一恒压过滤常数测定
《环境工程原理实验》指导书
伍昌年唐玉朝编写
安徽建筑大学环境与能源工程学院
2017年2月
目录
实验一恒压过滤常数测定（板框过滤） (3)
实验二传热综合实验 (8)
实验三填料塔吸收实验 (14)
实验四微滤超滤试验 (19)
实验五光催化降解污水实验 (24)
实验六污染物降解菌间歇培养和连续培养实验 (26)
实验一恒压过滤常数测定（板框过滤）
一、实验目的
1.1 熟悉板框压滤机的构造和操作方法。
1.2 通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。
1.3 学会测定过滤常数K、q e、τe及压缩性指数s的方法。
1.4了解过滤压力对过滤速率的影响。
1.5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，Δp——过滤的压强差，Pa；
K’——康采尼系数，层流时，K=5.0；
ε——床层的空隙率，m3/m3；
μ——过滤粘度，Pa.s；
a ——颗粒的比表面积，m2/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 τ——过滤时间，s ； A ——过滤面积，m 2；
S ——滤饼压缩性指数，无因次。一般情况下，S=0~1，对于不可压缩滤饼，S=0； R ——滤饼比阻，1/m 2，r=5.0a 2（1-ε）2/ε3 r’——单位压差下的比阻，1/m 2
ν ——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：
)
()(2e e K q q ττ+=+
式中，q ——单位过滤面积的滤液体积，m 3/m 2； q e ——单位过滤面积的虚拟滤液体积，m 3/m 2； τe ——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/s
K ，q e ，τe 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, q e, τe,它们只有通过实验才能确定。 对上式微分得：
???
??
+==+e e q K q K dq d Kd dq q q 22)(2ττ 该式表明以dτ/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 q e /K 。在实验测定中，为便于计算，可用增量?替代，把上式改写成
e
q K q K
q 2
2+=??τ 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τe=qe/K，求出τe。
三、实验装置与流程
四、实验步骤
1．实验准备
（1）配料：在配料罐内配制含活性污泥浓度约5000-6000mg/L混合液，配置时，应将配料罐底部阀门关闭。
（3）装板框：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。（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）。
2．过滤过程
（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。
（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，压力表指示过滤压力，清液出口流
出滤液。
（3）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800ml左右。
记录相应的过滤时间△τ。每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。若欲得到
干而厚的滤饼，则应每个压力下做到没有清液流出为止。量筒交换接滤液时不要流
失滤液，等量筒内滤液静止后读出△V值。（注意：△V约800ml时替换量筒，这时
量筒内滤液量并非正好800ml。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。
（4）一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新
倒入料浆桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。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。
3．清洗过程
（1）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，垂直为清洗状态）。
（2）打开清洗液进入板框的进出阀门（板框前两个进口阀，板框后一个出口阀）。此时，压力表指示清洗压力，清液出口流出清洗液。清洗液速度比同压力下过滤速度
小很多。
（3）清洗液流动约1min，可观察混浊变化判断结束。一般物料可不进行清洗过程。
结束清洗过程，也是关闭清洗液进出板框的阀门，关闭定值调节阀后进气阀门。4．实验结束
（1）先关闭水泵出口球阀,关闭电源。
（2）卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。
五、实验数据记录与处理
5.1.1表压为0.1MPa 表1 数据记录
表2 数据处理
数据处理
六、思考题
1、当你在某一恒压下所测得的K、q e、τe值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？
2、影响过滤速率的主要因素有哪些？
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？
实验二 传热综合实验
一、实验目的
1. 掌握传热系数K 的测定原理；
2. 掌握传热系数K 的测定方法及数据处理。
二、实验原理
根据传热基本方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速度，以及各有关温度，即可算出传热系数。
三、套管换热器实验简介
（一）实验装置的功能和特点
本实验装置是由光滑套管换热器和强化内管的套管换热器组成的，以空气和水蒸汽为传热介质，可以测定对流传热系数，用于教学实验和科研。通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；并应用线性回归分析方法，确定关联式4
.0Pr
Re m
A Nu =中常数A 、m 的值；通过对管程内部插有螺旋线圈的空
气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其强化比0Nu Nu ，了解强化传热的基本理论
和基本方式。
实验装置的主要特点如下： ⑴ 实验操作方便，安全可靠。
⑵ 数据稳定可靠，强化效果明显，用图解法求得的回归式与经验公式很接近。 ⑶ 水、电的耗用小，实验费用低。
⑷ 传热管路采用管道法兰连接,不但密封性能好,?而且拆装也很方便。 ⑸ 箱式结构，外观整洁，移动方便。
（二） 光滑套管换热器传热系数及其准数关联式的测定
⒈ 对流传热系数i α的测定
在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。
对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定
i
m i
i S t Q ??=
α （1） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2? o C)； Q i —管内传热速率，W ；
S i —管内换热面积，m 2；
m t ?—内壁面与流体间的温差，o C 。 m t ?由下式确定： )2(2
2
1t t t t w m +-=?
式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，o C ；
t w —壁面平均温度，o C ；
因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： )3(i
i i L d S π=
式中：d i —内管管内径，m ；
L i —传热管测量段的实际长度，m 。 由热量衡算式：
)4()
(12t t Cp W Q m m i -=
其中质量流量由下式求得：
)5(3600
m m m V W ρ=
式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ；
m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg·o
C)；
m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2
2
1t t t m +=
为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， t w ， m V 可采取一定的测量手段得到。
⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定
流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为
)6(Pr
Re n
m A Nu =.
