1、一、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、q e、 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。二、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。过滤速度 u 定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介
2、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：eses VCrpAVCrpAdqAVu 11（1）式中：u 过滤速度，m/s；V 通过过滤介质的滤液量，m 3；A 过滤面积，m 2； 过滤时间，s；q 通过单位面积过滤介质的滤液量，m 3/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/m 2；C 单位滤液体积的
3、滤渣体积，m 3/m3；Ve 过滤介质的当量滤液体积，m 3；r 滤渣比阻，m/kg；C 单位滤液体积的滤渣质量，kg/m 3。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：rpKs12（2） 于是式（1）可改写为：)(2VeKAd（3）式中：K过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定， 。sm/2将式（3）分离变量积分，整理得： 021dKAVdeVee（4）即 22KAVe（5）将式（4）的积分极限改为从 0 到 Ve 和从 0 到 积分，则：eeeKA2（6）将式（5）和式（6）相加，可得：eeV2（7）式中： 虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量 Ve 所需时间，
4、s。e再将式（7）微分，得：dKAVe22（8）将式（8）写成差分形式，则2eqK（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） ，m 3/ m2；q 每次测定的滤液体积 所对应的时间，s；q 相邻二个 q 值的平均值，m 3/ 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： 2SK截距： eIq则， 2,msS3eI2,eqsKS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)Bplgs1l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
5、滤饼压缩性指数 s。三、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空压机；2压力灌；3安全阀；4压力表；5压力传感器；6清水罐；7滤框；8滤板；9手轮； 10通孔切换阀； 11调压阀； 12电磁阀； 13配料罐； 14地沟；15电子天平图 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，滤液流到电子天平处称量，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 0.0177
6、m2，框数 2 个。空气压缩机规格型号：风量 0.06m3/min，最大气压 0.8Mpa。四、实验步骤1、实验准备配料：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。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 CaCO3 悬浮液搅拌均匀。搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。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
7、慢转动手轮使板框合上，然后再压紧） 。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。2、过滤过程选择对应管路，关闭压力罐卸压阀，不要关太死，注意通过控制卸压阀保持和选择管路的压力一致。电脑点击打开电磁阀给压力罐鼓泡。电子天平置零，打开相应阀门，过滤阀门与电脑开始实验同时点击，开始实验。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（注意：V 在 800ml 左右时点击采集数据）记录相应的过滤时间。每个压力下，测量810 个读数即可停止实验。电脑退出等待。一个压力下的实验完成
8、后，先关闭相应管路的阀门，然后打开一点进料阀，利用余压把料浆从压力罐回到原料罐。压力罐卸压阀打开卸压。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。打开空压机阀门给配料罐鼓泡，重复步骤 4-9。3、实验结束先关闭空压机出口球阀,关闭空压机电源。打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。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。五、数据处理1、滤饼常数 K 的求取A=0.024*2=0.048m2低压序号 (m 液+m 桶)/K
9、g m 液/Kg V/m 3 q q t/q1 1.329 1.051 1.051103 0.0219 0.0219 913.2422 1.515 1.240 1.240103 0.0258 0.0477 775.1943 1.500 1.237 1.237103 0.0258 0.0735 775.1944 1.710 1.432 1.432103 0.0298 0.1033 671.145 1.470 1.195 1.195103 0.0249 0.1282 803.2136 1.291 1.028 1.028103 0.0214 0.1496 934.5797 1.297 1.019 1
10、.019103 0.0212 0.1708 943.3968 1.266 0.991 0.991103 0.0206 0.1914 970.874y = 3417.6x + 356.580200400600800100012000 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25由图 1 可得：2/K=3417.62qe/K=356.58解得：K=5.85210 4 qe=0.104中压序号 (m 液+m 桶)/Kg m 液/Kg V/m3 q q t/q1 1.923 1.645 1.645103 0.0343 0.0343 583.0902 1.382 1.107 1.107103 0.023
11、1 0.0574 865.8003 1.362 1.099 1.099103 0.0229 0.0803 873.3624 1.375 1.097 1.097103 0.0229 0.1032 873.3625 1.275 1.000 1.000103 0.0208 0.124 961.5386 1.213 0.950 0.950103 0.0198 0.1438 1010.1017 1.203 0.925 0.925103 0.0193 0.1631 1036.2698 1.910 0.916 0.916103 0.0191 0.1822 1047.120y = 2616x + 615.85
12、0200400600800100012000 0.05 0.1 0.15 0.2由图 1 可得：2/K=26162qe/K=615.85解得：K=7.64510 4 qe=0.235高压序号 m 液+m 桶 m 液 V q q t/q1 1.547 1.284 1.284103 0.0268 0.0268 746.2692 1.538 1.260 1.260103 0.0263 0.0531 760.4563 1.277 1.002 1.002103 0.0209 0.074 956.9384 1.214 0.951 0.951103 0.0198 0.0938 1010.1015 1.190
13、 0.912 0.912103 0.019 0.1128 1052.6326 1.120 0.845 0.845103 0.0176 0.1304 1136.3647 1.112 0.849 0.84910 0.0177 0.1481 1129.9448 1.110 0.822 0.822103 0.0171 0.1652 1169.591y = 2373.3x + 789.4402004006008001000120014000 0.05 0.1 0.15 0.2由图 1 可得：2/K=2373.32qe/K=789.44解得：K=8.42710 4 qe=0.3332、滤饼压缩性指数 s
14、的求取P/MP 过滤常数 K lgP lgK0.15 5.852104 5.176 -3.230.22 7.645104 5.342 -3.120.24 8.427104 5.380 -3.07y = 0.7477x - 7.1023-3.26-3.24-3.22-3.2-3.18-3.16-3.14-3.12-3.1-3.08-3.065.15 5.2 5.25 5.3 5.35 5.4由图可得：1s=0.7477 s=0.2523七、实验分析与讨论这个实验从操作上来说还是很简单的，但是实验很容易产生误差。这些误差可能来自于以下几个原因：1、板框之间连接不紧密，水没有经过滤布就直接流下来被作
15、为滤液；2、CaCO 3 没有搅拌均匀；3、接、到滤液时不慎溅出；4、计时产生的时间误差；5、仪器本身的误差；6、读数时的个人无误差。八、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？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、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、 e 值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？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 e=qe/K 知， e 是变为原来的 1/2。qe 和 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)3、影响过滤速率的主要因素有哪些？主要因素有：过滤压强、过滤介质、过滤面积。
