化工原理过滤实验

化工实验二 过滤实验
13生物工程2班 陈忠杰 201330550204 指导老师：李璐
一、实验目的
1.了解板框过滤机的构造、流程和操作方法。

2.测定某一压力下过滤方程中的过滤常数K 、e q 、e τ值，增进对过滤理论的理解。

3.测定洗涤速率与最终过滤速率间的关系。

二、基本原理
恒压过滤是在恒定压力下，使悬浮液中的液体通过介质（成为滤液），而固体粒子被介质截留，形成虑饼，从而达到固—液分离目的的操作。

过滤速度由过滤介质两侧的压差及过滤阻力决定。

因为过滤过程滤渣厚度不断增加，过滤阻力亦不断增大，故恒压过滤速度随过滤时间而降低。

当过滤介质及阻力均应计入时，恒压过滤方程如下： )()(22e e KA V V ττ+=+ （5-1）
)()(2
e e K q q ττ+=+ （5-2）
将式（5-2）微分，得：
e e q K
q K dq
d Kd dq q q 2
2)(2+=
=+τ
τ
（5-3） 式（5-3）为一条直线，但
dq
d τ
难以测得，实际可用q ∆∆/τ代替，即 e q K
q K q 2
2+=∆∆τ （5-4） 因此，只需在恒压下进行过滤试验，测取一系列的τ∆、q ∆，做q ∆∆/τ与q 的关系图，得
一直线，这条直线斜率为K
2，截距为e q
K 2
，进而可算出K 、e q 的值：再以q=0，τ=0带入
式（5-2），即可求得e τ。

2洗涤速率与最终过滤速率的测得：
在一定压力下洗涤速率是恒定不变的。

w d dV )(
τ=w
w V
τ （5-5） 最终过滤速率的确定比较困难，因为它是一个变数，为了测得比较准确，应让过滤操作进行到率框全部被滤渣充满后在停止。

根据恒压过滤方程，可得恒压过滤方程的最终过滤速率E d dV
)(
τ
为： E d dV )(τ=)
(2)(22e e q q KA
V V KA +=
+ （5-6） 式中：V —整个过滤时间内所得的滤液总量：
q —整个过滤时间内通过单位过滤面积所得的滤液总量。

三、实验装置与流程
本实验装置GL200B 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5-1.
MgCO3 的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力槽中，用压缩空气加以搅拌使MgCO3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，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力槽上排空管中排出。

板框压滤机的结构尺寸：框厚度20mm ，每个框过滤面积0.0177m3，框数2个。

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
过滤实验 1、 试验准备
（1）配料：在配料罐内配制含MgCO 32%~3%的水悬浮液，MgCO 3事先由天平沉重，水位高度按标尺示意，筒身直径35mm 。

配置时，应将配料罐底部阀门关闭。

利用波镁计，在其度数2.5-3.0之间，偏小加粉末，偏大加水。

（2）搅拌：开启空压机，将压缩空气通入配料罐（空压机的出口小球阀保持半开，进入配料罐的两个阀门保持适当开度），使MgCO
悬浮液搅拌均匀。

搅拌时，应将配料罐的顶盖合
3
上。

(3)设定压力：分别打开进压力罐的三路阀门，空压机过来的压缩空气经各定值调节阀分别设定为0.1、0.2MPa。

设定定值调节阀时，压力罐泄压阀可略开。

建议第一次操作压力控制在0.1MPa（表压），第二次控制在0.2MPa（表压）。

（4）装板框：按板、框的钮数1-2-3-2-1-2-3的顺序排列好板框过滤机的板与框。

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，以免漏液，然后用压紧螺杆压紧板和框。

（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）。

（5）灌清水：向清水罐通入自来水，液面打视镜2/3高度左右。

灌清水时，应将阀门处的泄压阀打开。

（6）灌料：在压力罐泄压阀打开的情况下，打开配料罐和压力罐间的进料阀门，使料浆自动出配料桶流入压力罐至其视镜1/2~2/3处，关闭进料阀门。

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，压力表表示过滤压力，清液出口流出滤液。

每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，开始用秒表记录时间，计量筒中液面升至约600mL记录一次时间，使时间不至于中断。

