恒压过滤常数测定实验指导书(徐州师范)

第1页共8页实验五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：u=dV/Adτ=dq/dτ=Δp1-s/r0φμ(q+qe)（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；qe—通过单位面积过滤介质的当量滤液量，m3/m2；△p—过滤压差，pa；s—滤渣压缩指数；μ—滤液的粘度，Pa.s；第2页共8页r0—常数；φ—悬浮液中固体颗粒的体积分数，m3固/m3悬。对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r0、φ和△p都恒定，为此令：K=2Δp1-s/r0φμ（2）于是式（1）可改写为：)(2eqqKddq（3）)(22eVVKAddV（4）式中：K—过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定。0221dKAVVdVVeeVVVee（5）222KAVVVe（6）将式（5）的积分极限改为从0到Ve和从0到e积分，则：eeKAV22（7）将式（7）和式（6）相加，可得：eeKAVV22（8）式中：e—虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量Ve所需时间，s。再将式（8）微分，得：dKAdVVVe22（9）将式（9）写成差分形式，则22eqqqKK（10）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；—每次测定的滤液体积q所对应的时间，s；q—相邻两个q值的平均值，m3/m2。第3页共8页以q为纵坐标，q为横坐标将式（10）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距。斜率：2SK截距：2eIqK则K=2/Sqe=KI/2=I/S三、实验流程本实验装置由空压机、配料罐、压力罐、清水罐、板框过滤机等组成，其流程示意如图1。1－空压机；2－压力罐；3－安全阀；4－压力表；5－压力传感器；6－清水罐；7－滤框；8－滤板；9－手轮；10－切换阀；11－定值调压阀；12－电磁阀；13－配料罐；14－地沟；15－电子天平；16—压力显示器；17—控制柜。图1恒压过滤流程第4页共8页在料液罐中配制一定浓度的CaCO3的悬浮液，然后利用位差送入压力罐中，用压缩空气加以搅拌使CaCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入水桶通过电子天枰计量。压缩空气通过压力罐上的放空管路放空。板框压虑机的结构尺寸：框厚度25mm，单板的过滤面积0.02m2，板数为7块，框数为6块，总过滤面积为0.24m2。空气压缩机规格型号：风量0.06m3/min，最大气压0.8MPa。四、实验步骤1．实验准备1.1通讯：用485通讯线将仪表控制柜和电脑连接；用232通讯线将电子天枰和电脑连接；再打开仪表控制柜的空开和电子天枰的电源开关。启动电脑，打开MCGS软件，进入数字型恒压过滤操作界面。检查控制柜上仪表显示的板框压力与电脑操作界面上的板框压力是否一致；现场电子天枰上显示的重量和电脑操作界面上是否一致。一致进行下步操作，否则查线，直到显示一致为止。1.2配料：关闭料液罐底部阀门，向料液罐内加水到标尺刻度的50cm左右，再将事先用天平称量的碳酸钙加入，配制含CaCO320％～30％（wt.%）的水悬浮液（其中，料液罐的直径为35cm）。1.3搅拌：将料液罐的顶盖盖上。打开系统总进气阀，启动空压机，将压缩空气通入料液罐（注意：空压机的出口球阀保持半开），再打开料液罐出料阀，缓慢开启料液罐进气阀（注意：操作要缓慢，防止气体压力过大喷浆），使料液罐内的CaCO3悬浮液搅拌均匀。1.4设定过滤压力：分别打开进压力罐的三路阀门，从空压机过来的压缩空气经各定值调节阀分别设定实验操作压力，例如为0.1MPa、0.2MPa和0.3MPa，但是最大值不得超过0.4MPa。（注意：设定定值调节阀时，压力罐泄压第5页共8页阀要略开）。1.5装板框：正确装好滤板、滤框及滤布。