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。5. 学会有关测量与控制仪表的使用方法。二、基本原理过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。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，其过滤速率不断降低。影响过滤速度的主要因素除压强差p，滤饼厚度 L 外，还有滤饼和悬浮液的
2、性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，故难以用流体力学的方法处理。 比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定床的表现速度 u。同时，流体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺数范围，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，运用层流时泊唆叶公式不难推导出过滤速度计算式：（1）式中， p过滤的压强差，Pa； K康采尼系数，层流时， K=5.0；床层的空隙率，m 3/m3；过滤粘度，Pa.s； a 颗粒的比表面积，m 2/m3；u 过滤速度，m/s；L 床层厚度，m。由此可以导出过滤基本方程式：（2） 式中，V滤液体积，m 3过滤时间，s；A过滤面
3、积，m 2；S滤饼压缩性指数，无因次。一般情况下，S=01 ，对于不可压缩滤饼，S=0；R 滤饼比阻，1/m 2，r=5.0a 2（1-） 2/3r单位压差下的比阻，1/m 2 滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次；Ve虚拟滤液体积，m 3在恒压过滤时，对（2）式积分可得： )()(2eeKq式中，q 单位过滤面积的滤液体积，m 3/m2；qe单位过滤面积的虚拟滤液体积，m 3/m2；e虚拟过滤时间，s；K滤饼常数，由物理特性及过滤压差所决定，m 2/sK，q e， 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。对上式微分得：
4、eeqKdd2)(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2/K，截距为2 qe /K。在实验测定中，为便于计算，可用增量 替代，把上式改写成eK2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，由此算出一系列在直角坐标系中绘制的函数关系，得一直线。由直线的斜率和截距便可求出 K 和qe，再根据 e=qe/K，求出 e。3、实验装置与流程四、实验步骤（1）打开总电源空气开关，打开仪表电源开关，关闭所有手动阀门。（2）配制含 CaCO38%13（质量）的水悬浮液。（3）开启空压机，打开阀 3，阀 4，将压缩空气通入配料水槽，使 CaCO3 悬浮
5、液搅拌均匀。搅拌后，关闭刚才开启的阀门。（4）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，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧） 。（5）关闭阀 2，在压力料槽排气阀 16 打开的情况下，打开阀 4、阀 6，使料浆自动由配料桶流入压力槽至 1/21/3 处，关闭阀 4，阀 6。（6）通压缩空气至压力贮槽，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀要不断缓缓排气，但又不能喷浆。至浑浊时停止。（7）打开 1# 电磁阀，打开阀 2，阀 5，阀 7，阀 10，阀 12，阀 14，开始实验。（8）手动实验：每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时刻作为开始时刻。每 20 秒记录一次 V 变
6、化量。测量 810 个数据即可停止过滤。（9）切换气路，压力稳定后重复过滤实验。（10）实验完毕关闭阀 2，阀 4，打开阀 4，阀 6，将压力料槽的悬浮液压回配料桶。（11）打开板框，观察滤饼形状，用过滤出来的清水洗涤滤布，将水倒回料液槽供下次试验用。（12）关闭空气压缩机电源，关闭仪表电源。五、数据记录与处理1、过滤面积计算：实验已知：每个框过滤面积0.038m 2，框数2个A=220.038=0.152 m2表（一）滤液量数据记录低压P1 中压P2 高压P3时间(S)滤液量/Kg滤液体积V / m3滤液体积增量V / m3滤液体积 V / m3滤液体积增量V / m3滤液体积 V / m3
7、滤液体积增量V / m320 1.231 1.231*10-3 1.231*10-3 3.022 3.022*10-3 3.022*10-3 2.219 2.219*10-3 2.219*10-340 2.465 2.465*10-3 1.234*10-3 6.001 6.001*10-3 2.979*10-3 4.356 4.356*10-3 2.137*10-360 3.475 3.475*10-3 1.010*10-3 8.625 8.625*10-3 2.624*10-3 6.140 6.140*10-3 1.784*10-380 4.460 4.460*10-3 0.985*10-3
8、 11.23 11.23*10-3 2.605*10-3 7.880 7.880*10-3 1.740*10-3100 5.480 5.480*10-3 1.020*10-3 13.726 13.726*10-3 2.496*10-3 9.467 9.467*10-3 1.587*10-3120 6.405 6.405*10-3 0.925*10-3 15.879 15.879*10-3 2.153*10-3 10.990 10.990*10-3 1.523*10-3140 7.297 7.297*10-3 0.892*10-3 18.125 18.125*10-3 2.246*10-3 12
9、.463 12.463*10-3 1.473*10-3160 8.145 8.145*10-3 0.848*10-3 20.171 20.171*10-3 2.046*10-3 13.906 13.906*10-3 1.443*10-3表（二）单位时间过滤面积对应的滤液体积和体积增量（计算公式: q=V/A）低压P1 中压P2 高压P3时间间隔(20S)q/(m3/m2) t/q/(sm2 .m-3)q/(m3/m2) t/q/(sm2 .m-3)q/(m3/m2) t/q/(sm2 .m-3)1 8.099*10-3 2469.44 19.881*10-3 1005.98 14.599*10
10、-3 1369.962 16.217*10-3 2463.66 39.480*10-3 1020.46 28.658*10-3 1422.583 22.862*10-3 3009.78 56.743*10-3 1158.55 40.395*10-3 1704.014 29.342*10-3 3086.42 73.881*10-3 1166.99 51.842*10-3 1747.185 36.053*10-3 2980.18 90.303*10-3 1217.88 62.283*10-3 1915.526 42.138*10-3 3286.77 104.467*10-3 1412.03 72.
11、302*10-3 1996.217 48.007*10-3 3407.73 119.243*10-3 1353.55 81.993*10-3 2063.778 53.585*10-3 3585.51 132.704*10-3 1485.77 91.487*10-3 2106.59低压P1, t/qq 曲线:中压P2, t/qq 曲线:高压P3, t/qq 曲线列表：P K/ m.s-1 qe / m3.m-2 e / s低压P1 8.19*10-5 0.092 1123.3中压P2 4.65*10-4 0.206 443.0高压P3 1.93*10-4 0.117 606.2七、实验分析与讨论
12、从实验数据来看我们的实验不是很很成功，实验误差比较大。特别是中压下的实验数据，存在很大的误差。结果中 qe 和 e 的值都偏大。造成实验误差的主要原因有：（1）中压下实验操作时流量没控制好，阀门开太大了；（2）板框没有很好的连接，导致有大量的水没有经过滤布就直接流下来被作为滤液；（3）在用水桶接水，称量的过程中水有溅出；在接下一桶水之前水桶的水并未倒干净；（4）计时时，产生的随机误差；（5）CaCO 3 没有搅拌均匀，而是成块状的；（6）仪器本身存在误差。八、思考题1、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？答：由公式 K=2kP1-s，e=qe/K 可知，当过滤压强提高一倍时，K 增大，e 减小。2、影响过滤速率的主要因素有哪些？答：过滤压差、过滤介质的性质、构成滤饼的颗粒特性，滤饼的厚度。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：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，使滤液浑浊，但当形成较密的滤饼后，颗粒无法通过，滤液变清。
