实验课程名称化工原理实验项目名称恒压过滤常数测定实验

一、 实验课程名称：化工原理

二、实验项目名称：恒压过滤常数测定实验

三、实验目的和要求：

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,验证过滤基本原理； 3.

学会测定过滤常数K 、q e 、τe 及压缩性指数S 的方法； 4. 了解操作压力对过滤速率的影响。

四、实验内容和原理

实验内容：测定时间与滤液量的变化关系，绘制相关图表，求出过滤常数K 及压缩性指数S 。

实验原理：过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离。过滤操作中，随着过滤过程的进行，固体颗粒层的厚度不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速率不断降低。 影响过滤速率的主要因素除压强差、滤饼厚度外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，在低雷诺数范围内，过滤速率计算式为：

L

p a K u μεε?-=223')1(1 (1)

由此可以导出过滤基本方程式： )('12Ve V v r p A d dV s

+?=-μτ (2)

恒压过滤时，令k=1/μr ’v ，K=2k △p 1-s ，q=V/A ，q e =Ve/A ，对(2)式积分得：

(q+q e )2=K(τ+τe )

(3) K 、q 、q e 三者总称为过滤常数，由实验测定。

对（3）式微分得： 2(q+q e )dq=Kdτ

e q K q K dq d 22+=τ (4)

用△τ/△q 代替dτ/dq ，用q 代替q 。在恒压条件下，用秒表和电子称分别测定一系列时间间隔△τi ，和对应的滤液质量△M （除水的密度换算成体积△V i ），可计算出一系列△τi 、△q i 、q i ，在直角坐标系中绘制△τ/△q ～q 的函数关系，得一直线，斜率为2/K ，截距为2q e /K ，可求得K 和q e ，再根据τe =q e 2/K ，可得τe 。

改变过滤压差△p ，可测得不同的K 值，由K 的定义式两边取对数得：

lgK=(1-S)lg(△p)+lg(2k) (5) 在实验压差范围内，若k 为常数，则lgK ～lg(△p)的关系在直角坐标上应是一条直线，斜率为(1-S)，可得滤饼压缩性指数S ，进而确定物料特性常数k 。

五、主要仪器设备

实验装置如图1-1所示：

图1-1 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，用压缩空气搅拌，同时利用压缩空气将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽排空管排出。

板框压虑机的结构尺寸：框厚度11mm，过滤总面积0.0471m2。

空气压缩机规格型号：V－0.08/8，最大气压0.8Mpa。

六、操作方法与实验步骤

（一）实验步骤：

1.配制含CaCO33％～5％（wt%）的水悬浮液。

2.开启空压机，关闭阀1、阀4、阀5，打开阀3、阀2，，将压缩空气通入配料槽，

使CaCO3悬浮液搅拌均匀。

3.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（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.等配料槽料液搅拌均匀后，关闭阀3，打开阀5及压力料槽上的排气阀，使料浆自

动由配料桶流入压力料槽至其视镜2/3处，关闭阀2、阀5。

5.打开阀4，通压缩空气至压力料槽，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。

6.调节压力料槽的压力到需要的值（20~50kpa）。主要依靠调节压力料槽出口处的压

力定值调节阀来控制出口压力恒定，压力料槽的压力由压力表读出。虑各个压力值

的分布，从低压过滤开始做实验较好。

7.放置好电子天平，按下电子天平上的“on”开关，打开电子天平，将料液桶放置到

电子天平上。做好准备工作，可以开始实验。

8.做压力实验：打开阀6、阀9及阀12、阀13，开始加压过滤。一般可以用一个阀

调节不同的三个压力来做实验，具体压力根据操作情况现场决定。

9.手动实验时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

0.1~0.5kg左右，滤液量可以由电子天平处读出。记录相应的过滤时间△τ及滤液量。

每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。

10.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，实验结束后要冲

洗滤框、滤板及滤布不要折，应用刷子刷。

七、实验数据记录与处理

实验原始数据列于表1-1中,本实验称质量，再换算成体积。计算结果列于表1-2中。

计算示例

△q=△V/ 4 7 1 0 0=4 0 0 / 4 7 1 0 0=0 . 0 0 8 4 9（m3/m2）

sm2/m3

八、实验结果与分析

上图所得实验结果为： K=8.6278*10^(-5),qe=0.071

九、讨论、心得

实验结果误差分析，收获等心得；

思考题：

1．当操作压强增加一倍，K值是否也增加一倍？要得到同样的过滤液，过滤时间是否缩短一半？

2．为什么过滤开始时，滤液常常有点混浊，过段时间后才变清？

1过滤压强提高一倍，K提高到原来的2倍。不是

2在过滤中，主要靠滤饼层。刚开始没有滤饼层，过滤效果不佳，随着滤饼层的增厚，滤液就变清了。

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。

收获：

1本实验的目的是通过恒压过滤实验验证过滤基本原理，实验时要注意夹滤布要对牢板上的洞，安装滤板和滤框用螺旋压紧时，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。

2处理数据分析时发现一二两组数据存在很大偏差，可能是做实验量水的体积时溢出很多，使数据不准确。以后实验要注意一下。

3影响过滤速率的主要因素有过滤压强、过滤介质、过滤面积。

问题：

1恒压过滤常数的测定为什么会出现恒速的情况？

2在恒压过滤实验中,为什么随着过滤的进行,所得滤液越来越少

尝试回答：过滤实验,主要是靠压差滤液过滤进行的，在恒压过滤中，随着过滤的进行，虽然其压差不变，但是过滤的滤渣积压压缩成滤饼，随着滤饼的增厚，滤液通过的滤饼的阻力加大，实际提供给滤液作为动力的压差减少，滤液越来越难通过滤饼，甚至在过一段时间后，过滤就会因为阻力大而停滞。