食品工程原理过滤实验报告

食品工程原理实验报告过滤实验11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的过滤常数K、qe、τe值，增进对过滤理论的理解；（3）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产生滤液，而固体粒子被过滤介质截留，形成一定厚度的滤饼，从而达到液－固分离的目的操作。当过滤介质阻力及滤饼阻力都不能忽略时，恒压过滤方程如下：eEKAVV22（5－1）sVssmKmAmVmVeee的过滤时间，相当于得到滤液：过滤时间，：过滤常数，：过滤面积，即虚拟滤液体积，滤渣时得到的滤液量，：形成滤布阻力的一层时间内获得的滤液量，：在:/2233或者eeKqq2（5－2）且已知q=V/A(m3/m2)；qe=Ve/A(m3/m2)2.1过滤常数K、qe、τe的测定方法将式（5－2）微分得直线eqKqKdqd22（5—3）由于dqd难以测得，实际可用q/代替。即qeqKqK22，以q为纵坐标，以q为横坐标作图，得到一条直线。直线的斜率为K2，截距为eqK2，进而可求出K、eq的值；再以0,0q代入式（5－2），即可求得e。2.2洗涤速率与最终过滤速率关系的测定在一定压强下，洗涤速率是恒定不变的，因此它的测定比较容易。它可以在水流量流出正常后开始计量，计量多少也可根据需要决定。洗涤速率()wdVd为单位时间所得的洗液量。显然：()式中：WV——洗液量，3m；W——洗涤时间，s。2WV，W均可由试验测得，即可算出()wdVd最终过滤速率的测定则比较困难，因为它是一个变数，为了测得比较准确，我们建议过滤操作要进行到滤框全部被滤渣充满才停止（可以从滤液量显著减少来估计，此时滤液出口出的液流由满管变成残状而下）。可得恒压过滤方程的最终过滤速率()EdVd为：2)()2(2()EeedVKAKAdVVqq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23.5mm，每个框过滤面积0.0177m3，框数2个。空气压缩机规格型号：风量0.06m3/min，最大气压0.8Mpa。图5-1板框压滤机过滤流程4实验步骤4.1试验准备4.1.1配料3在配料罐内配制含MgCO32%~3%的水悬浮液，MgCO3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。4.1.2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。4.1.3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、0.2、0.3MPa（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，需再调压力罐安全阀）。设定定值调节阀时，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）。4.1.4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）。4.1.5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。4.1.6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，使料浆自动出配料桶流入压力罐至其视镜1/2~2/3处，关闭进料阀门。4.2过滤过程4.2.1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。4.2.2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500~700mL记录一次时间，使时间不至于中断。即每次ΔV取500~700mL，记录相应的过滤时间Δ。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。量筒交换接滤液是不要流失滤液，等量筒内滤液静止后读出ΔV值（注意：若ΔV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8~10个读数即可。4.3洗涤过程4.3.1洗涤前操作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）。4.3.2洗涤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ΔV取100~300mL左右。记录两组数据即可。44.3.3洗涤完毕洗涤完毕，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。4.4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，以免沉淀堵塞罐管道和阀门；（5）做好设备、地面的清洁。5数据记录与处理5.1数据记录及处理表5-1过滤实验记录表过滤机类型：GL200B滤框个数：2滤布种类：帆布虑框尺寸（长、宽、高）：127×119×23.5过滤总面积：0.0354m2滤浆名称：MgCO3温度：28℃表1数据记录过滤压力（表压）0.1MPa0.2MPa过滤操作序号滤液量过滤时间滤液量过滤时间累计∑V增量ΔV累计∑τ增量Δτ累计∑V增量ΔV累计∑τ增量Δτ（升）（升）（秒）（秒）（升）（升）（秒）（秒）10.570.5720.320.30.6450.64514.114.121.180.6161.541.21.2350.59252531.7850.605121.860.31.8650.6340.440.442.3950.61199.978.12.460.59549.849.852.9750.58289.689.73.060.659.659.663.5750.6396.8107.23.660.669.269.274.1650.59515.9119.14.260.6808084.7750.61655.3139.44.860.690.190.1序号洗水量（mL）洗涤时间（秒）洗水量（mL）洗涤时间（秒）洗涤操117037.6618520作21803418020.56320036.2520021.415表2数据处理1过滤压力（压力）0.1MPa0.2MPa过滤操作序号q(m3/m2)Δq(m3/m2)Δτ（s）Δτ/Δq(s/m)q(m3/m2)Δq(m3/m2)Δτ（s）Δτ/Δq(s/m)10.016100.0161020.31260.736840.018220.0182214.1773.8604720.033330.0172341.22390.950820.034890.01667251500.0000030.050420.0170960.33528.297520.052680.0178040.42270.0952440.067660.0172378.14532.360660.069490.0168149.82962.8907650.084040.0163889.75474.793100.086440.0169559.63516.4000060.100990.01695107.26324.800000.103390.0169569.24082.8000070.117660.01667119.17146.000000.120340.01695804720.0000080.134890.01723139.48089.770490.137290.0169590.15315.90000表3数据处理2过滤压力（表压）0.1Mpa0.2Mpa洗涤操作123123K（m2/s）3.51×10-55.3×10-5qe(m3/m2)9.42×10-35.53×10-3τe(s)2.530.58)τ(ddVE4.31×10-66.57×10-6wddV)τ(2.79×10-62.70×10-63.03×10-61.07×10-51.16×10-61.134×10-6EddV)τ()WdτdV(0.650.630.701.621.761.735.2绘制曲线根据以上处理结果，作出不同压力下的qqt曲线，如图1、图2。6图1qqt，0.1MPa图2qqt，0.2MPa完整的过滤方程式为：当过滤压力为0.1MPa时(q+0.00942)2=3.51×10-5(τ+2.53)当过滤压力为0.2MPa时(q+0.00553)2=5.3×10-5(τ+0.58)5.3计算举例以0.1MPa第一次实验结果为例，计算如下：以qT为纵坐标，q为横坐标作图，如图1，得到直线的斜率为a=56942，截距为b=536.612/K=56942，则：51051.3569422K7233/1042.95694261.5362mmKbqesKqee53.20000351.0)00942.0(22以第一次洗涤为例：smdtdVw/1079.27.71200001.0001.0)(36smqqKAddVeE/104.3100942.013489.020354.01051.3)(2)(36-565.0104.311079.2//6-6ewddVddV6结果讨论与分析过滤时，同一组数据的纵向比较，压力为0.1MPa时，随着过滤进行，过滤速率变慢，横向比较，相同时间里，0.2MPa与0.1MPa的得到同样的过滤增量，压力大的，所需的过滤时间越短。随过滤的延长，在得到的滤液量相近的情况下，过滤时间呈增长趋势。原因在恒压过滤过程中，影响过滤速度的主要因素是滤饼阻力，开始阶段，滤饼较薄，过滤速率较快，到后面随着过滤的进行滤饼增厚，滤饼阻力也因此而不断增加，令过滤速度随过滤时间而降低，滤液增量相等，而所需时间会更长。洗涤时，在0.1MPa时所用时间远大于0.2MPa时。原因是：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。在0.1MPa的压滤机的过滤常数为K为51051.3，0.2MPa下求得的过滤常数K为5103.5。K值不但与滤浆物性有关，而且与过滤操作压差有关。理论上恒压操作时候设定的压力越大，则板框压滤机的过滤常数越大，过滤的效率也就越高。实验结果与理论情况相符。7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结构简单、制造容易、设备紧凑、过滤面积大而占地面积小、操作压力高、滤