其中： i i i d Nu λα=
， m m i m d u μρ=Re ， m
m
m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热
的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：
4
.0Pr
Re m
A Nu = （7）
这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。
（三） 强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定
强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。
螺旋线圈的结构图如图1所示，螺旋线圈由直径3mm 以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋
线圈是以线圈节距H 与管内径d 的比值技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为m
B Nu Re =的经验公式，其中B 和m 的值因螺旋丝尺寸不同而不同。
采用和光滑套管同样的实验方法确定不同流量下得Rei 与Nu ，用线性回归方法可确定B 和m 的值。
单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，它的形式是：0
Nu Nu ，其中Nu 是强化管的努塞尔准数，Nu 0是光滑管的努塞尔准数，
显然，强化比
Nu Nu ＞1，而且它的值越大，强化效果越好。
（四）实验流程和设备主要技术数据 1.设备主要技术数据见表1
表1 实验装置结构参数
图1 螺旋线圈内部结构
2. 实验流程如图2所示
图2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图
1-液位管;2-储水罐；3-排水阀；4-蒸汽发生器；5-强化套管蒸汽进口阀；6-普通套管蒸汽进口阀；7-普通套管换热器；8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器；9-普通套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口；11-普通套管空气进口阀；12-强化套管空气进口阀、13-孔板流量计；14-空气旁路调节阀；15-旋涡气泵加水口；
（1）温度的测量
空气进出口温度采用电偶电阻温度计测得，由多路巡检表以数值形式显示（1—普通管空气进口温度；2—普通管空气出口温度；3—强化管空气进口温度；4—强化管空气出口温度；）。壁温采用热电偶温度计测量，光滑管的壁温由显示表的上排数据读出，强化管的壁温由显示表的下排数据读出。
（2）电加热釜
是产生水蒸汽的装置，使用体积为7升，内装有一支2.5kW的螺旋形电热器，当水温为30o C时，用(120~180)伏电压加热，约15分钟后水便沸腾，为了安全和长久使用，建议最高加热(使用)电压不超过200伏(由固态调压器调节)。
（3）气源(鼓风机)
又称旋涡气泵，XGB─2型，由无锡市仪表二厂生产，电机功率约0.75 KW（使用三相电源），在本实验装置上，产生的最大和最小空气流量基本满足要求，使用过程中，输出空气的温度呈上升趋势。
3.实验的测量手段
空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流量计在20 o C 时标定的流量
和压差的关系式为： )8()
(909.13648
.020P V ??=
流量计在实际使用时往往不是20℃，此时需要对该读数进行校正：
)9(20
273273120
1++=t V V t
式中：P ?—孔板流量计两端压差，KPa ； 20V —20℃时体积流量， m 3/h ；
1t V —流量计处体积流量，也是空气入口体积流量，m 3/h ；
1t —流量计处温度，也是空气入口温度，o C 。
由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正：
)10(2732731
1t t V V m t m ++?
=
m V —传热管内平均体积流量，m 3/h ；
m t —传热管内平均温度，o C 。
四、实验方法及步骤
1.实验前的准备，检查工作。
（1） 向储水罐中加水至液位计上端处。 （2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。
（3） 检查蒸气管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气管线的畅通。 （4）接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。 2. 实验开始。
（1）关闭通向强化套管的阀门5，打开通向简单套管的阀门6，当简单套管换热器的放空口9有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门12，打开阀门11。在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气冒出。
（2）启动风机后用放空阀14来调节流量，调好某一流量后稳定3-8分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量5～6组数据。
（3） 做完简单套管换热器的数据后，要进行强化管换热器实验。先打开蒸汽支路阀5，全部打开空气旁路阀14，关闭蒸汽支路阀6，打开空气支路阀12,关闭空气支路阀11，进行强化管传热实验。实验方法同步骤⑵。
3.实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。
五、实验数据记录
六、实验注意事项
1.检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
2.必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路阀门之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭阀门必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
3.必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭支路阀。
4.调节流量后，应至少稳定3~8分钟后读取实验数据。
5.实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。
七、思考题
1．本次实验中空气流量如何测定?原始数据记录表中的哪个参数反映空气流量?
2．为什么在整个实验过程中始终要保持换热器出口有蒸气冒出?
3. 光滑套管和强化套管有何区别?如果空气流量相同,哪个套管内的传热系数大?
4. 本次实验中的传热系数 ，描述的是哪两者之间的对流传热？
实验三 填料塔吸收实验
一、实验目的
1. 了解填料塔的基本结构，熟悉吸收实验装置的基本流程。
2. 了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响。
3. 掌握总传质系数K 的测定方法。
4. 熟悉分析尾气浓度的方法。
二、实验原理
吸收传质速率由吸收速率方程式表示：
m y Y A K G ?=
（1）
式中：y K ——气相总传质系数，也称为吸收系数，mol/m 2·h ；
A ——气液两相有效接触面积，m 2；
m Y ?——塔顶、塔底气相平均传质推动力；
G ——单位时间的吸收量。
（1） 单位时间的吸收量G 的计算：
可以通过测量气相进、出口浓度和惰性气体流量求得G ：
)(21Y Y V G -=
（2）
式中： V ——惰性气体流量，mol/h ；在本装置中由空气转子流量计测量。
1Y 、2Y ——进出塔的气相组成，以比摩尔分数表示；
1Y ——进口氨和空气流量；
2Y ——尾气分析器流量。
（2）两相接触面积的计算：
Z D V A T ???
