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
的过滤常数（K 1~K 3），对式（3-2）两边取对数得：
)2lg()lg()1(lg 0φ
μγ+∆-=m P S K （3-7）
以)lg(m P ∆为横坐标，以K lg 为纵坐标画图得一直线，由该直线的斜率便可求出滤饼的压缩指数S 。

6.3 实验流程与装置
本实验装置有空压机、配料槽、压力储槽、板框过滤机和压力定值调节阀等组成。

其实验流程如图所示。

CaCO 3的悬浮液在配料桶内配置一定浓度后利用位差送入压力储槽中，用压缩空气加以搅拌使CaCO 3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将料浆送入板框过滤机过滤，滤液流入量筒或滤液量自动测量仪计量。

图1—4恒压过滤常数测定实验装置流程图
1 、配料槽
2 、压力储槽
3 、板框压滤机
4 、压力表
5 、安全阀
6 、压力变送器
7 、压力定值调节阀
8 、滤液量自动测量仪
板框过滤机的结构尺寸如下：框厚度38mm ，每个框过滤面积0.024m 2，框数2个。

由配料槽○
1配好的碳酸钙水悬浮液由压缩空气输送至压力槽○2，用压力定值调节阀○7调节压力槽○2内的压力至实验所需的压力，打开进料阀，碳酸钙水悬浮液依次进入板框压滤
机○3的每一个滤框进行过滤，碳酸钙则被截留在滤框内并形成滤饼，滤液水被排出板框压滤机外由带刻度的量筒收集。

6.4 实验操作步骤
1. 开启电源。

开启控制面板上的总电源开关，打开空气压缩机电源开关、24V （DC ）电源开关和仪表电源开关；
2. 配料、下料。

依次打开阀○
3、○2和阀○4，用空气将碳酸钙与水搅拌混合均匀，注意阀○4不要开太大，以免碳酸钙悬浮液从配料槽○
9中喷出。

打开阀○6，将混合好的碳酸钙悬浮液输送至压力料槽○
2，使液位处于视镜的二分之一处，然后关闭阀○6、○4。

3. 组装板框压滤机。

将滤布用水浸湿，正确安装好滤板、滤布和滤框，然后用螺杆压紧。

注意，板、布、框的表面一定要清洗干净，不能带有滤饼，布不能起绉，否则过滤时会渗漏严重。

4. 调节压力。

打开阀○
5，打开控制面板上的压力定值调节阀开关○1，再打开阀○7和阀○10，调节第一个恒压过滤的压力，当控制面板上的测量仪显示压力稳定后，便可开始做过滤实验。

5. 测定不同压力下，得到一定滤液所需时间。

（1）准备好量筒和秒表，打开悬浮液进料阀，滤液从汇集管流出开始计时。

当量筒内的滤液量每次约为≈∆V 800mL 时，开始切换量筒和秒表，记录下8个V ∆和相应的8个过滤时
间τ∆，当塑料桶内的滤液放不下时，倒回配料槽○
1。

（2） 第一个压力过滤实验做完后，关闭悬浮液进料阀，关闭阀○
7和阀○10，打开阀○8，调节第二个恒压过滤的压力，当控制面板上的测量仪显示压力稳定后，便可开始做过滤实验， 重复步骤5，记录下8个V ∆和相应的8个过滤时间τ∆。

（3） 第二个压力过滤实验做完后, 关闭悬浮液进料阀，关闭阀○
8, 打开阀○9和阀○11，调节第三个恒压过滤的压力，当控制面板上的测量仪显示压力稳定后，便可开始做过滤实验， 重
复步骤5，记录下8个V ∆和相应的8个过滤时间τ∆，关闭进料阀和阀○
9和阀○11。

6．将剩余的悬浮液压回配料槽。

打开阀○
6和○4，利用压力料槽○2内的余压将剩余的悬浮液压回配料槽○
1，然后关闭阀○4、○6。

慢慢打开阀○12，将压力料槽内的余压排放掉，并打开阀○
10、○11将压力定值阀内的压退回至零，然后再关闭。

7. 关闭电源。

关闭控制面板上的空气压缩机电源、24伏直流电源、仪表电源及总电源。

8．拆洗板框压滤机。

松开螺杆，拆下滤板、滤布和滤框，放在存有滤液的塑料桶内清洗滤
饼直至干净为止，然后倒回配料槽○1。

6.5 实验数据记录及整理
表6-1 数据记录与整理表
30000
60000
90000
q i
Aτ/A q
斜率
K 2=5.54112×106，故k=3.61×10-7， 截距e q K
2=14667，e q =2.65×10-3 e τ=19.5 s
6.6实验报告
1. 将原始实验数据处理、作图、计算后，求出三个恒压过滤常数K 、滤布阻力当量滤液量q e 、当量过滤时间τe 、和一个滤饼压缩性指数S 。

2. 数据处理既可以用作图法，也可以用最小二乘法，两者结果相差不大。

6.7实验思考题。