实验三 过滤实验

一、实验目的

1. 熟悉板框压滤机的结构。 2. 学会板框压滤机的操作方法。

3. 测定一定物料恒压过滤方程中的过滤常数K 和qe，确定恒压过滤方程。

二、实验原理

过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流动。固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加。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，式中A 代表过滤面积m2，代表过滤时间s，V 代(Ad)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观速度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。在低雷诺数下，可用康采尼(Kozeny)的计算式，即：

dq31p u 22d(1)aKL 对于不可压缩的滤饼，由上式可以导出过滤速率的计算式为：

dqpK drv(qqe)2(qqe)式中：qe=

Ve，Ve为形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量m3； A 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m3/m3； μ为滤液的粘度Pas； K为过滤常数m2/s。

在恒压差过滤时，上述微分方程积分后可得：q2+2qqe=K。

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、过滤条件一定时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、qe 等常数，而K、qe 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：

q12qqe KK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q～q作图

得直线。读取直线斜率1/K和截距2qe/K，求取常数K和qe的值。或者将τ/q和q的数据用最小二乘法求取l/K和2qe/K值，进而计算K 和qe的值。 若在恒压过滤的时间内已通过单位过滤面的滤液q1，则在τ1 至 τ2 及 q1 至 q2 范围内将上述微积分方程积分整理后得：

12(qq)(qqe) 1qq1KK上述表明q-q1和（τ－τ1）/（q－q1）为线性关系，从而能方便地求出过滤常数K 和qe。

用最小二乘法回归直线方程时，设回归方程为yx，则(xy)平均x平均y平均(x2)平均(x平均)2,y平均x平均。

1三、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、滤液计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(CaCO3)或碳酸镁(MgCO3)的悬浮液在配料桶内配制成一定浓度后，为阻止沉淀，料液由供料泵管路循环。配料桶中用压缩空气搅拌，浆液经过滤机过滤后，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. 实验可选用CaCO3 粉末配制成滤浆，其量约占料桶的2/3 左右，配制浓度在8.0B°左右（约10%，wt）。

2. 料桶内滤浆可用压缩空气和循环泵进行搅拌，桶内表压强控制在0～0.1MPa，不能超过料桶承受的压强0.14MPa。

3. 滤布在装上之前要先用水浸湿。

4. 实验操作前，应先让供料泵通过循环管路，循环操作一段时间，过滤时也要保证料液循环。结束后，应关闭料桶上的出料阀，打开旁路上清水管路清洗供料泵，以防止 CaCO3在泵体内沉积。

5. 实验初始阶段不是恒压操作。因此可采用两只秒表交替计时，记下时间和滤液量，并确定恒压开始时间τ1 和相应的滤液量q1。过滤压强不要超过0.08MPa。 6. 当滤液量很少时，滤渣已充满滤框后，过滤阶段可结束。

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：0.7MPa 料液温度：10℃ 序号 时间间隔（s） 间隔中的滤液量（L） 1(恒压前) 5.4 0.4 2 10 0.63 3 10 0.46 4 10 0.34 5 10 0.25 6 10 0.26 7 10 0.24 8 10 0.25 9 10 0.228 10 10 0.21 11 10 0.208 12 10 0.182 13 10 0.18 14 10 0.195 15 10 0.18 16 10 0.165 17 10 0.178 18 10 0.162 19 10 0.162 20 10 0.198 21 10 0.151 22 10 0.124 23 10 0.123 24 10 0.128 25 10 0.115 26 10 0.118 27 10 0.104 28 10 0.1 29 10 0.105 30 10 0.106 31 10 0.098 32 10 0.092

