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、qe、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：

(1)

由此可以导出过滤基本方程式：

(2)

恒压过滤时，令k=1/μr’v，K=2k△p1-s，q=V/A，qe=Ve/A，对(2)式积分得：

(q+qe)2=K(τ+τe) (3)

K、q、qe三者总称为过滤常数，由实验测定。

对（3）式微分得： 2(q+qe)dq=Kdτ

(4)

用△τ/△q代替dτ/dq，用代替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△Vi），可计算出一系列△τi、△qi、i，在直角坐标系中绘制△τ/△q～的函数关系，得一直线，斜率为2/K，截距为2qe/K，可求得K和qe，再根据τe=qe2/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）

dτ/dq=△τ/△q=16.56/0.00849=1950.53（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。

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