1、化工实验二 过滤实验13 生物工程 2 班 陈忠杰 201330550204指导老师：李璐1、实验目的1.了解板框过滤机的构造、流程和操作方法。2.测定某一压力下过滤方程中的过滤常数 K、 、 值，增进对过滤理论的理解。eq3.测定洗涤速率与最终过滤速率间的关系。2、基本原理恒压过滤是在恒定压力下，使悬浮液中的液体通过介质（成为滤液） ，而固体粒子被介质截留，形成虑饼，从而达到固液分离目的的操作。过滤速度由过滤介质两侧的压差及过滤阻力决定。因为过滤过程滤渣厚度不断增加，过滤阻力亦不断增大，故恒压过滤速度随过滤时间而降低。当过滤介质及阻力均应计入时，恒压过滤方程如下：（5-1）)()(2eeKA
2、V（5-2）q将式（5-2）微分，得：（5-3）eeqKdd2)(式（5-3）为一条直线，但 难以测得，实际可用 代替，即 q/（5-4） eqK2因此，只需在恒压下进行过滤试验，测取一系列的 、 ，做 与 q 的关系图，q/得一直线，这条直线斜率为 ，截距为 ，进而可算出 K、 的值：再以 q=0， =0 带K2eqe入式（5-2） ，即可求得 。e2 洗涤速率与最终过滤速率的测得：在一定压力下洗涤速率是恒定不变的。= （ 5-5）wdV)(最终过滤速率的确定比较困难，因为它是一个变数，为了测得比较准确，应让过滤操作进行到率框全部被滤渣充满后在停止。根据恒压过滤方程，可得恒压过滤方程的最终过
3、滤速率 为：EdV)(= （5-6） E)( )(2)(eeqKAV式中：V整个过滤时间内所得的滤液总量：q 整个过滤时间内通过单位过滤面积所得的滤液总量。3、实验装置与流程本实验装置 GL200B 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5-1.MgCO3 的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力槽中，用压缩空气加以搅拌使 MgCO3 不致沉降，同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 0.0177m3，框数 2 个。空气压缩机规格型号：风量 0.06
4、m3/min，最大气压 0.8Mpa。4、实验步骤过滤实验1、 试验准备（1）配料：在配料罐内配制含 MgCO32%3%的水悬浮液，MgCO 3事先由天平沉重，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。利用波镁计，在其度数 2.5-3.0 之间，偏小加粉末，偏大加水。（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 MgCO3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：分别打开进压力罐的三路阀门，空压机过来的压缩空气经各定值调节阀分别设定为 0.1、0.2MPa。设定定值调节阀时，
5、压力罐泄压阀可略开。建议第一次操作压力控制在 0.1MPa（表压） ，第二次控制在 0.2MPa（表压） 。（4）装板框：按板、框的钮数 1-2-3-2-1-2-3 的顺序排列好板框过滤机的板与框。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，以免漏液，然后用压紧螺杆压紧板和框。 （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，液面打视镜 2/3 高度左右。灌清水时，应将阀门处的泄压阀打开。（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，使料浆自动出
6、配料桶流入压力罐至其视镜 1/22/3 处，关闭进料阀门。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，压力表表示过滤压力，清液出口流出滤液。每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，开始用秒表记录时间，计量筒中液面升至约 600mL 记录一次时间，使时间不至于中断。即每次 V 取 600 mL，记录相应的过滤时间 。当滤液流速渐慢，呈细线状流出，表明滤渣已充满整个滤框，关闭滤浆进口阀门，停止过滤实验。量筒交
7、换接滤液是不要流失滤液，等量筒内滤液静止后读出 V 值（注意：若 V 约600mL 时交替换量筒，这时量筒内滤液量并非正好 600mL。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。每个压力下，测量 810 个读数即可。3.洗涤过程（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，垂直为洗涤状态） 。（2）维持洗涤压力与过滤时压力相同，开启洗水进出口阀（板框前两个进口阀，板框后一个出口阀）进行洗涤。洗水穿过滤渣后由滤液出口流出，并流入计量筒，同时记录时间，测取有关数据。洗涤速度比同压力下过滤速度小很多。每次 V 取
