2020年过滤实验(实验报告)

　　实验 三

　　过滤实验 一、实验目的

　　 熟悉板框压滤机的结构。

　　 学会板框压滤机的操作方法。

　　 测定一定物料恒压过滤过程中的过滤常数 K 和 q e ，确定恒压过滤方程。

　　二、实验原理

　　过滤是一种能将固体物截流而让流体通过的多孔介质，将固体物从液体或气体中分离出来的过程。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层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加。因此在势能差δ（p+ρgz）不变的情况下，单位时间通过过滤介质的液体量也在不断下降，即过滤速度不断降低。过滤速度 u 的定义是单位时间、单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量，即u=dV/(Adτ),式中 A 代表过滤面积 m2 , τ代表过滤时间 s，V 代表滤液量 m3 。

　　影响过滤速度的主要因素除势能差、滤饼厚度外，还有滤饼和悬浮液（含有固体粒子的流体）性质、悬浮液温度、过滤介质的阻力等，故难以用严格的流体力学方法处理。

　　比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知过滤速度，即为流体经过固定床的表现速度 u。同时，液体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺范围。因此，可利用流体通过固体床压降的简化数学模型，寻求滤液量 q 与时间τ的关系。在低雷诺数下，可用康采尼（Kozeny）的计算式，即

　　L K a ddqu 1) 1 (2 23 对于不可压缩的滤饼，由上式可以导出过滤速度的计算式为

　　) ( 2 ) (e eq qKq q rv ddq 式中q e=V e /A,V e 为形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量 m3；r 为滤饼的比阻1/m2 ;v 为单位体积滤液所得到的滤饼的体积 m 3 /m 3 ;μ为滤液的粘度 Pa·s；K 为过滤常数 m 2 /s。

　　在恒压差过滤时，上述微分方程积分后可得q2 +2qqe=Kτ。

　　由上述方程可计算在过滤设备、过滤条件一定时，过滤一定滤液量所需要的时间或者在过滤时间、过滤条件一定是为了完成一定生产任务，所需要的过滤设备大小。

　　在利用上述方程计算时，需要知道 K、q e 等常数，而 K、q e 常数只有通过实验才能测定。

　　在用实验方法测定过滤常数时，需将上述方程变换成如下形式

　　eqKqK q2 1 因此，实验时只要维持操作压强恒定，计取过滤时间和相应的滤液量以τ/q~q 作图得直线。读取直线斜率 1/K 和截距 2q e /K 值，进而计算 K 和 q e 的值。

　　若在恒压过滤的时间内已通过单位过滤面的滤液 q 1 ，则在τ 1 和τ 2 及 q 1 至 q 2 范围内将上述微积分方程积分整理后得) (2) (11 111eq qKq qK q q 上述表明 q-q 1 和（τ-τ 1 ）/（q-q 1 ）为线性关系，从而能方便地求出过滤常数 K 和 q e 。

　　三、实验装置和流程

　　1、装置 实验装置由配料桶、供料泵、圆形过滤机、过滤机量筒及空气压缩机等组成。可进行过滤、洗涤和吹干三项操作过程。碳酸钙（CaCO 3 ）或碳酸镁（MgCO 3 ）的悬浮液在配料桶内配制成一定浓度后，为阻止沉淀，料液有供料泵管路循环。配料桶中用压缩空气搅拌，浆液经过过滤机过滤后，滤液流入计量筒。过滤完毕后，亦可用洗涤水洗涤和压缩空气吹干。

　　2、实验流程 本实验的流程如下图所示。图中给出了两套装置的流程。

　　四、 实验操作步骤及要点

　　1、正确安装滤器，防止泄露 2、检查料液阀、恒压阀、排气阀是否关闭。记录清液槽液位初值。

　　3、通过料液阀维持缓冲罐中一定液位。

　　4、排气（用容器在排气口挡一下）。

　　5、一旦有清液流出，立即开始计时。

　　6、排气结束，打开恒压阀，开始恒压过滤。记录此刻清液槽液位并秒表交替计时一次。此后，液位每上升一定高度记录一次液位值并秒表交替记录一次。

　　7、当清液流量很小时，实验结束。

　　8、关闭料液阀，关闭恒压阀，打开排气阀减压。

　　9、回收滤饼，清洗滤器。

　　五、实验数据记录

　　过滤物系:轻质碳酸钙 圆板过滤器直径内径 150mm 过滤操作压强0.07MPa

　　序号 时间间隔(s) 间隔中的滤液量

　　（mL）

　　1（恒压前）

　　53 660 2 10 560 3 10 420 4 10 370 5 10 300 6 10 320 7 10 226 8 10 234 9 10 200 10 10 180 11 10 190 12 10 184 13 10 170 14 10 176 15 10 170 16 10 162 17 10 160 18 10 140 19 10 138 20 10 138 21 10 148