==2
4
π
αα填料 （3）
式中： Z ——填料层的高度，0.825m ；
填料V ——塔中填料的全部体积，m 3；
T D ——塔内径，0.111m ；
α——填料的单位体积的有效比表面积，m 2/m 3；
一般α并不等于干填料的比表面积t α，而应该乘以填料的表面效率η。即
t ηαα= （4）
η可以根据最小润湿率分率查下表得出。
图1 填料表面效率
（3）气相平均传质推动力m Y ?的计算： m Y ?就是
?--12*
2
1Y Y Y Y dY Y Y ，一般情况下m Y ?用图解积分法求取，但是对于平衡线是直线
情况下： 2
*1*2
*1*)()(ln
)()(Y Y Y Y Y Y Y Y Y m -----=? （5）
式中：*
Y ——平衡时的气相浓度；
下标1，2分别表示塔底和塔顶。
三、实验装置：
图2 实验装置流程图
图2是实验装置流程图。由风机供给空气，使用旁通阀调节空气流量（放空法）。开大旁通阀时空气入塔流量减少，这是因为容积式风机不能用启闭出口阀门来调节空气流量的缘故。空气与氨在气管中混合后流入塔中，经吸收后排出。出口处有尾气调压阀，该阀在不同的流量下能自动维持一定的尾气压力，约为900Pa～1300Pa（90mmH2O～1300mmH2O）,作为尾气通过分析器的推动力。
水经总阀进入水过滤减压器，经水调节阀及水流量计进入塔内。水过滤减压器一方面可滤去水中的铁锈和污泥，另一方面能自动稳定压力。
氨气由氨瓶供给，开启氨瓶阀，氨气即进入氨气减压阀中。减压阀能自动将输出氨气压力稳定在0.05MPa～0.1Mpa的范围内。
由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有压力计和温度计。
尾气调节阀是自力式调节装置，其阀片能够随流量增减而自行调节开度。尾气分析器是由吸收盒和湿式气体流量计组成。事先将吸收液（稀硫酸及指示剂）放入吸收盒内，然后打开吸收盒前的阀，让尾气通过吸收盒，再由湿式气体流量计计量通过的空气总量。当指示剂变色时表示吸收结束。因为事先放入的吸收液浓度和体积是已知的，故空气总量多少即可反应尾气浓度。
四、实验步骤
1. 测定干塔压降：开启鼓风机送风，并慢慢打开空气调节阀，使空气通人填料塔内，调节
空气流量由小到大，测取8～10组数据。
2. 测定湿塔压降：开始时要将水调节阀全开，保证填料充分润湿，然后调节水量至一定值
维持恒定。打开空气调节阀，使空气流量稳定。
3. 启动氨气系统：开动时首先将自动减压阀的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然
后打开钢瓶顶阀，此时自动减压阀的高压表应有示值。下一步先关好氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，压力在0.5MPa左右。然后用转子流量计前的调节阀调节氨气的流量，使混合气体中氨的体积分数在5%左右。
4. 尾气测量：打开吸收盒前的阀，启动尾气测量系统并开始计时，记录湿式气体流量计的
流量读数。
5. 至甲基红终点，计时并关闭吸收盒前的阀。
6. 排空吸收盒内的吸收溶液，重新装入硫酸甲基红溶液。改变空气流量，重复上述实验。
五、实验注意事项
1. 严格按照操作规程进行操作。
2. 风机启动和停车时，一定要将空气旁通阀2全开。
3. 注意调节空气流量，防止液泛。
4. 改变操作条件时，稳定时间一定要足够长，否则误差极大。
5. 须用流量修正公式，对流量读数进行修正后方可使用。
6. 系统稳定后，才能开启尾气测量系统。
7. 在实验结束时，严格按照操作规程关机，并排空系统废水时。
六、实验记录
6.1大气压Pa 室温o C 填料层高度82cm 塔径110mm
七、实验数据处理
塔截面积Ω=2
D π=0.0095m 2 P=P 0+P 表
八、思考题
1、测定体积吸收系数kya 和Δp -u 有什么实际意义？
2、实验时，如何确定水、空气和氨气的流量？
3、为什么吸收时氨气从气相转移到液相？
4、理论上气体流量改变和液体流量改变改变对K Y a 有何影响？
实验四微滤超滤试验
一、实验目的
1．了解超滤膜分离的主要工艺设计参数。
2．训练并掌握超滤膜分离的实验操作技术。
3．熟悉浓差极化、截流率、膜通量、膜污染等概念。
二、实验原理
膜分离是近数十年发展起来的一种新型分离技术。常规的膜分离是采用天然或人工合成的选择性透过膜作为分离介质，在浓度差、压力差或电位差等推动力的作用下，使原料中的溶质或溶剂选择性地透过膜而进行分离、分级、提纯或富集。通常原料一侧称为膜上游，透过一侧称为膜下游。膜分离法可以用于液-固（液体中的超细微粒）分离、液-液分离、气-气分离以及膜反应分离耦合和集成分离技术等方面。其中液-液分离包括水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有微粒的液相体系的分离。不同的膜分离过程所使用的膜不同，而相应的推动力也不同。目前已经工业化的膜分离过程包括微滤（MF）、反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、渗析（D）、电渗析（ED）、气体分离（GS）和渗透汽化（PV）等，而膜蒸馏（MD）、膜基萃取、膜基吸收、液膜、膜反应器和无机膜的应用等则是目前膜分离技术研究的热点。膜分离技术具有操作方便、设备紧凑、工作环境安全、节约能量和化学试剂等优点，因此在20世纪60年代，膜分离方法自出现后不久就很快在海水淡化工程中得到大规模的商业应用。目前除海水、苦咸水的大规模淡化以及纯水、超纯水的生产外，膜分离技术还在食品工业、医药工业、生物工程、石油、化学工业、环保工程等领域得到推广应用。
表1各种膜分离方法的分离范围
超滤膜分离基本原理是在压力差推动下，利用膜孔的渗透和截留性质，使得不同组分得到分级或分离。超滤膜分离的工作效率以膜通量和物料截流率为衡量指标，两者与膜结构、体系性质以及操作条件等密切相关。影响膜分离的主要因素有：a、膜材料，指膜的亲疏水性和电荷性会影响膜与溶质之间的作用力大小；b、膜孔径，膜孔径的大小直接影响膜通量和膜的截流率，一般来说在不影响截流率的情况下尽可能选取膜孔径较大的膜，这样有利于提高膜通量；c、操作条件（压力和流量）；另外料液本身的一些性质如溶液PH值、盐浓度、温度等都对膜通量和膜的截流率有较大的影响。
从动力学上讲，膜通量的一般形式：
式中，J V 为膜通量，R 为膜的过滤总阻力，R m 为膜自身的机械阻力，R c 为浓差极化阻力，R f 为膜污染阻力。
过滤时，由于筛分作用，料液中的部分大分子溶质会被膜截留，溶剂及小分子溶质则能自由的透过膜，从而表现出超虑膜的选择性。被截留的溶质在膜表面出积聚，其浓度会逐渐上升，在浓度梯度的作用下，接近膜面的溶质又以相反方向向料液主体扩散，平衡状态时膜表面形成一溶质浓度分布的边界层，对溶剂等小分子物质的运动起阻碍作用，如图所示。这种现象称为膜的浓差极化，是一可逆过程。
膜污染是指处理物料中的微粒、胶体或大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜空内吸附和沉积造成膜孔径变小或孔堵塞，使膜通量的分离特性产生不可逆变化的现象。
膜分离单元操作装置的分离组件采用超滤中空纤维膜。当欲被分离的混合物料流过膜组件孔道时，某组分可穿过膜孔而被分离。通过测定料液浓度和流量可计算被分离物的脱除率、回收率及其他有关数据。当配置真空系统和其他部件后，可组成多功能膜分离装置，能进行膜渗透蒸发、超滤、反渗透等实验。
三、实验装置和流程
超滤膜分离综合实验装置及流程示意图如图1所示。中空纤维超滤膜组件规格为:PS 截留分子量为6000~10000，内压式，膜面积为0.2m 2
,纯水通量为3～4L/h 。
本实验将PVA 料液由输液泵输送，经粗滤器和精密过滤器过滤后经转子流量计计量后从下部进入到中空纤维超滤膜组件中，经过膜分离将PVA 料液分为二股：一股是透过液——透过膜的稀溶液(主要由低分子量物质构成)经流量计计量后回到低浓度料液储罐(淡水箱)；