六、实验数据处理

数据处理结果如表所示，以1例写出计算过程。

间 隔 间隔滤液 序号 时间量V q  m3 m3/m2 s 1 5.4 4.00E-04 0.0226 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 累积滤 累积液量 V 累积q 时间 m3/m2 / s m3 0.00040 0.0226 5.4 (1)/(qq1) qq1m/m 32 6.30E-04 0.0357 0.00103 0.0583 15.4 4.60E-04 0.0260 0.00149 0.0844 25.4 3.40E-04 0.0192 0.00183 0.1036 35.4 2.50E-04 0.0142 0.00208 0.1178 45.4 2.60E-04 0.0147 0.00234 0.1325 55.4 2.40E-04 0.0136 0.00258 0.1461 65.4 2.50E-04 0.0142 0.00283 0.1602 75.4 2.28E-04 0.0129 0.00306 0.1731 85.4 280.36 0.0357 324.08 0.0617 370. 0.0810 420. 0.0951 455.22 0.1098 486.12 0.1234 508.80 0.1376 531.60 0.1505 2.10E-04 0.0119 0.00327 0.1850 95.4 5.26 0.1624 2.08E-04 0.0118 0.00348 0.1968 105.4 574.20 0.1742 1.82E-04 0.0103 0.00366 0.2071 115.4 596.34 0.1845 1.80E-04 0.0102 0.00384 0.2173 125.4 616.49 0.1946 1.95E-04 0.0110 0.00403 0.2283 135.4 632.02 0.2057 1.80E-04 0.0102 0.00421 0.2385 145.4 8.51 0.2159 1.65E-04 0.0093 0.00438 0.2479 155.4 666.01 0.2252 1.78E-04 0.0101 0.00456 0.2579 165.4 679.98 0.2353 1.62E-04 0.0092 0.00472 0.2671 175.4 695.37 0.2445 1.62E-04 0.0092 0.00488 0.2763 185.4 709.65 0.2536 1.98E-04 0.0112 0.00508 0.2875 195.4 717.37 0.29 1.51E-04 0.0085 0.00523 0.2961 205.4 731.52 0.2734 1.24E-04 0.0070 0.00535 0.3031 215.4 748.86 0.2804 1.23E-04 0.0070 0.008 0.3100 225.4 765.51 0.2874 1.28E-04 0.0072 0.00560 0.3173 235.4 780.63 0.2946 1.15E-04 0.0065 0.00572 0.3238 245.4 796.95 0.3011 1.18E-04 0.0067 0.00584 0.3305 255.4 812.14 0.3078 1.04E-04 0.0059 0.00594 0.33 265.4 828.78 0.3137 1.00E-04 0.0057 0.00604 0.3420 275.4 845.40 0.3194 1.05E-04 0.0059 0.00615 0.3480 285.4 860.69 0.3253 30 31 32 10 10 10 1.06E-04 0.0060 0.00625 0.30 295.4 875.28 0.3313 9.80E-05 0.0055 0.00635 0.3595 305.4 0.55 0.3369 9.20E-05 0.0052 0.004 0.37 315.4 906.22 0.3421 m3 解：间隔滤液量：V0.63/10000.00063

q4V0.00063320.0357mm d20.7850.152 累积滤液量：VV1V20.00040.000630.00103m3 累积qq1q20.02260.03570.0583m3/m2

累积时间：5.41015.4s qq10.05830.02260.0357m3/m2 1

qq115.45.4280.36

0.05830.0226七、实验结果及讨论

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

答：由图可知，直线的斜率和截距分别为1914.2和231.01，即

11914.2s/m2， K2(q1qe)231.01s/m，得K=5.22104m2/s,qe0.0377m3/m2。 K1 求得恒压过滤方程为：1914.2(qq1)231.01，整理可得，

qq1

q20.07q5.22104。 

2、用最小二乘法求斜率和截距并求出K和qe，与图解求出的比较。 答：设yx，则(xy)平均x平均y平均(x2)平均(x平均)2=1914.2， y平均x平均=231.01，K=5.22104m2/s， qe0.0377m3/m2。

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，

这样使过滤阻力增大，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。