过滤常数的测定

实验四 过滤常数的测定

一、实验目的

1、 熟悉板框压滤机的结构和操作方法；

2、 测定在恒压操作时的过滤常数K ，q e ，τe ，测定物料压缩指数s ；

3、 了解操作条件对过滤速度的影响。

二、实验原理

1、过滤常数的测定

过滤是借助于外界推动力的作用，使悬浮液通过某种多孔性介质，从而实现固液分离的操作。单位时间通过单位过滤面积的滤液量称为过滤速度。过滤速度的大小与压力差、滤饼厚度、悬浮液和滤饼的性质、悬浮液的温度等有关。故过滤速度方程式可表示为：

)

(2)

(e e q q K q q rv p

d dq Ad dV u +=

+∆=

==

μτ

τ

（4－1）

式中：V ——滤液量，m 3

；

A ——过滤面积，m 2；

τ——得到滤液V 所需的过滤时间，s ； K ——过滤常数，rv

p

K μ∆=2，m 2/s ；

q=V/A ，即单位过滤面积的滤液量，m ；

q e =V e /A ，即单位过滤面积的虚拟滤液量,m ；

V e ——虚拟滤液的体积，它是形成相当于过滤介质阻力的一层滤饼时，应得到的滤液量，m 3；

r ——滤饼的比阻，m -2; μ——滤液的粘度，Pa.s ；

v ——获得单位体积滤液所形成的滤饼，m 3/m 3。

在恒压过滤情况下，滤液量与过滤时间的关系可用下式表示：

τK qq q e =+22

e e

K q τ=2

（4－2）

将过滤方程式微分后得

e q K

q K d dq 22+

=τ

实验过程中，可用增量比τ

τd dq q 代替∆∆，则有下式

e q K

q K

q 22+

=∆∆τ

（4－3）

标绘出Δτ/Δq 对q (q 取各时间间隔内的平均值)的直线,如上图所示,直线斜率为2/K,截距2q e /K ，由此可求出K 和q e 。

图4－1 Δτ/Δq 与q 的关系

2、滤饼压缩性指数s 及比阻

滤饼的比阻与压差的关系为，s

p r r ∆=0，带入过滤常数的定义式可得

s

s

p

k v

r p

K --∆=∆=

10122μ

两边取对数：)2lg()lg()1(lg k p s K +∆-=

（4－4）

因常数常数，==

=ν

μ01

r k s ，故K 与Δp 的关系在双对数坐标上标绘是一条直线，

斜率为（1-s ），由此可计算出压缩性指数s ，读取Δp ～K 直线上任一点处的K 值，将K 、Δp 数据一起代入过滤常数定义式计算物料特性常数k 及比阻。

三、实验装置

本实验装置由板框压滤机、滤浆桶、搅拌桨、计量筒、螺杆泵等组成。滤浆槽内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液，用电动搅拌器进行搅拌（浆液不出现漩涡为好）。滤浆在滤浆槽中经搅拌均匀后，启动螺杆泵，使系统内形成一定的压力。滤浆经板框压滤机，清液进入计量筒，固相被留在板框压滤机上逐渐生成滤饼。定时读取计量筒的液位，并记录。系统压力可由板框压滤计前的进口阀和泵的出口阀、回流阀等进行调节。

图4-2 板框压滤机过滤流程示意图

四、实验步骤

1．用轻质碳酸钙配制成5~10%左右的滤浆（体积浓度），用搅拌机充分搅拌；

2．用湿透的滤布装在板框压滤机的板与框之间，注意：（1）滤布孔应对准滤机上下部的孔道，绝对不允许没有对准孔道进行安置；（2）按照板框上的编号将它们分别按顺序装好，检查确定正确后，旋紧机头旋钮；

3．关闭原料桶的底阀与清水槽的出口阀、底阀，打开原料槽的出口阀、螺杆泵的出口阀和回流阀，启动螺杆泵；

4．打开压滤机的进口阀，逐渐关闭螺杆泵的出口阀至所需的压力，开始记时，记录得相应滤液下的过滤时间，直至框内充满滤饼；压力控制在0.05~0.15MPa下分别进行实验。

5．实验结束后打开清水槽的出口阀并关闭原料槽的出口阀，用清水清洗管路及泵内的料液；将滤饼与滤液搅匀后倒回配料桶中待用；关闭螺杆泵，将板、框洗干净后按照顺序放回压滤机中，将滤布洗净晾晒备用。

五、实验注意事项

1、板框压滤机安装时一定注意其顺序，使板框交替排列。

2、启动螺杆泵前，一定要打开原料槽的出口阀和泵的出口阀、回流阀，以免烧坏泵。

3、用泵的出口阀调节系统的压力恒定，以保证恒压状态下操作。

六、实验数据记录

七、思考题

1、过滤刚开始时，为什么滤液经常是浑浊的？

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会填满滤布上的空隙从而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就会变得清澈。

2、在恒定过滤中，初始阶段为什么不采取恒定操作？

答：因为刚开始时要生成滤饼，等滤饼有一定厚度之后才能开始等压过滤。

3、如果滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过滤速率？答：（1）使用助滤剂，改善滤饼特性；（2）加热滤浆，降低滤液粘度；

（3）使用絮凝剂，改变颗粒聚集状态；（4）限制滤饼厚度，降低过滤阻力

4、当操作压强增大一倍时，其K值是否也增大一倍，是得到同样

的过滤量时，其过滤时间是否缩短一半？

答：不是的，dv/dθ=A2ΔP/μrv(v+ve), dv/dθ是代表过滤速率，