另
)
(f c m V R R R P R P J ++=
=∑μμ△图1超滤膜分离综合实验装置及流程示意图
恒压过滤常数测定实验报告
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：
实验三 恒压过滤及洗涤实验
6 恒压过滤常数的测定 6.1 实验目的 （1）了解恒压板框压滤机的结构，学会恒压过滤的操作方法，验证过滤基本原理。 （2）掌握测定恒压过滤常数K 、滤布阻力当量滤液量q e 、当量过滤时间τe 、及滤饼压缩性指数S 的方法。 （3）学会板框压滤机洗涤操作。 6.2 实验原理 以多孔介质截留悬浮于流体中的颗粒，从而实现固体颗粒与流体的分离的操作称为过滤。若悬浮液中固体浓度较高，固体颗粒在多孔介质表面会形成滤饼，因此，除刚开始过滤外，过滤主要是滤饼层起过滤介质作用，此种过滤称为滤饼过滤。（以上为原理部分） （以下为数据处理部分）滤饼过滤的推动力是压差，由于设备耐压等原因，过滤一般都是情况下都是在恒压条件下进行。在恒压滤饼过滤过程中，由于滤饼不断增厚，过滤阻力不断增大，过滤速率越来越小，因此，恒压过滤尽管其操作压差在过滤过程可保持恒定，但它是一个非定态过程，过滤速率微分式如下： ) (2e q q K d dq +=τ （3-1） 上式中的过滤常数表达式为： K=φ μγ01) (2S m p -? （3-2） 对式（3-1）在恒压条件下积分，得如下恒压过滤方程： )()(2e e k q q ττ+=+ （3-3） 式（3-1）、（3-2）、（3-3）中的K 、q e 、S 、τe 须通过恒压过滤实验测定。 取式（3-1）的倒数得： e q K q K dq d 2 2+=τ （3-4） 由于式（3-4）仍然是一个微分式，因此，为了便于测定和计算，用差分代替微分，式（3-4） 改写成如下形式： e q K q K q 2 2+=??τ （3-5） 在某一压力1m P ?条件下进行过滤实验，用量筒和秒表分别测量和记录一系列滤液体积 i V ?和其相对应的时间间隔i τ?，由i V ?除以过滤面积得i q ?。i q 的取值的方法如下： ∑?+?=-i i i i q q q 1 12 （i=1~8, 00=?q ） (3-6) 在二维坐标系中以i q 为横坐标, 以i i q ??τ为纵坐标绘制一条直线, 由该直线的斜率可计算 出某一压力1m P ?下的过滤常数K 1, 由该直线的截距可计算出滤布阻力当量滤液量q e1, 根据 K q e e 2= τ, 可求出相应的当量过滤时间τe1。 用压力定值调节阀调节过滤压差（一般三个31~m m P P ??），测定并计算出相应压差下
恒压过滤常数测定实验------实验报告
恒压过滤常数测定实验 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 、qe 、τe 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。 二、基本原理 过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。 过滤速度u 定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p ，滤饼厚度L 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。 过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式： 2 e = 2(V+V )dV KA d τ 式中：K —过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，m 2/s 将式（3）分离变量积分，整理得： () 2 2=(+)e e V V KA ττ+ 再将式（7）微分，得： 22()=e V V dV KA d τ+ 将式（8）写成差分形式，则
22 =+e q q q K K τ?? 式中： q ?— 每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m 3 / m 2 ； τ?— 每次测定的滤液体积所对应的时间，s ； q — 相邻二个q 值的平均值，m 3 / m 2 。 以 q τ ??为纵坐标，q 为横坐标将式（9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距， 斜率： 2=S K 截距： 2=e I q K 则， 2 =K S ，m 2 /s == 2e KI I q S ，m 3 22 2 == e e q I K KS τ ，s 改变过滤压差P ?，可测得不同的K 值，由K 的定义式（2）两边取对数得： lg =(1-s)lg(p)+B K ? 在实验压差范围内，若B 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 。 三、实验装置与流程 本实验装置由空压机、配料槽、压力料槽、板框过滤机等组成，其流程示意如图1。
恒压过滤实验常数测定实验报告
恒压过滤实验
一、实验目的
1、掌握恒压过滤常数 K、通过单位过滤面积当量滤液量 qe 、当量过滤时间 ? e 的测定方法； 加深 K、 qe 、 ? e 的概念和影响因素的理解。 2、 学习滤饼的压缩性指数 s 和物料常数 k 的测定方法。 3、 学习
d? ——q 一类关系的实验测定方法。 dq
4、 学习用正交试验法来安排实验，达到最大限度的减小实验工作量的目的。 5、 学习对正交试验法的实验结果进行科学的分析，分析出每个因素重要性的大小，指出试 验指标随各因素的变化趋势，了解适宜操作条件的确定方法。
二、实验内容
1、设定试验指标、因素和水平。因可是限制，分 4 个小组合作共同完成一个正交表。 故同意规定实验指标为恒压过滤常数 K，设定的因素及其水平如表 6-1 所示。假定各因素之 间无交互作用。 2、为便于处理实验结果，应统一选择一个合适的正交表。 3、按选定正交表的表头设计，填入与各因素水平对应的数据，使它变成直观的“实验 方案”表格。 4、分小组进行实验，测定每个实验条件下的过滤常数 K、q 5、对试验指标 K 进行极差分析和方差分析；之处各个因素重要性的大小；讨论 K 随其 影响因素的变化趋势；以提高过滤速度为目标，确定适宜的操作条件。
三、实验原理
1.恒压过滤常数 K、 qe 、 ? e 的测定方法。 在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固 体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增加，故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤 的进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。 恒压过滤方程
(q ? qe ) 2 ? K (? ? ? e )
式中 q———单位过滤面积获得的滤液体积， m / m ；
3 2
（1）
化工原理恒压过滤常数测定实验报告
