恒压过滤常数测定实验1

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。

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：

)()(2

e 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）打开总电源空气开关，打开仪表电源开关，关闭所有手动阀门。

（2）配制含CaCO38%~13％（质量）的水悬浮液。

（3）开启空压机，打开阀3，阀4，将压缩空气通入配料水槽，使CaCO3悬浮液搅拌均匀。搅拌后，关闭刚才开启的阀门。

（4）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，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。

（5）关闭阀2，在压力料槽排气阀16打开的情况下，打开阀4、阀6，使料浆自动由配料桶流入压力槽至1/2~1/3处，关闭阀4，阀6。

（6）通压缩空气至压力贮槽，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀要不断缓缓排气，但又不能喷浆。至浑浊时停止。

（7）打开1# 电磁阀，打开阀2，阀5，阀7，阀10，阀12，阀14，开始实验。

（8）手动实验：每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时刻作为开始时刻。每20秒记录一次ΔV变化量。测量8~10个数据即可停止过滤。

（9）切换气路，压力稳定后重复过滤实验。

（10）实验完毕关闭阀2，阀4，打开阀4，阀6，将压力料槽的悬浮液压回配料桶。（11）打开板框，观察滤饼形状，用过滤出来的清水洗涤滤布，将水倒回料液槽供下次试验

用。

（12）关闭空气压缩机电源，关闭仪表电源。

五、数据记录与处理

1、过滤面积计算：

实验已知：每个框过滤面积0.038m2，框数2个

∴A=2×2×0.038=0.152 m2

表（一）滤液量数据记录

时间(S)

低压△P1 中压△P2 高压△P3

滤液

量

/Kg

滤液体积

V / m3

滤液体积

增量△V /

m3

滤液体积V

/ m3

滤液体积

增量△V /

m3

滤液体积V

/ m3

滤液体积

增量△V /

m3

20 1.231 1.231*10-3 1.231*10-3 3.022 3.022*10-3 3.022*10-3 2.219 2.219*10-3 2.219*10-3 40 2.465 2.465*10-3 1.234*10-3 6.001 6.001*10-3 2.979*10-3 4.356 4.356*10-3 2.137*10-3 60 3.475 3.475*10-3 1.010*10-38.625 8.625*10-3 2.624*10-3 6.140 6.140*10-3 1.784*10-3 80 4.460 4.460*10-30.985*10-311.23 11.23*10-3 2.605*10-37.880 7.880*10-3 1.740*10-3 100 5.480 5.480*10-3 1.020*10-313.726 13.726*10-3 2.496*10-39.467 9.467*10-3 1.587*10-3 120 6.405 6.405*10-30.925*10-315.879 15.879*10-3 2.153*10-310.990 10.990*10-3 1.523*10-3 140 7.297 7.297*10-30.892*10-318.125 18.125*10-3 2.246*10-312.463 12.463*10-3 1.473*10-3 160 8.145 8.145*10-30.848*10-320.171 20.171*10-3 2.046*10-313.906 13.906*10-3 1.443*10-3

表（二）单位时间过滤面积对应的滤液体积和体积增量（计算公式: q=V/A）

时间间隔(20S)

低压△P1 中压△P2 高压△P3

q/(m3/m2) Δt/Δq/

(s·m2 .m-3)

q/(m3/m2) Δt/Δq/

(s·m2 .m-3)

q/(m3/m2) Δt/Δq/

(s·m2 .m-3)

1 8.099*10-32469.4419.881*10-31005.9814.599*10-31369.96

2 16.217*10-32463.6639.480*10-31020.4628.658*10-31422.58

3 22.862*10-33009.7856.743*10-31158.5540.395*10-31704.01

4 29.342*10-33086.4273.881*10-31166.9951.842*10-31747.18

5 36.053*10-32980.1890.303*10-31217.8862.283*10-31915.52

6 42.138*10-33286.77104.467*10-31412.0372.302*10-31996.21

7 48.007*10-33407.73119.243*10-31353.5581.993*10-32063.77

8 53.585*10-33585.51132.704*10-31485.7791.487*10-32106.59