答：可能会影响过滤的效率和所要完成的样品含量。

5、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：可以加热升高温度降低粘度后再过滤，可还加入适当的分散剂来降低粘度。

第二篇：板框压滤机过滤常数的测定

浙江科技学院

实验报告

   

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：

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：

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^’△p^s

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△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（含流程简图及主要仪器）

实验装置如图1-1所示：

图1-1 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-排污阀  6－放空阀 7－玻璃视镜  8－压力表9-压紧手轮 10-板框组  11-板框进口压力表 12-阀12  13-阀13  14-压力定值调节阀15-阀8  16-阀7   17-阀6  18-配料槽  19-出液口  20-指示尺  21-进水口  22-阀9  23－阀10  24－阀11  25－阀5  26－阀4  27－阀3  28－阀1

     控制柜面板图如图1-2：

图1-2 控制柜面板图

1-  仪表电源开关 2-空压机电源开关6-电子天平通讯串口  7-智能仪表通讯串口  8-压力显示仪  9-空气开关

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。做0.3MPa压力实验：打开阀8、阀11及阀12、阀13，开始加压过滤。一般可以用一个阀调节不同的三个压力来做实验，具体压力根据操作情况现场决定。

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。

（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。

七．实验数据记录和处理

实验原始数据列于表1-1中,本实验称质量，再换算成体积。计算结果列于表1-2中。

表1-1   实 验 数 据

△q=△V/A    dτ/dq=△τ/△q

计算示例：

△q=△V/A=200/47100=0.00425

dτ/dq=△τ/△q=28.4/0.00425=6682.35

表1-2    计 算 结 果

八．实验结果与分析  

绘制不同压力情况下的关系线，求出K及s。

斜率为2/K，截距为2q_e/K

表1-3  不同压力下的K值

九．讨论、心得

1.思考题   

1.当你在某一恒压下所测得的k、q_e、τ_e值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有

何变化?

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τ_e= q_e / K知，τ_e是变为原来的1/2。qe和τ_e是反映过滤介质阻力大小的常数，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：主要因素有：过滤压强、过滤介质、过滤面积。

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？

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，滤饼形成后且形成较密的滤饼，使颗粒不易通过。

2.心得

这是我这学期做的第一个实验，实验之前预习了，但是凭书本的理论知识我不并不怎么理解，看完了就又忘了。后来上课的时候老师给我们讲解了实验内容并示范了实验操作流程给我们看，让自己本来很多不明白的地方都弄明白了。实验对于我们来说，书本知识始终还是死的，要回实际操作，活学活用才是真理。本实验的目的是通过恒压过滤实验验证过滤基本原理。在恒压过滤中，随着过滤的进行，虽然其压差不变，但是过滤的滤渣积压压缩成滤饼，随着滤饼的增厚，滤液通过的滤饼的阻力增大，实际提供给滤液的压差减少，滤液越来越难以通过滤饼导致滤液越来越少，过滤速率也越来越慢。所以实验时要注意夹滤布要对牢板上的洞，安装滤板和滤框用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，记得先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧。过滤完毕，必须立刻把吸滤器冲洗干净，因为隔一段时间，滤渣干了既堵塞了介质的孔隙，又牢牢粘附在吸滤器内，影响下次操作。处理数据分析时有偏差，可能是做实验量水的体积时溢出很多，压强没调好，滤布等没洗干净等使数据不准确。以后实验我们会注意的。