恒压过滤常数测定实验 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 、τe 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。 二、基本原理 过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。 过滤速度u 定义为单位时间单位过滤面积通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p，滤饼厚度L 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。 过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动围，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，可得过滤速度计算式： （1） 式中：u —过滤速度，m/s ； V —通过过滤介质的滤液量，m 3 ； A —过滤面积，m 2 ； τ —过滤时间，s ； q —通过单位面积过滤介质的滤液量，m 3/m 2 ； △p —过滤压力（表压）pa ； s —滤渣压缩性系数； μ—滤液的粘度，Pa.s ； r —滤渣比阻，1/m 2 ； C —单位滤液体积的滤渣体积，m 3 /m 3 ； Ve —过滤介质的当量滤液体积，m 3； r ′ —滤渣比阻，m/kg ；
C —单位滤液体积的滤渣质量，kg/m3。 对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r、C和△p都恒定，为此令： （2） 于是式（1）可改写为： （3）式中：K—过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，m2/s 将式（3）分离变量积分，整理得： （4） 即V2+2VV e=KA2τ （5） 和从0到积分，则： 将式（4）的积分极限改为从0到V e V e2=KA2τ （6）将式（5）和式（6）相加，可得： 2(V+V e)dv= KA2(τ+τe) (7) 所需时间，s。 式中：—虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量Veτ e 再将式（7）微分，得： 2(V+V e)dv= KA2dτ （8）将式（8）写成差分形式，则 （9）式中：Δq—每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m3/ m2； Δτ—每次测定的滤液体积所对应的时间，s； —相邻二个q值的平均值，m3/ m2。 以Δτ/Δq为纵坐标，为横坐标将式（9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距， 斜率：S= 截距：I= q e 则，K= ,m2/s
D668-化工原理-恒压过滤常数测定实验指导书
恒压过滤常数测定实验指导书
恒压过滤常数测定实验 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 、τe 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。 二、基本原理 过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。 过滤速度u 定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p ，滤饼厚度L 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。 过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式： ()()()() e s e s V V C r p A V V C r p A d dq Ad dV u +'?'?=+??===--μ?μ?ττ11 （1） 式中：u —过滤速度，m/s ； V —通过过滤介质的滤液量，m 3； A —过滤面积，m 2； τ —过滤时间，s ； q —通过单位面积过滤介质的滤液量，m 3/m 2； △p —过滤压力（表压）pa ； s —滤渣压缩性系数； μ—滤液的粘度，Pa.s ；
r —滤渣比阻，1/m 2； C —单位滤液体积的滤渣体积，m 3/m 3； Ve —过滤介质的当量滤液体积，m 3； r ' —滤渣比阻，m/kg ； C —单位滤液体积的滤渣质量，kg/m 3。 对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r 、C 和△p 都恒定，为此令： ()C r p K s ??=-μ?12 （2） 于是式（1）可改写为： ) (22 Ve V KA d dV +=τ （3） 式中：K —过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，s m /2 。 将式（3）分离变量积分，整理得： ()()?? =+++τ τ022 1d KA V V d V V e e V V V e e （4） 即 τ222KA VV V e =+ （5） 将式（4）的积分极限改为从0到V e 和从0到e τ积分，则： e e KA V τ22= （6） 将式（5）和式（6）相加，可得： ()()e e KA V V ττ+=+22 （7） 式中：e τ—虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量V e 所需时间，s 。 再将式（7）微分，得： ()τd KA dV V V e 22=+ （8） 将式（8）写成差分形式，则 22 e q q q K K τ?=+? （9） 式中：q ?— 每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m 3/ m 2； τ?— 每次测定的滤液体积q ?所对应的时间，s ； q — 相邻二个q 值的平均值，m 3/ m 2。
恒压过滤常数的测定实验报告
实验二 恒压过滤常数的测定 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，验证过滤基本原理； (3) 测定过滤常数K 、qe 、θ； (4) 了解过滤压力对过滤速率的影响。 二． 实验原理 如图一所示，滤浆槽内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液（浓度在2-4%左右），用电动搅拌器进行均匀搅拌(浆液不出现旋涡为好)。启动旋涡泵，调节阀门3使压力表5指示在规定值。滤液在计量桶内计量。 过滤、洗涤管路如图二示 图一 恒压过滤实验流程示意图 1─调速器;2─电动搅拌器;3、4、6、11、14─阀门; 5、7─压力表8─板框过滤机; 9─压紧装置;10─滤浆槽; 12─旋涡泵；13-计量桶 。
三．主要仪器设备 (1)旋涡泵: 型号: (2)搅拌器: 型号: KDZ-1 ; 功率: 160w 转速: 3200转/分 (3)过滤板: 规格: 160*180*11（mm） (4)滤布：型号工业用；过滤面积0.0475m2 (5)计量桶：第一套长275 mm、宽325mm 四．操作方法与实验步骤 (1)系统接上电源，打开搅拌器电源开关，启动电动搅拌器2。将滤液槽10内浆液搅拌 均匀。 (2)板框过滤机板、框排列顺序为：固定头-非洗涤板-框-洗涤板-框-非洗涤板-可动头。用 压紧装置压紧后待用。 (3)使阀门3处于全开、阀4、6、11处于全关状态。启动旋涡泵12，调节阀门3使压力 表5达到规定值。 (4)待压力表5稳定后，打开过滤入口阀6过滤开始。当计量桶13内见到第一滴液体时 按表计时。记录滤液每增加高度20mm时所用的时间。当计量桶13读数为160 mm 时停止计时，并立即关闭入口阀6。 (5)打开阀门3使压力表5指示值下降。开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽 内，将滤布清洗干净。放出计量桶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。 (6)改变压力，从（2）开始重复上述实验。
过滤常数的测定
