1、实验五 板框压滤机过滤常数的测定一、实验目的1、 了解板框过滤机的结构，掌握其操作方法；2、 熟悉板框压滤机的构造和操作；3、 掌握过滤常数（K、q e、 e）的测定方法；4、 验证洗水速率与过滤速率的关系。二、实验装置本试验所用板框过滤机的整套装置由调浆桶、清水桶、压缩空气系统、板框过滤机和贮液量筒组成。在调浆桶内配制一定浓度的碳酸镁（MgCO 3）悬浮液，用压缩空气将悬浮液送入板框过滤机进行过滤，调节阀门开度以维持恒压过滤时所需要的恒定压力，滤液流入贮液量筒计量，洗涤水同样用压缩空气从洗水桶送至板框压滤机进行洗涤，洗涤水也用也用贮液量筒计量其液量。实验完毕拆卸板框压滤机，将板框压滤机内的滤
2、渣放回调浆桶。实验装置如图 1 示。图 1(a) 过滤实验装置流程图图 1(b) 过滤实验装置实物图三、实验原理过滤是以某种多控物质作为介质来处理悬浮乳液的操作。在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截流下来，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通过床层的流动，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，故在恒压过滤操作中，起过滤速率不断降低。影响过滤速度的主要因素除压强差p，滤饼厚度 L 外，还有滤饼和悬浮页液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，故以应用流体力学的方法处理。比较过滤过程与流体经过流动床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定
3、床的表现速度 u。同时，流体细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动是层流雷诺数范围，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，应用层流时泊肃叶公式不难推导出过滤速度计算式： LpaKu23)1(式中，u过滤速度，m/sK康采尼常数，层流时，K=5.0;-床层的空隙率，m /m3a-颗粒的比表面积，m /m2p-过滤的压强差，Pa-滤液的粘度，Pa.sL-床层厚度，m由此可导出过滤基本方程式为： )(12VevrpAds式中，V滤液体积，m 3过滤时间，sA过滤面积，0.191m 2S滤饼压缩性指数，无因次。一般情况下 S=01，对不可压缩滤饼 S=0R滤饼比阻，1/m ,r=
4、32/)1(0.5a单位压差下的比阻，1/m ,r=rr 2sprV滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次。Ve虚拟滤液体积， 3m恒压过滤时，令 , , , 对上式积分可vrk/1)1(2spkKAVeq/e/得 )()(2eeKq式中，q单位过滤面积的滤液体积， 32/mqe单位过滤面积的虚拟滤液体积，e虚拟过滤时间，sK滤饼常数，由物料特性及过滤压差所决定， s/2K，qe，e 三者总称为过滤常数。利用恒压过滤方程进行计算时，必须首先需要知道K，qe，e，它们只有通过实验才能确定。对上式微分可得 Kdqe)(2ed2该式表明以 d/dq 为纵坐标，以 q 为横坐标作图可得一直线，直线斜率为
5、2/K，截距为 2 qe /K。在实验测定中，为便于计算，微分可用差分替代，把上式改写成： eKq2在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔 及对应的滤液体积 V，由此算出一系列在直角坐标系中的 /q 和 q，绘制出函数关系，得一直线。根据直线的斜率和截距便可求出 K 和 qe。 四、实验操作1、 安装滤布，调整设备（按图 1 所示，从又到左为 1-2-3-2-1-2-3-2-1 ） ；2、 采用 MgCO3 粉或上次试验的滤饼搅拌配置 35% 的待过滤的料浆；3、 将初步搅拌分散好的料浆悬浮液倾入高位槽，通过高位槽送至搅拌槽（打开排气阀，进料阀） ，进料后关闭排气阀和进料阀，使料浆自
6、流入密封搅拌釜中，进一步搅拌分散，等待进入板框滤机中；4、 启动密封搅拌釜的搅拌器，并一直开到实验结束；5、 加完料后，打开连接搅拌槽与与空压机连接阀门（此时注意要关闭空气进入洗水贮罐的阀门） 。6、 观察空气进入密封搅拌釜管路上的压力表，当其读数到达规定压力（如 0.2Mpa）时，开始过滤：打开连接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门，让料浆压入板框中，并记录不同时间 得到的滤液量 V（每隔 1-3min，记录计量槽液位的高度与时间间隔）以及相应的压力表读数；7、 （此时注意洗水贮罐进入板框滤机管路上的阀门是否关闭，如没有关闭，否则料浆可能由此进入洗水贮罐中）8、 过滤结束后，关闭连接密封搅