8、100300ml 左右。记录两组数据即可。（3）洗涤完毕，关闭洗液进板框的阀门、关闭进气阀门。一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。放开压紧螺杆将滤框拉开，卸出滤渣，清洗滤布，清洗时滤布不要折，重新组装。调节另一压力数值进行另一次实验。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。每次滤液几滤饼均收集在小桶内，以便下次实验使用。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
9、，以免沉淀堵塞罐管道和阀门。（5）做好设备、地面的清洁。5、实验数据及数据处理表 5-1 过滤实验数据整理表过滤机类型： GL200B 滤框个数： 2 滤布种类：帆布 虑框尺寸（长、宽、高）：_133 133 20_mm 过滤总面积：0.0708 m 2 滤浆名称： MgCO 3 温度： 26 数据记录表过滤压力表压 0.1MPa 0.2MPa滤液量 过滤时间 滤液量 过滤时间序号累计/L 增量/L 累计/s 增量/s 累计/L 增量/L 累计/s 增量/s1 0.55 0.55 32.06 32.06 0.6 0.6 15.12 15.122 1.098 0.548 77.96 45.9 1
10、.19 0.59 36.66 21.543 1.628 0.53 134.96 57 1.79 0.6 61.41 24.754 2.168 0.54 191.14 56.18 2.365 0.575 94.35 32.945 2.738 0.57 265.14 74 2.935 0.57 131.26 36.916 3.308 0.57 349.98 84.84 3.515 0.58 174.85 43.59过 滤 操 作7 3.888 0.58 603.01 253.03 4.105 0.59 226.38 51.538 4.326 0.438 1346.32 743.31 4.685 0
11、.58 285.72 59.34序号 洗水量 /ml 洗水量/m 洗涤时 间/s 洗水量 /ml 洗水量/m 洗涤时 间/s 1 150 91.31 190 23.31 2 180 121.94 220 23.53 洗涤操作3 170 109.56 过滤实验数据整理表过滤压力（表压）0.1MPa 0.2MPaq序号 q/(m3/m2)q/(m3/m2)T/(s) T/q(s/m)(m3/m2)q/(m3/m2)T/(s) T/q(s/m)1 0.007768 0.007768 32.06 4126.996364 0.008474576 0.008475 15.12 1784.162 0.015
12、508 0.00774 45.9 5930.145985 0.01680791 0.008333 21.54 2584.83 0.022994 0.007486 57 7614.339623 0.025282486 0.008475 24.75 2920.54 0.030621 0.007627 56.18 7365.822222 0.033403955 0.008121 32.94 4055.917过 滤5 0.038672 0.008051 74 9191.578947 0.0414548 0.008051 36.91 4584.611026 0.046723 0.008051 84.84
13、 10538.02105 0.049646893 0.008192 43.59 5320.9867 0.054915 0.008192 253.03 30887.11034 0.057980226 0.008333 51.53 6183.68 0.061102 0.006186 743.31 120151.4795 0.066172316 0.008192 59.34 7243.5729 过滤压力 0.1(Mpa) 0.2MPa 表压 洗涤操作 1 2 3 1 2 3K(m2/s) 1.683*10-3 2.627*10-3qe(m3/m2) 2.779 1.195 e(s) 4588.73
14、543.6 (dv/d)E 2.098*10-5 7.374*10-5 (dv/d)w 1.643*10-6 1.476*10-6 1.552*10-6 8.151*10-69.350*10-6 (dv/d)w/(dv/d)E 0.07831 0.07035 0.07398 0.11053 0.1268 1、根据以上处理结果，作出不同压力下的 曲线，如图 1，图 2，图 3。qt图 10.1MPa下 T/ q-q关 系 图y = 1188.3x + 3302.10200040006000800010000120000 1 2 3 4 5 6 7q*100(m3/m2)/q(s/m)在 0.2M