实验四 过滤常数的测定 一、实验目的 1、 熟悉板框压滤机的结构和操作方法； 2、 测定在恒压操作时的过滤常数K ，q e ，τe ，测定物料压缩指数s ； 3、 了解操作条件对过滤速度的影响。 二、实验原理 1、过滤常数的测定 过滤是借助于外界推动力的作用，使悬浮液通过某种多孔性介质，从而实现固液分离的操作。单位时间通过单位过滤面积的滤液量称为过滤速度。过滤速度的大小与压力差、滤饼厚度、悬浮液和滤饼的性质、悬浮液的温度等有关。故过滤速度方程式可表示为： ) (2) (e e q q K q q rv p d dq Ad dV u += +?= == μτ τ （4－1） 式中：V ——滤液量，m 3 ； A ——过滤面积，m 2； τ——得到滤液V 所需的过滤时间，s ； K ——过滤常数，rv p K μ?=2，m 2/s ； q=V/A ，即单位过滤面积的滤液量，m ； q e =V e /A ，即单位过滤面积的虚拟滤液量,m ； V e ——虚拟滤液的体积，它是形成相当于过滤介质阻力的一层滤饼时，应得到的滤液量，m 3； r ——滤饼的比阻，m -2; μ——滤液的粘度，Pa.s ； v ——获得单位体积滤液所形成的滤饼，m 3/m 3。 在恒压过滤情况下，滤液量与过滤时间的关系可用下式表示： τK qq q e =+22 e e K q τ=2 （4－2） 将过滤方程式微分后得 e q K q K d dq 22+ =τ 实验过程中，可用增量比τ τd dq q 代替??，则有下式 e q K q K q 22+ =??τ （4－3）
标绘出Δτ/Δq 对q (q 取各时间间隔内的平均值)的直线,如上图所示,直线斜率为2/K,截距2q e /K ，由此可求出K 和q e 。 图4－1 Δτ/Δq 与q 的关系 2、滤饼压缩性指数s 及比阻 滤饼的比阻与压差的关系为，s p r r ?=0，带入过滤常数的定义式可得 s s p k v r p K --?=?= 10122μ 两边取对数：)2lg()lg()1(lg k p s K +?-= （4－4） 因常数常数，== =ν μ01 r k s ，故K 与Δp 的关系在双对数坐标上标绘是一条直线， 斜率为（1-s ），由此可计算出压缩性指数s ，读取Δp ～K 直线上任一点处的K 值，将K 、Δp 数据一起代入过滤常数定义式计算物料特性常数k 及比阻。 三、实验装置 本实验装置由板框压滤机、滤浆桶、搅拌桨、计量筒、螺杆泵等组成。滤浆槽内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液，用电动搅拌器进行搅拌（浆液不出现漩涡为好）。滤浆在滤浆槽中经搅拌均匀后，启动螺杆泵，使系统内形成一定的压力。滤浆经板框压滤机，清液进入计量筒，固相被留在板框压滤机上逐渐生成滤饼。定时读取计量筒的液位，并记录。系统压力可由板框压滤计前的进口阀和泵的出口阀、回流阀等进行调节。
实验三恒压过滤常数测定实验
实验三 恒压过滤常数测定实验 1．实验目的 （1）熟悉板框压滤机的结构和操作方法。 （2）测定恒压过滤常数K 、q e 、θ e 。 （3）测定滤饼的压缩性指数s 。 2．基本原理 由恒压过滤方程： θK q q q e =+22 式中：q — 单位过滤面积所得滤液体积，m 3/ m 2 ； θ— 过滤时间，s ； K － 恒压过滤常数，m 2/s; q e － 反映过滤介质阻力的常数，m 3/ m 2 。 微分得： ()θKd dq q q e =+2 将上式写成差分形式，则： e q K q K q 2 2+=??-θ 式中：q ?— 每次测定的单位过滤面积滤液体积，m 3/ m 2； θ?— 每次测定滤液体积q ?所对应的时间间隔，s ； q — 相邻二个q 值的平均值，m 3/ m 2。 以q ??/θ为纵坐标，q 为横坐标，将上式标绘成一直线，由该直线的斜率和截距可求出过 滤常数K 和q e ，而虚拟过滤时间 θe ＝q e 2/K 也可将恒压过滤方程变为： K q q K q e 21 += θ 以q /θ为纵坐标，q 为横坐标，绘成一直线，由直线的斜率和截距求出过滤常数K 和q e 。 改变过滤压差△p ，可测得不同的K 值，由K 的定义式s p k K -?=1) (2两边取对数得： ()()lg(2k)p lg s 1lgK +?-= 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是一条直线，斜率为 （1-s ），可得滤饼压缩性指数s 。 3．实验装置与流程 本实验装置由空压机、配料槽、压力贮槽、板框过滤机（板框厚度25mm ，每个框过滤面积 0.024m 2，框数2个）等组成，其流程如图2-3所示。 4．实验步骤 （1）在配料槽内配制含CaCO 3约10％（质量）的水悬浮液。 （2）开启空压机，将压缩空气通入配料槽，使CaCO 3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）。
一、恒压过滤常数测定实验
化工原理实验报告 实验名称：恒压过滤常数测定实验 学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级： 姓名：学号：
指 导 教 师： 日 期： 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。 二、 实验原理 1、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。 2、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，在低雷诺数围，过滤速率计算式为： (q+q e )2=K(τ+τe ) （1） K 、q 、q e 三者总称为过滤常数，由实验测定。 对（1）式微分得： 2(q+q e )dq=Kdτ e q K q K dq d 2 2+=τ （2） 该式表明以dτ/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2q e /K 。（2）式中可用△τ/△q 代替dτ/dq，用q 代替q 。 上式可以改写成： △τ/△q=2/K* q+2/K* q e （3） 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 。 L p a K u μεε?-=223') 1(1
恒压过滤常数测定实验实验报告
恒压过滤常数测定实验 1 实验目的 1.1 熟悉板框压滤机的构造和操作方法。 1.2 通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。 1.3 学会测定过滤常数K、q e、τe及压缩性指数s的方法。 1.4 了解过滤压力对过滤速率的影响。 2 基本原理 过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。 过滤速度u定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）p，滤饼厚度L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。 过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式： 式中：u—过滤速度，m/s； V—通过过滤介质的滤液量，m3； A—过滤面积，m2； τ—过滤时间，s； q—通过单位面积过滤介质的滤液量，m3/m2； p—过滤压力（表压）pa； s—滤渣压缩性系数； μ—滤液的粘度，Pa.s； r—滤渣比阻，1/m2；