注意：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；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。1.6灌清水：打开清水罐上的放空阀，通过清水罐进水阀向清水罐内通入自来水，至液面高度达视镜2/3高度左右时关闭阀门停止进水。1.7灌料：在压力罐放空阀打开的情况下，打开料液罐出料阀、压力罐进料阀，利用高位输送原理将料浆自动输送到压力罐至液面高度到达视镜1/2~2/3高度左右时，关闭进料阀门。2．过滤过程2.1鼓泡：稍微打开压力罐放空阀，选择实验压力（一般从低到高)打开相应压力罐进气阀、压力调节阀（电脑操作），向压力罐内鼓入空气，使压力罐内料液搅拌均匀。2.2恒压：将洗涤板板下的切换阀打开。打开压力罐出料阀、板框滤液出口阀，打开出板框后清液出口球阀。此时，控制柜上仪表显示板框过滤压力。2.3过滤：把水桶放到电子天枰上，并按下电子天枰上的“去皮”按钮，至使电子天枰显示为零。待过滤压力稳定时，打开板框进料阀，并点击操作界面上“开始实验”按钮，用电子天枰上的桶收集板框滤液出口流出的滤液。待过滤体积约800ml左右时，采集一次数据，记录相应的过滤时间△τ。每个压力下，测量8～10组数据即可停止实验。如果要得到干而厚的滤饼，则应每个压力下做到没有清液流出为止。2.4调压：一个恒压过滤实验结束，可转更高的压力实验。若料液罐内有足够下一恒压操作的料液，可以直接开始实验，具体操作步骤参照2.2-2.4，否则，利用滤液洗涤滤饼和滤布，并将洗涤后的滤液重新倒入料浆桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。3．实验结束第6页共8页3.1先关闭空压机出口球阀,关闭空压机电源。3.2打开压力罐进料阀，利用压力罐的剩余压力或利用低压管路，将压力罐内剩余的料液压回料液罐内。3.3分别打开压力罐放空阀和清水罐放空阀，对压力罐和清水罐泄压。3.4冲洗滤框、滤板和滤布。注意滤布不要折，应当用刷子刷洗。3.5分别打开压力罐、清水罐的排净阀，将该两个罐内物料排放干净，再用清水冲洗。五、数据记录记录实验原始数据列于下表。实验日期：实验人员：学号：装置号：数据记录表实验压力（MPa）实验次数滤液体积（ΔV，mL）过滤时间（Δτ，s）六、数据处理根据原理部分的公式，计算结果列于下表。第7页共8页数据计算结果表实验次数Δq=ΔV/A(m3/m2)Δτ/Δq(s/m)q(m3/m2)K(m2/s)qe(m3/m2)以其中一组数据为例：过滤面积A＝0.024×2=0.048m2；△V1=637×10-6m3；△τ1=31.98s；△V2=630×10-6m3；△τ2=35.67s；△q1=△V1/A=637×10-6/0.048=0.013271m3/m2；△q2=△V2/A=630×10-6/0.048=0.013125m3/m2；△τ1/△q1=31.98/0.013271=2409.766sm2/m3；△τ2/△q2=35.67/0.013125=2717.714sm2/m3；q0=0m3/m2；q1=q0+△q1=0.013271m3/m2q2=q1+△q2=0.026396m3/m2；2321223101mm0198335.0qq21q;mm0066355.0qq21q依此算出多组△τ/△q及q；……第8页共8页在直角坐标系中绘制△τ/△q～q的关系曲线，如图2所示，从该图中读出斜率、截距，可求得K、qe。0.000.040.080.120.16q(m3/m2)16002000240028003200dt/dq(sm2/m3)P＝1.0kg/cm2P＝1.5kg/cm2P＝2.0kg/cm20.000.0140.0280.0420.056图2△τ/△q～q的关系曲线七、思考题1、板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？2、板框压滤机的操作分哪几个阶段？3、为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，过段时间后滤液才逐渐变清？4、影响过滤速率的主要因素有哪些？当你在某一恒压下所测得的K值后，若将过滤压强提高一倍，问K值将有何变化？