15、Pa下 / q-q的 关 系 图y = 761.19x + 909.410100020003000400050006000700080000 2 4 6 8 10q*100(m3/m2)t/q(s/m)图 2y = 1188.3x + 3302.1y = 761.19x + 909.410200040006000800010000120000 2 4 6 8 10q*100（ m3/m2)/q(s/m)在 0.1MPa下 / q-q图在 0.2MPa下 / q-q线 性 (在0.1MPa下 / q-q图 )线 性 (在0.2MPa下 / q-q)图 32、计算举例：以 0.1MPa 第一次实验
16、结果为例，计算如下以 为纵坐标，q 为横坐标作图，如图 1，得到直线的斜率为 a=1188.3，截距为Tb=3302.1K=2/a=2/1188.3=1.683*10-5m2/sqe=b/a=3302.1/1188.3=2. 779m3/m2te=qe2/k=2.7792/(1.683*10-5)=4588.73s(dv/dt)w=Vw/tw=150*10-6/91.31=1.643*10-6(dv/dt)E=KA/2(q+qe)=1.683*10-5*1.0177*4/2*(0.061102+2.779)=2.098*10-5(dv/dt)w/(dv/dt)e=1.643*10-6/(2.0
17、98*10-5)六、实验结果讨论与分析1、在数据处理时，发现 0.1Mpa 下的最后一个数据与 0.2Mpa 下的第 7、8 组数据， ，明显偏大，过滤时间比之前都要长，但是，滤液还是很少。其原因为：随着过滤的进行，滤饼不断在滤框形成，阻力不断增大，过滤速率逐渐下降，直到过滤的后期，滤饼形成充满了滤框，使过滤速率几乎为零。所以，在进行数据处理时，把这些数据舍弃了。2、比较 0.1MPa 与 0.2MPa 压力下的过滤常数 K：K 0.1=1.683*10-5，K 0.2=2.627*10-5，K 0.1 K0.2。表明，过滤常数受压力的影响。在过滤同种物料时，压力越大，过滤常数越大。3、在一定
18、压力下洗涤速率变化中，0.1Mpa 的 均比 0.2Mpa 的要小，而最终过滤速wdV（ ）率 ，0.1Mpa 的小于 0.2Mpa 下的最终过滤速率。一般情况下，加压或减压均可加快edV（ ）过滤速率，但可压缩滤饼会使过滤速率变慢。一般在压力恒定时，洗涤速率不变，当其他条件不变时，压差变大，洗涤速率加快。实验中，理论上，洗涤速率与过滤速率的比值应该为 0.25，但是实际上的比值偏差比较大。这可能是：在进行 0.1Mpa 压力洗涤过程中，人为操作使设备调节过快，使洗涤速率过快，引起结果误差。4、在理论上，在过滤相同的物料，而且在压差相同是，洗涤速率约为过滤最终的速率的1/4。在这次实验中，都出
19、现了很大的误差，0.1Mpa 下，洗涤速率约为过滤最终的速率的 0.07 倍，0.2Mpa 下，洗涤速率约为过滤最终的速率的 0.1 倍。其原因有可能为：在0.1Mpa 下的过滤时，过滤速率有点慢，但是，洗涤时，速率很快七、思考题1、板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？答：板框过滤机的优点是构造简单、制作方便、价格低；过滤面积大，可根据需要增减滤板以调节过滤能力；推动力大，对物料的适应能力强，对颗粒细小而液体较大的滤浆也能适用。缺点是，间歇操作，生产效率低；卸渣、清洗和组装需要时间、人力，劳动强度大。适用于间歇操作的场合。2、板框压滤机的操作分哪几个阶段？答：板框过滤机的操作是间歇式的，
20、每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段。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？答：因为刚开始的时候，滤布没有固体附着，所以空隙较大，浑浊液会通过滤布，从而滤液是浑浊的。当一段时间后，待过滤液体中的固体中汇填满滤布上的空隙，从而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就回变得清澈。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、 值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？答：过滤介质两侧的压力差过滤设备的性能以及质量被过滤的物料的性质。若将过滤压强提高一倍，K 值会增大，q e值增大 值会变小。e5、 取大些好还是取小些好？同一次实验， 取值不同，得出的 K、q e值会否不同？qq答： 需要适度，不需太大，也不需太小。同一次实验， 取值不同，得出的 K、q e值会不同。6、过滤压力增大一倍，得到统一滤液量所需要的时间是否会减半？为什么？答：如果过滤压力增大一倍，过滤速度不会也相应倍数地增大。过滤速度与物料性质，滤饼的形成时间，阻力的不同，这些都对过滤速度有影响。