C—单位滤液体积的滤渣体积，m3/m3； Ve—过滤介质的当量滤液体积，m3； r‘—滤渣比阻，m/kg； C—单位滤液体积的滤渣质量，kg/m3。 对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r、C和△p都恒定，为此令： 于是式（1）可改写为： 式中：K—过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，m2 / s。 将式（3）分离变量积分，整理得： 即 将式（4）的积分极限改为从0到V e和从0到τe积分，则： 将式（5）和式（6）相加，可得： 式中：τe—虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量V e所需时间，s。 再将式（7）微分，得： 将式（8）写成差分形式，则 式中：△q—每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m3/ m2； q—相邻二个q值的平均值，m3/ m2。 △τ—每次测定的滤液体积 q所对应的时间，s；
恒压过滤实验常数测定实验报告
恒压过滤实验 一、实验目的 1、掌握恒压过滤常数K 、通过单位过滤面积当量滤液量e q 、当量过滤时间e θ的测定方法；加深K 、e q 、e θ的概念和影响因素的理解。 2、 学习 dq d θ ——q 一类关系的实验测定方法。 二、实验内容 1、测定实验条件下的过滤常数K 、e q 三、实验原理 1.恒压过滤常数K 、e q 、e θ的测定方法。 在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增加，故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤的进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。 恒压过滤方程 )()(2e e K q q θθ+=+ （1） 式中q —单位过滤面积获得的滤液体积，2 3 /m m ； e q —单位过滤面积上的当量滤液体积，2 3 /m m ； e θ—当量过滤时间，s ； θ—实际过滤时间，s ； K —过滤常数，m 2 /s 。 将式（1）进行微分可得： e q K q K dq d 2 2+=θ （2） 这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘q dq d -θ的关系，可得直线。其斜率为K 2 ，截距为 e q K 2 ，从而求出K 、e q 。至于e θ可由下式求出： e e K q θ=2 （3） 当各数据点的时间间隔不大时， dq d θ可用增量之比q ??θ来代替. 在本实验装置中，若在
计量瓶中手机的滤液量达到100ml 时作为恒压过滤时间的零点，再次之前从真空吸滤器出口到计量瓶之间的管线中已有的滤液在加上计量瓶忠100ml 滤液，这两部分滤液课视为常量（用'q 表示），这些滤液对应的滤饼视为过滤介质意外的另一层过滤介质。在整理数据是，应考虑进去，则方程式变为 q ??θ=K 2q+K 2（e q +q ′ ） （4） 以 q ??θ与相应区间的平均值q 作图。在普通坐标纸上以q ??θ 为纵坐标，q 为横坐标标绘q ??θ~q 关系，其直线的斜率为：K 2；直线的截距为：K 2（e q +q ′）。 过滤常数的定义式：s p k K -?=12 (5) 两边取对数： )2lg(lg )1(lg k p s K +?-= (6) 因常数='= ν μr k 1 ，故K 与p ?的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为s -1，由此可得滤饼的压缩性指数s ，然后代入式（4-5）求物料特性常数k 。 四、实验方法 操作步骤： 1、开动电动搅拌器将滤浆桶内滤浆搅拌均匀（不要使滤浆出现打旋现象）。将真空吸滤器安装好，放入滤浆桶中，注意滤浆要浸没吸滤器。 2、打开进气阀，关闭调节阀5，然后启动真空泵。 3、调节进气阀，使真空表读数恒定于指定值，然后打开调节阀5进行抽滤，待计量瓶中收集的滤液量达到100ml 时，按表计时，作为恒压过滤零点。记录滤液每增加100ml 所用的时间。当计量瓶读数为800ml 时停表并立即关闭调节阀5. 4、 打开进气阀10和8，待真空表读数降到零时停真空泵。打开调节阀5，利用系统内大气压将吸附在吸滤器上的滤饼卸到桶内。放出计量瓶内滤液，并倒回滤浆槽内。卸下吸滤器清洗干净待用。 5、 结束试验后，切断真空泵、电动搅拌器电源，清晰真空吸滤器并使设备复原。 五、实验装置与流程
化工原理实验 恒压过滤
浙江科技学院 实验报告 课程名称：化工原理 实验名称：恒压过滤常数测定实验学院：生物与化学工程学院专业班：化学工程与工艺111 姓名：王建福 学号：5110420006 同组人员：杨眯眯张涛 实验时间: 2013 年11月14日 指导教师：诸爱士
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?-=22 3')1(1 (1) u ：过滤速度，m/s K ’：康采尼常数，层流时，K ’＝5.0 ε：床层空隙率，m 3/m 3 μ：滤液粘度，Pas a ：颗粒的比表面积，m 2/m 3 △p ：过滤的压强差，Pa L ：床层厚度，m 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 ，在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔△τi ，和对应的滤液体积△ 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 。
实验四 恒压过滤常数的测定
实验四 恒压过滤常数测定实验 实验学时:4 实验类型：综合 实验要求：必修 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 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。 二、实验内容 1. 由恒压过滤实验数据求过滤常数K 、q e 。 2. 比较几种压差下的K 、q e 值，讨论压差变化对以上参数数值的影响。 3. 直角坐标系中绘制θ/q ～q 的关系曲线 4. 在坐标系坐标纸上绘制lgK~lg △p 关系曲线，求出s 。 三、基本原理 过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。 过滤速度u 定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p ，滤饼厚度L 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。 过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式： ()()()() e s 1e s 1V V C r p A V V C r p A d dq Ad dV u +'?'?=+??===--μ?μ?θθ（1） 式中：u —过滤速度，m/s ； V —通过过滤介质的滤液量，m 3； A —过滤面积，m 2； θ—过滤时间，s ； q —通过单位面积过滤介质的滤液量，m 3/m 2； △p —过滤压力（表压）pa ； s —滤渣压缩性系数； μ—滤液的粘度，Pa.s ； r —滤渣比阻，1/m 2； C —单位滤液体积的滤渣体积，m 3/m 3；
实验三 恒压过滤常数测定实验1
实验三 恒压过滤常数测定实验 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 、τe 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。 二、基本原理 过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。 过滤速度u 定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p ，滤饼厚度L 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。 过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式： () () e s V V C r p A d dq Ad dV u +???===-μττ1 （1） 式中：u —过滤速度，m/s ； V —通过过滤介质的滤液量，m 3； A —过滤面积，m 2； τ —过滤时间，s ； q —通过单位面积过滤介质的滤液量，m 3/m 2； △p —过滤压力（表压）pa ； s —滤渣压缩性系数；