即每次ΔV取600 mL，记录相应的过滤时间Δ。

当滤液流速渐慢，呈细线状流出，表明滤渣已充满整个滤框，关闭滤浆进口阀门，停止过滤实验。

量筒交换接滤液是不要流失滤液，等量筒内滤液静止后读出ΔV值（注意：若ΔV约600mL时交替换量筒，这时量筒内滤液量并非正好600mL。

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。

每个压力下，测量8~10个读数即可。

3.洗涤过程
（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，垂直为洗涤状态）。

（2）维持洗涤压力与过滤时压力相同，开启洗水进出口阀（板框前两个进口阀，板框后一个出口阀）进行洗涤。

洗水穿过滤渣后由滤液出口流出，并流入计量筒，同时记录时间，测取有关数据。

洗涤速度比同压力下过滤速度小很多。

每次ΔV取100~300ml左右。

记录两组数据即可。

（3）洗涤完毕，关闭洗液进板框的阀门、关闭进气阀门。

一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。

放开压紧螺杆将滤框拉开，卸出滤渣，清洗滤布，清洗时滤布不要折，重新组装。

调节另一压力数值进行另一次实验。

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。

每次滤液几滤饼均收集在小桶内，以便下次实验使用。

4、实验结束
（1）先关闭空压机出口球阀，关闭空压机电源。

（2）打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。

（3）卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。

（4）将压力罐内物料反压到配料罐内备下次使用，或将该二罐物料直接排空后用清水冲洗，以免沉淀堵塞罐管道和阀门。

（5）做好设备、地面的清洁。

五、实验数据及数据处理
表5-1 过滤实验数据整理表
过滤机类型： GL200B 滤框个数： 2 滤布种类：帆布
虑框尺寸（长、宽、高）：_____133⨯133⨯20_mm 过滤总面积：0.0708 m2
滤浆名称： MgCO 3 温度： 26 ℃
数据记录表
过滤实验数据整理表
压力压）
0.1MPa 0.2MPa
序号
q/(m3/m 2) Δq/(m3/m2
)
ΔT/(s)
ΔT/Δq(s/m)
q Δq/(m3/m
2)
ΔT/(s) ΔT/Δq(s/m)
(m3/m2) 1 0.007768 0.007768 4126.996364 0.008474576 0.0084751784.16 2 0.015508
0.00774
5930.145985 0.0168079
1 0.0083332584.8 3 0.022994 0.007486 7614.339623 0.0252824
86 0.0084752920.5 4 0.030621 0.007627 7365.822222 0.0334039
55 0.0081214055.917 5
0.038672 0.008051
9191.578947 0.0414548
02 0.0080514584.611 6 0.046723 0.008051
10538.02105
0.0496468
0.0081925320.986
93
7 0.054915 0.008192 30887.11034 0.0579802
26 0.0083336183.6 8
0.061102 0.006186
120151.4795
0.0661723
16
0.0081927243.572
9
1、 根据以上处理结果，作出不同压力下的q q
t
-∆曲线，如图1，图2，图3。

图1
图2
图3
2、计算举例：
以0.1MPa 第一次实验结果为例，计算如下 以
q
T
∆∆为纵坐标，q 为横坐标作图，如图1，得到直线的斜率为a=1188.3，截距为b=3302.1 K=2/a=2/1188.3=1.683*10-5m 2
/s
qe=b/a=3302.1/1188.3=2. 779m 3/m
2
te=qe2/k=2.7792/(1.683*10-5
)=4588.73s
(dv/dt)w=Vw/tw=150*10-6/91.31=1.643*10-6
(dv/dt)E=KA/2(q+qe)=1.683*10-5*1.0177*4/2*(0.061102+2.779)=2.098*10-5
(dv/dt)w/(dv/dt)e=1.643*10-6
/(2.098*10-5
)
六、实验结果讨论与分析
1、在数据处理时，发现0.1Mpa 下的最后一个数据与0.2Mpa 下的第7、8组数据，，明显偏大，过滤时间比之前都要长，但是，滤液还是很少。

其原因为：随着过滤的进行，滤饼不断在滤框形成，阻力不断增大，过滤速率逐渐下降，直到过滤的后期，滤饼形成充满了滤框，使过滤速率几乎为零。

所以，在进行数据处理时，把这些数据舍弃了。

2、比较0.1MPa 与0.2MPa 压力下的过滤常数K ：K 0.1=1.683*10-5
，K 0.2=2.627*10-5
，K 0.1< K 0.2。

表明，过滤常数受压力的影响。

在过滤同种物料时，压力越大，过滤常数越大。

3、在一定压力下洗涤速率变化中，0.1Mpa 的w dV
d τ
（
）均比0.2Mpa 的要小，而最终过滤速
率e dV
d τ
（
），0.1Mpa 的小于0.2Mpa 下的最终过滤速率。

一般情况下，加压或减压均可加快过滤速率，但可压缩滤饼会使过滤速率变慢。

一般在压力恒定时，洗涤速率不变，当其他条件不变时，压差变大，洗涤速率加快。

实验中，理论上，洗涤速率与过滤速率的比值应该为0.25，但是实际上的比值偏差比较大。

这可能是：在进行0.1Mpa 压力洗涤过程中，人为操作使设备调节过快，使洗涤速率过快，引起结果误差。

4、在理论上，在过滤相同的物料，而且在压差相同是，洗涤速率约为过滤最终的速率的1/4。

在这次实验中，都出现了很大的误差，0.1Mpa 下，洗涤速率约为过滤最终的速率的0.07倍，0.2Mpa 下，洗涤速率约为过滤最终的速率的0.1倍。

其原因有可能为：在0.1Mpa 下的过滤时，过滤速率有点慢，但是，洗涤时，速率很快
七、思考题
1、板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？
答：板框过滤机的优点是构造简单、制作方便、价格低；过滤面积大，可根据需要增减滤板以调节过滤能力；推动力大，对物料的适应能力强，对颗粒细小而液体较大的滤浆也能适用。

缺点是，间歇操作，生产效率低；卸渣、清洗和组装需要时间、人力，劳动强度大。

适用于间歇操作的场合。

2、板框压滤机的操作分哪几个阶段？
答：板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段。

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？
答：因为刚开始的时候，滤布没有固体附着，所以空隙较大，浑浊液会通过滤布，从而滤液是浑浊的。

当一段时间后，待过滤液体中的固体中汇填满滤布上的空隙，从而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就回变得清澈。

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 ，q e 、τ
e
值后，若将过
滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？
答：①过滤介质两侧的压力差②过滤设备的性能以及质量③被过滤的物料的性质。

值增大τe值会变小。

若将过滤压强提高一倍，K值会增大，q
e
值会否不同？5、q
∆取大些好还是取小些好？同一次实验，q
∆取值不同，得出的K、q
e
值会答：q
∆取值不同，得出的K、q ∆需要适度，不需太大，也不需太小。

同一次实验，q
e
不同。

6、过滤压力增大一倍，得到统一滤液量所需要的时间是否会减半？为什么？
答：如果过滤压力增大一倍，过滤速度不会也相应倍数地增大。

过滤速度与物料性质，滤饼的形成时间，阻力的不同，这些都对过滤速度有影响。