实验三-过滤实验

实验三过滤实验一、实验目的1.熟悉板框压滤机的结构。2.学会板框压滤机的操作方法。3.测定一定物料恒压过滤方程中的过滤常数K和eq，确定恒压过滤方程。二、实验原理过滤是一种能将固体物截流而让流体通过的多孔介质，将固体物从液体或气体中分离出来的过程。因此过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流动。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。因此在势能差gzp变的情况下，单位时间通过过滤介质的液体量也在不断下降，即过滤速度不断降低。过滤速度u的定义是单位时间、单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量，即：AddVu/，式中A代表过滤面积2m，代表过滤时间s，V代表滤液量3m。影响过滤速度的主要因素除势能差、滤饼厚度外，还有滤饼和悬浮液(含有固体粒子的流体)性质、悬浮液温度、过滤介质的阻力等，故难以用严格的流体力学方法处理。比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速度，即为流体经过固定床的表观速度。同时，液体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺范围。因此，可利用流体通过固体床压降的简化数学模型，寻求滤液q与时间的关系。在低雷诺数下，可用康采尼(Kozeny)的计算式，即：LpKaddqu11223对于不可压缩的滤饼，由上式可以导出过滤速率的计算式为：eeqqKqqrvpddq2式中：AVqee/，eV为形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量3m；r为滤饼的比阻2/1m；v为单位体积滤液所得到的滤饼的体积33/mm；为滤液的粘度sPa；为过滤常数sm/2。在恒压差过滤时，上述微分方程积分后可得：Kqqqe22。由上述方程可计算在过滤设备、过滤条件一定时，过滤一定滤液量所需要的时间或者在过滤时间、过滤条件一定时为了完成一定生产任务，所需要的过滤设备大小。在利用上述方程计算时，需要知道K、eq等常数，而K、eq常数只有通过实验才能测定。在用实验方法测定过滤常数时，需将上述方程变换成如下形式：eqKqKq21因此，实验时只要维持操作压强恒定，计取过滤时间和相应的滤液量以qq~/作图得直线。读取直线斜率K/1和截距Kqe/2，求取常数K和eq的值。或者将q/和q的数据用最小二乘法求取K/1和Kqe/2值，进而计算K和eq的值。若在恒压过滤的时间内已通过单位过滤面的滤液1q，则在1至2及1q至2q范围内将上述微积分方程积分整理后得：eqqKqqKqq111121-上述表明1qq和11/-qq为线性关系，从而能方便地求出过滤常数K和eq。用最小二乘法回归直线方程时，设回归方程为xy，则22-/-平均平均平均平均平均xxyxxy，平均平均xya-三、实验装置和流程1.装置实验装置由配料桶、供料泵、圆形过滤机、滤液计量筒及空气压缩机等组成。可进行过滤、洗涤和吹干三项操作过程。碳酸钙(3CaCO)或碳酸镁(3MgCO)的悬浮液在配料桶内配制成一定浓度后，为阻止沉淀，料液由供料泵管路循环。配料桶中用压缩空气搅拌，浆液经过滤机过滤后，滤液流入计量筒。过滤完毕后，亦可用洗涤水洗涤和压缩空气吹干。2.实验流程本实验的流程如下图所示。图中给出了两套装置的流程。四、实验操作步骤及要点1.实验可选用3CaCO粉末配制成滤浆，其量约占料桶的2/3左右，配制浓度在8.0oB左右（约10%，wt）。2.料桶内滤浆可用压缩空气和循环泵进行搅拌，桶内表压强控制在．．．．．．．．．MPa1.0~0，不能超过料．．．．．桶承受的压强．．．．．．MPa14.0。3.滤布在装上之前要先用水浸湿。4.实验操作前，应先让供料泵通过循环管路，循环操作一段时间，过滤时也要保证料液循环。结束后，应关闭料桶上的出料阀，打开旁路上清水管路清洗供料泵．．．．．．．．．．．．．．，以防止3CaCO在泵体内沉积。5.实验初始阶段不是恒压操作。因此可采用二只秒表交替计时，记下时间和滤液量，并确定恒压开始时间1和相应的滤液量1q。过滤压强不要超过MPa08.0。6.当滤液量很少时，滤渣已充满滤框后，过滤阶段可结束。五、实验数据记录过滤物系：轻质碳酸钙计量筒直径：圆板过滤器直径：内径150mm框厚：过滤操作压强：0.066MPa料液浓度：料液温度：实验数据记录表序号时间间隔（s)间隔中的滤液量（L）1（恒压前）12.70.6102100.4203100.3404100.3205100.2906100.2707100.2408100.1989100.18010100.15611100.12012100.11413100.11014100.096六、实验数据处理数据处理结果如表所示，以序2为例写出计算过程。序号间隔时间)(s间隔滤液量310)(3mVq310)/(23mm累计滤液量310)(3mV112.70.6134.520.6102100.4223.771.0303100.3419.241.3704100.3218.111.6905100.2916.411.9806100.2715.282.2507100.2413.582.4908100.19811.202.6889100.1810.192.86810100.1568.833.02411100.126.793.14412100.1146.453.25813100.116.223.36814100.0965.433.464续表序号累计q10)/(23mm累计时间)(s11-qq)(1qq10)/(23mm10.34512.720.58322.7420.80.23830.77532.7465.00.43040.95642.7490.90.61151.12052.7516.00.77561.27362.7538.80.92871.40972.7564.01.06481.52182.7595.31.17691.62392.7626.11.278101.711102.7658.81.366111.779112.7697.41.434121.844122.7734.11.498131.906132.7768.91.561141.960142.7804.91.615计算过程（以序号2为例）331042.0mV232232/10452.325.015.014.31042.04/mmdVAVq33-3-2121003.11042.061.0mVVV2323212/1083.51077.2352.34mmqqq232312/1038.210)5.343.58(mmqq8.4201038.210-21212qq七、实验结果及讨论1.将表中数据描点，根据直线的斜率和截距求出K和eq，并写出恒压过滤方程。答：9.2602/1KsmmK234/1084.343.32621eqqK231/0345.0mmq2341/0282.00345.0105.084.343.326243.326mmqKqe2.用最小二乘法求取斜率和截距并由此求出K和eq，与图解求出的比较。答：1075.0平均x22.606平均y0134.02平均x70平均xy68.36301075.0-0134.0/22.6061075.0-70212.5671075.068.363-22.606smmK234/1075.223/043.00345.05.0000275.012.567mmqe3.本实验如何洗涤滤饼？答：采用横穿洗涤法，洗涤液穿过两层滤布及整个厚度的滤饼，流径长度约为过滤终时滤液流动路径的两倍，而洗涤液流通的面积又仅为过滤面积的一半。4.本实验如何吹干滤饼？答：随着过滤时间的增加，被截留在滤网上的固体杂质越来越多，使滤饼厚度不断增加，这样使过滤阻力增大，罐内压力升高，当压力升到一定值时需要排渣，停止向灌内输入待滤液并将压缩空气经溢流管吹入罐内，将罐内待滤液压入另一台过滤机或其他容器内，并吹干滤饼。5.在本实验的装置上如何测定滤饼的压缩指数s和物料特性常数k？答：改变实验所用的过滤压差△p，可测得不同的K值，由K的定义式两边取对数得KpsK2lglg1lg在实验压差范围内，若k为常数，则pKlg~lg的关系在直角坐标上应是一条直线，直线的斜率为s-1,可得滤饼压缩性指数s，由截矩可得物料特性常数K。