μ—滤液的粘度，Pa.s ； r —滤渣比阻，1/m 2； C —单位滤液体积的滤渣体积，m 3/m 3； Ve —过滤介质的当量滤液体积，m 3； C —单位滤液体积的滤渣质量，kg/m 3。 对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r 、C 和△p 都恒定，为此令： () C r p K s ??=-μ?12 （2） 于是式（1）可改写为： ) (22Ve V KA d dV +=τ （3） 式中：K —过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，s m /2。 将式（3）分离变量积分，整理得： ()()??=+++ττ022 1d KA V V d V V e e V V V e e （4） 即 τ222KA VV V e =+ （5） 将式（4）的积分极限改为从0到V e 和从0到e τ积分，则： e e KA V τ22= （6） A V q =，式（5）整理为 22e q qq K τ+= （7） 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。 利用上述方程计算时，需要知道K ，e q 等常数，而K ，e q 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： 12e q q q K K τ =+ （8） 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q q τ -作图得
实验四 板框压滤机过滤常数的测定
实验四 板框压滤机过滤常数的测定 一、实验目的 1、了解板框压滤机的结构； 2、掌握板框压滤机的操作方法； 3、掌握恒压过滤条件下过滤常数（K 、q e ）的测定方法； 4、掌握采用最小二乘法回归直线方程的方法。 二、实验装置 板框过滤机是常见的间歇式过滤设备，图1为工业生产中常见的几种板框式过滤机。 图1 常见的几种板框式过滤机 本试验所用板框过滤机的整套装置由调浆桶、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钙（CaCO 3）悬浮液，启动搅拌装置，维持悬浮液在过滤过程中不发生沉降。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，洗涤水由自来水管送至板框压滤机进行洗涤，洗涤水也用贮液量筒计量其液量。实验完毕后，拆卸板框压滤机，将滤框内的滤渣回收。 实验设备如图2示，实验装置实物见图3。 千斤顶压紧压滤机 自动拉板压滤机 液压压紧压滤机 液压压紧压滤机
图 三、实验设备的性能与主要技术参数 1、本实验装置主要由板框过滤机、空压机、计量槽、压力容器、控制阀等设备组成。 2、板框过滤机的过滤面积大约为0.01m 2（以实测的数据为准），用帆布作为多孔性过滤介
质。由空压机提供压力，通过减压阀调节配料罐内的压力。以碳酸钙和水混合成悬浮液，可完成过滤常数的测定实验。 3、空压机采用Z-0.036微型空气压缩机，排气量0.036m 3/h ，压力为0.7MPa ，功率为0.75kW ，转速为1200rpm ，气体容积30L 。 4、在压力容器上面装有空压机入口给悬浮液加压，通过视镜观察容器内液位的高低。 5、电控箱装有电源开关和空压机开关，按下开关旋钮指示灯亮，即表示相应的工作正在进行，沿开关旋钮上的箭头方向旋转则为关。 6、滤饼可回收利用。 四、实验原理 过滤是一种使流体通过多孔介质，而将固体颗粒物截留，使其从液体或气体中分离出来的单元操作。因此过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流动，所不同的是这种固体颗粒层的厚度会随着过滤过程的进行而不断增加。因此在压强差不变的情况下，单位时间内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： τ τ d dq Ad dV u == （1） 式中：A ——过滤面积，m 2； τ——过滤时间，s ； V ——通过过滤介质的滤液量，m 3。 由分析可知，在恒定压差下，过滤速度dq /d τ与过滤时间τ之间有如图4所示的关系，单位面积的累计滤液量q 和τ的关系，如图5所示。 影响过滤速度的主要因素除压强差(Δp )、滤饼厚度外，还有滤饼、悬浮液(含有固体粒子的流体)的性质、悬浮液的温度、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通过固体床层的流动过程可知：过滤速度为流体通过固定床层的表观速度u 。同时，液体在由细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于层流。 因此，可利用流体通过固体床压降的简化模型，寻求滤液量q 与时间τ的关系。在层流 图4 过滤速率与时间的关系 过滤速率d q /d τ 时间τ 时间τ 累计滤液量q 图5 累计滤液量与时间的关系
化工原理恒压过滤常数测定实验报告
化工原理恒压过滤常数测定实验报告 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
恒压过滤常数测定实验 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 、τ 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。 二、基本原理 过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。 过滤速度u定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p，滤饼厚度L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。 过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式： （1） 式中：u —过滤速度，m/s； V —通过过滤介质的滤液量，m3； A —过滤面积，m2； τ —过滤时间，s； q —通过单位面积过滤介质的滤液量，m3/m2； △p —过滤压力（表压）pa ； s —滤渣压缩性系数； μ—滤液的粘度，； r —滤渣比阻，1/m2； C —单位滤液体积的滤渣体积，m3/m3；
Ve —过滤介质的当量滤液体积，m3； r′ —滤渣比阻，m/kg； C —单位滤液体积的滤渣质量，kg/m3。 对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r、C和△p都恒定，为此令： （2） 于是式（1）可改写为： （3） 式中：K—过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，m2/s 将式（3）分离变量积分，整理得： （4） 即 V2+2VV e =KA2τ （5） 将式（4）的积分极限改为从0到V e 和从0到积分，则： V e 2=KA2τ （6） 将式（5）和式（6）相加，可得： 2(V+V e )dv= KA2(τ+τ e ) (7) 式中：—虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量Veτ e 所需时间，s。 再将式（7）微分，得： 2(V+V e )dv= KA2dτ （8） 将式（8）写成差分形式，则