7、拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门，准备洗涤；9、 用自来水将洗水贮罐灌满，关闭自来水进入洗水贮罐的阀门；10、 将空压机压送出来的空气接入洗水贮罐中（关闭连接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门） ，当达到一定压力后，打开连接洗水贮罐与板框滤机管路上的阀门，立即开始记录数据（每隔 20 s 记录一次，记录计量槽液位的高度与时间间隔） ；11、 过滤结束后，拆开板框滤机，查看滤饼的形状及特点；12、 清洗滤布、板、框，关水、电，清扫卫生。五、实验数据处理每隔 20s 记录滤液高度，数据如下表：表 1 过滤数据记录时间/s 滤液高度/mm时间/s 滤液高度/mm时间/s 滤液高度/mm0 72 26
8、0 337 520 45720 104 280 350 540 46440 143 300 359 560 47160 170 320 370 580 47880 193 340 380 600 485100 215 360 389 620 490120 233 380 399 640 497140 251 400 408 660 503160 266 420 417 680 508180 281 440 425 700 512200 296 460 433 720 514220 310 480 441 740 518240 323 500 450实验现象：起初滤液较浑浊，流速较快，随着滤液的
9、流出流速变慢；表 2 数据处理h103mV103m3q103m3/m2q10 3m3/m2s/q10 -3s/m104 2.34 12.251 3.7696 20 5.306170 3.825 20.026 3.1806 20 6.288215 4.838 25.327 2.5916 20 7.717251 5.648 29.568 2.1204 20 9.432281 6.323 33.102 1.767 20 11.319310 6.975 36.518 1.6492 20 12.127337 7.583 39.699 1.6492 20 12.127359 8.078 42.290 1.
10、0602 20 18.864380 8.55 44.764 1.178 20 16.978399 8.98 47.002 1.178 20 16.978417 9.383 49.123 1.0602 20 18.864433 9.743 51.007 0.9424 20 21.222450 10.125 53.01 1.0602 20 18.864464 10.44 54.659 0.8246 20 24.254478 10.755 56.308 0.8246 20 24.254490 11.025 57.722 0.589 20 33.956503 11.318 59.253 0.7068
11、20 28.297512 11.52 60.314 0.4712 20 42.445518 11.655 61.020 0.4712 20 42.445S= A=0.191=20 AShVq/2205.1.m2因此 025.19 19././ hq由以上数据可得 /qq 函数关系图：直线方程为 y=0.4498x-2.8618故，此直线的斜率为 610498.2K又可得此直线的截距为 3eq则得到过滤常数 K= sm/6.2623/1062.mqe=2=9.103 六、思考题 1、过滤过程中，搅拌可以停吗？为什么？答：不可以。搅拌停止后会使液体内较大的颗粒沉淀，造成滤浆沉淀，影响后面的过滤效果
12、。 2、若操作压力增加一倍，其 K 值是否也增加一倍？要得到同样的滤液时，其过滤时间是否缩短了一半？答：一般压力越大，过滤速度会越快，但都是有限度的，所以过滤压力不可能无限度的加大。K 和P 成比例增大，但是并不是线性关系，故就算压强增大一倍，K 也不一定会增大一倍，时间会缩短，但不会减半。 3、过滤开始时，为什么滤液是浑浊的？答：开始滤布表面没有附着滤饼，所以开始滤液会浑浊，新滤布的话，会更明显。 4、板框次序装错了，可能出现那些后果？答：可能会影响过滤的效率和所要完成的样品含量。 5、如果过滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过滤速率？ 答：可以加热升高温度降低粘度后再过滤，可还加入适当的分散剂来降低粘度。
