1、过滤实验- - 恒压过滤实验 真空过滤实验恒压过滤实验1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，验证过滤基本理论。3) 学会测定过滤常数K、qe、e及压缩性指数s的方法。4) 了解过滤压力对过滤速率的影响。2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。1空气压缩机；2压力灌；3安全阀；4，5压力表；6清水罐；7滤框；8滤板；9手轮；10通孔切换阀；11调压阀；12量筒；13配料罐；14地沟图1 板框压滤机过滤流程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，用压缩空气加以搅拌使CaCO3不致沉降，同
2、时利用压缩空气的压力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上排空管中排出。板框压滤机的结构尺寸：框厚度20mm，每个框过滤面积 0.0177m2，框数2个。空气压缩机规格型号：风量0.06m3/min，最大气压0.8Mpa。3基本原理过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。过
3、滤速度u定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（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。过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式： （1）式中：u 过滤速度，m/s；V 通过过滤介质的滤液量，m3；A 过滤面积，m2； 过滤时间，s；q 通过单位面积过滤介质的滤液量，m3/m2；p 过滤压力（表压）pa ；s 滤渣压缩性系数；滤液的粘度，Pa.s；r 滤渣比阻，1/m2；C 单位滤液体积的滤渣体积，m3
4、/m3；Ve 过滤介质的当量滤液体积，m3；r 滤渣比阻，m/kg；C 单位滤液体积的滤渣质量，kg/m3。对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，、r、C和p都恒定，为此令： （2）于是式（1）可改写为： （3）式中：K过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，。将式（3）分离变量积分，整理得： （4）即 （5）将式（4）的积分极限改为从0到Ve和从0到积分，则： （6）将式（5）和式（6）相加，可得： （7）式中：虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量Ve所需时间，s。再将式（7）微分，得： （8）将式（8）写成差分形式，则 （9）式中： 每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m3/
5、 m2； 每次测定的滤液体积所对应的时间，s； 相邻二个q值的平均值，m3/ m2。以为纵坐标，为横坐标将式（9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距，斜率： 截距： 则， 改变过滤压差P，可测得不同的K值，由K的定义式（2）两边取对数得： (10)在实验压差范围内，若B为常数，则lgKlg(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。4实验步骤4.1 实验准备1) 配料：在配料罐内配制含CaCO31030（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
6、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
7、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1/22/3处，关闭进料阀门。4.2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。每个压力下，测量81
8、0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。4.3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
9、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。4.4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
10、用清水冲洗。5实验报告1) 由恒压过滤实验数据求过滤常数K、qe、e。2) 比较几种压差下的K、qe、e值，讨论压差变化对以上参数数值的影响。3) 在直角坐标纸上绘制lgKlgp关系曲线，求出s。4) 实验结果分析与与讨论。5) 实验心得6思考题1) 板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？2) 板框压滤机的操作分哪几个阶段？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？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、qe、e值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？真空过滤实验1实验目的1) 熟悉真空过滤机的构造和操作方法。2) 通过真空过滤实验，
11、验证过滤基本理论。3) 学会测定过滤常数K、qe、e及压缩性指数s的方法。4) 了解过滤压力对过滤速率的影响。2实验装置与流程1恒温滤浆槽; 2过滤漏斗; 3搅拌电机; 4计量筒; 5真空压力表; 6缓冲罐; 7真空泵.图1 真空过滤实验流程示意图称取一定量的CaCO3，在恒温滤浆槽的内配制一定浓度的CaCO3悬浮液，用电动搅拌器进行均匀搅拌，启动真空泵，使系统内形成真空达指定值，然后打开过滤漏斗上的球阀使浆液在压差推动下流入过滤漏斗，经过滤后清液流入量筒计量。3基本原理过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣
12、层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。过滤速度u定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（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。过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式： （1）式中：u 过滤速度，m/s；V 通过过滤介质的滤液
13、量，m3；A 过滤面积，m2； 过滤时间，s；q 通过单位面积过滤介质的滤液量，m3/m2；p 过滤压力（表压）pa ；s 滤渣压缩性系数；滤液的粘度，Pa.s；r 滤渣比阻，1/m2；C 单位滤液体积的滤渣体积，m3/m3；Ve 过滤介质的当量滤液体积，m3；r 滤渣比阻，m/kg；C 单位滤液体积的滤渣质量，kg/m3。对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，、r、C和p都恒定，为此令： （2）于是式（1）可改写为： （3）式中：K过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，。将式（3）分离变量积分，整理得： （4）即： （5）将式（4）的积分极限改为从0到Ve和从0到积分，则： （6）将式（5
14、）和式（6）相加，可得： （7）式中：虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量Ve所需时间，s。再将式（7）微分，得： （8）将式（8）写成差分形式，则 （9）式中： 每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m3/ m2； 每次测定的滤液体积所对应的时间，s； 相邻二个q值的平均值，m3/ m2。以为纵坐标，为横坐标将式（9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距，斜率： 截距： 则， 改变过滤压差P，可测得不同的K值，由K的定义式（2）两边取对数得： (10)在实验压差范围内，若B为常数，则lgKlg(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。4实验步骤
15、4.1实验前操作准备1) 检查管道连接口有没有漏气，抱箍有没有松动。2) 检查设备上各电器设备是工作正常。3) 检查计量筒刻度是否标记正确。4) 确认真空泵开关、恒温滤槽加热开关处于关闭状态。5) 接通电源（把电源插头插到的插座上）。6) 关闭设备上的所有阀门。4.2 实验过程操作1) 配料：在恒温滤浆槽内配制含CaCO31030（wt %）的水悬浮液，碳酸钙事先由天平称重，恒温滤浆槽的尺寸为490*325*115（mm）。配置时，应确认恒温滤浆槽底部皮管不处于排液状态。配好料后，恒温滤浆槽的水温设置在实验所需温度（一般在20-30之间）。2) 搅拌：开启搅拌电机进行搅拌，控制好搅拌转速，一般
16、转速设置在0.08-0.10Kr/min之间。3) 系统抽真空：先打开缓冲罐放空阀，再开启真空泵，然后通过调节缓冲罐放空阀开度，使系统内真空度达到指定值（0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa)。注意：真空度一般在0.04-0.06MPa之间，如果真空度过小则放空阀开度大，使真空泵在畅通大气下工作，此时工作时间一般在3分钟以内；如果过大则导致管道连接处承载压力过大，使连接处有气体进入。真空泵长时间使用后，如果真空度过大会导致泵出口有大量白烟冒出，此时应减小真空度或停泵冷却。4) 过滤：打开过滤漏斗上的球阀，使滤浆槽内浆液在压强差的推动下通过过滤漏斗过滤，清液流入计量筒内。此时，真空压力
17、表指示过滤真空度。5) 每次实验时计量筒留有一定的液体作为零液位，高度为10mm左右，不同真空度下需相同的零液位。在打开过滤漏斗上的球阀的同时开始计时,每次h取50mm，即读取清夜高度可能在100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm,400mm时所需时间，选取的第一个清液高度可根据第一次出液量的快慢作选取，出液大时可选得高一点。根据记录时间算得过滤时间。每个真空度下，测量7-8个读数即可停止实验。注意：计量筒内液位不得超过进缓冲罐管口的高度，防止液体吸入真空泵。6) 实验完成后，停真空泵，关闭过滤漏斗上的球阀，打开放液阀排出计量筒内的清夜，但不要排净，需要留有一定的
18、零液位，高度和第一次实验选取的高度相同。卸下过滤漏斗、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。清洗完成后安装好滤布、漏斗，然后进入下一个真空度实验。4.3实验结束操作1) 停真空泵；关闭搅拌电机，切断总电源；2) 打开计量筒排液阀，排净计量筒内清夜3) 排净恒温滤浆槽的滤液。4) 清洗实验设备。5实验报告1) 由真空过滤实验数据求过滤常数K、qe及e。2) 比较几种压差下的K、qe、e值，讨论压差变化对以上参数数值的影响。3) 在直角坐标纸上绘制/q关系曲线及lgKlgp关系曲线，求出s。4) 实验结果分析与与讨论。5) 实验心得6思考题1) 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？2) 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、qe、e值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？