　　22 10 126 23 10 120 24 10 100 25 10 96 26 10 90 27 10 92

　　六、 实验数据处理

　　序号 时间间隔δτ(s) 间隔滤液量δV（m3 ) △q

　　m3 /m 2

　　累积滤液量V(m 3 ) 累积 q

　　m 3

　　/m 2

　　累积时间τ(s) （τ-τ1）∕（q-q1）

　　(q-q 1 )

　　m3

　　/m2

　　1 53 0.00066 0.03737

　　0.00066

　　0.03737

　　53

　　2 10 0.00056 0.03171

　　0.00122

　　0.06907

　　153 3140179

　　0.03171

　　3 10 0.00042 0.02378

　　0.00164

　　0.09285

　　253 360.45919

　　0.05548

　　4 10 0.00037 0.02095

　　0.00201

　　0.11380

　　353 3950000

　　0.07643

　　5 10 0.0003 0.01699

　　0.00231

　　0.13079

　　453 4218182

　　0.09342

　　6 10 0.00032 0.01812

　　0.00263

　　0.14890

　　553 4428680

　　0.11154

　　7 10 0.000226 0.01280

　　0.00286

　　0.16170

　　653 4858197

　　0.12433

　　8 10 0.000234 0.01325

　　0.00309

　　0.17495

　　753 5079630

　　0.13758

　　9 10 0.0002 0.01132

　　0.00329

　　0.18627

　　853 5326236

　　0.14890

　　10 10 0.00018 0.01019

　　0.00347

　　0.19646

　　953 5670285

　　0.15909

　　11 10 0.00019 0.01076

　　0.00366

　　0.20722

　　1053 5875000

　　0.16985

　　12 10 0.000184 0.01042

　　0.00384

　　0.21764

　　1153 610.19944

　　0.18027

　　13 10 0.00017 0.00962

　　0.00401

　　0.22726

　　1253 6393202

　　0.18989

　　14 10 0.000176 0.00996

　　0.00419

　　0.23723

　　1353 650.46034

　　0.19986

　　15 10 0.00017 0.00962

　　0.00436

　　0.24685

　　1453 6631081

　　0.20948

　　16 10 0.000162 0.00917

　　0.00452

　　0.25602

　　1553 6801114

　　0.21866

　　17 10 0.00016 0.00906

　　0.00468

　　0.26508

　　1653 7063551

　　0.22771

　　18 10 0.00014 0.00793

　　0.00482

　　0.27301

　　1753 7243801

　　0.23564

　　19 10 0.000138 0.00781

　　0.00496

　　0.28082

　　1853 7336047

　　0.24345

　　20 10 0.000138 0.00781

　　0.00510

　　0.28863

　　1953 7516832

　　0.25127

　　21 10 0.000148 0.00838

　　0.00525

　　0.29701

　　2053 770.27911

　　0.25965

　　22 10 0.000126 0.00713

　　0.00537

　　0.30415

　　2153 7816575

　　0.26678

　　23 10 0.00012 0.00679

　　0.00549

　　0.31094

　　2253 8017012

　　0.27357

　　24 10 0.0001 0.00566

　　0.00559

　　0.31660

　　2353 8267701

　　0.27924

　　25 10 0.000096 0.00544

　　0.00569

　　0.32204

　　2453 8407876

　　0.28467

　　26 10 0.00009 0.00510

　　0.00578

　　0.32713

　　2553 8676378

　　0.28977

　　27 10 0.000092 0.00521

　　0.00587

　　0.33234

　　2653 8842994

　　0.29498

　　解

　　间隔滤液量δV=0.66÷1000=0.00066m3

　　q =AV =215 . 0 785 . 000066 . 0=0.037372 3/m m

　　累积滤液量32 100122 . 0 00066 . 0 00056 . 0 m V V V

　　累积2 32 1/ 06908 . 0 03171 . 0 03737 . 0 q q q m m

　　累积时间τ=53+10=153s

　　11q q =03171 . 010=31358

　　q-q 1=0.06907-0.03737=0.031712 3/m m

　　七、实验结果与分析

　　将表中数据描点，根据直线的斜率和截距求出 K 和 q e ，并写出恒压过滤方程。

　　由作图 可 知，直 线 的斜率 和 截距分 别 为 1971 和 206 ，即K1=19712/m s ，) (21q qKe =206s/m。得 K=-410 07 . 5 s m /2，2 3e/ 015 . 0 q m m

　　求得恒压过滤方程为

　　6 . 205 q - q 1971q - q-111 ）

　　（ 2、用最小二乘法求斜率和截距并求出 K 和eq ，与图解求出的比较。

　　答设 x y

　　则 =] x ) [(] y ) [(2 2）

　　（平均 平均平均 平均 平均xx xy=1971

　　=平均 平均x - y =206

　　K=s m / 10 07 . 52 4 -

　　3、本实验如何洗涤滤饼？ 答采用横穿洗涤法，洗涤液穿过两层滤布及整个厚度的滤饼，流径长度约为过滤终时滤液流动路径的两倍，而洗涤液流通的面积又仅为过滤面积的一半。

　　4、本实验如何吹干滤饼？

　　答随着过滤时间的增加，被截留在滤网上的固体杂质越来越多，使滤饼厚度不断增加，

　　这样过滤阻力增大，罐内压力升高，当压力升到一定值时需要排渣，停止向灌内输

　　入待滤液并将压缩空气经溢流管吹入罐内，将罐内待滤液压入另一台过滤机或其他容

　　器内，并吹干滤饼。

　　5、在本实验的装置上如何测定滤饼的压缩指数 s 和物料特性常数 k？ 答改变实验所用的过滤压差△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)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，直线的斜率为（1-s）,可得滤饼压缩性指数 s，由截矩可得物料特性常数 k。

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