真空过滤实验

实验报告

课程名称： 过程工程原理实验（甲）Ⅰ 指导老师：________________成绩：__________________ 实验名称： 真空过滤实验 实验类型：________________同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1、熟悉真空过滤机的构造和操作方法。

2、通过真空过滤实验，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。

二、实验内容和原理

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：

()()()

()e s e s V V C r p A V V C r p A d dq Ad dV u +'⋅'⋅=

+⋅⋅===--μ∆μ∆ττ11 （1）

式中：u —过滤速度，m/s ； V —通过过滤介质的滤液量，m 3

； A —过滤面积，m 2

； τ —过滤时间，s ；

q —通过单位面积过滤介质的滤液量，m 3

/m 2

； △p —过滤压力（表压）pa ；

专业： 化学工程与工艺 姓名：

学号：

日期： 2014-10-27

地点： 教十2111

装

订

线

s —滤渣压缩性系数； μ—滤液的粘度，Pa.s ； r —滤渣比阻，1/m 2

；

C —单位滤液体积的滤渣体积，m 3

/m 3

； Ve —过滤介质的当量滤液体积，m 3； r —滤渣比阻，m/kg ；

C —单位滤液体积的滤渣质量，kg/m 3。

对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r 、C 和△p 都恒定，为此令：

()C r p K s ⋅⋅=

-μ∆12 （2）

于是式（1）可改写为：

)(22

Ve V KA d dV +=τ （3） 式中：K —过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，s m /2

。 将式（3）分离变量积分，整理得：

()()⎰⎰

=+++τ

τ

022

1d KA V V d V V e

e

V V V e e （4）

即

τ222KA VV V e =+ （5） 将式（4）的积分极限改为从0到Ve 和从0到e τ积分，则：

e e KA V τ22= （6） 将式（5）和式（6）相加，可得：

()()e e KA V V ττ+=+22

（7）

式中：e τ—虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量Ve 所需时间，s 。 再将式（7）微分，得：

()τd KA dV V V e 22=+ （8）

将式（8）写成差分形式，则

22

e

q q q K

K τ∆=+∆ （9） 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），m 3

/ m 2

；

τ∆— 每次测定的滤液体积q ∆所对应的时间，s ；

q — 相邻二个q 值的平均值，m 3/ m 2。

以q τ∆∆为纵坐标，q 为横坐标将式（9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距，

斜率：

2S K =

截距：

2e I q K =

则，

22

,K m s S =

3,2e KI I

q m S =

=

22

2

,e e q I s K KS τ==

改变过滤压差△p ，可测得不同的K 值，由K 的定义式（2）两边取对数得： ()()B p lg s 1lgK +∆-=

(10)

在实验压差范围内，若B 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 。

三、主要仪器设备

图1 恒压过滤实验流程示意图

1─滤浆槽; 2─过滤漏斗; 3─搅拌电机; 4─真空旋塞.

5─积液瓶; 6─真空压力表; 7─针型放空阀; 8─缓冲罐.

9─真空泵; 10─放液阀; 11─活接.

称取一定量的CaCO3，在恒温滤浆槽内配制一定浓度的CaCO3悬浮液，用电动搅拌器进行均匀搅拌，启动真空泵，使系统内形成真空达制定值，然后打开过滤漏斗上的球阀使浆液在压差推动下流入过滤漏斗，经过滤后清液流入量筒计量。

四、操作方法和实验步骤

1、配制含CaCO33％～5％（wt%）的水悬浮液。配好聊后，恒温滤浆槽的水温设置在试验所需温度（一般在20℃~30℃之间）。

2、搅拌：开启搅拌电机进行搅拌，控制好搅拌转速，使CaCO3悬浮液搅拌均匀。一般转速设置在0.08~0.10Kr/min之间。

3、系统抽真空：先打开缓冲罐放空阀，再开启真空泵，然后通过调换缓冲罐达到指定值，使系统真空度达到指定值（0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa）。

4、过滤：打开过滤楼都上的球阀，使滤浆槽内浆液在压强差的推动下通过过滤漏斗过滤，清液流入计量筒内。此时，真空压力表指示过滤真空度。

5、每次实验时计量筒留有一定的液体作为零液位，高度h0为10mm左右，不同真空度下需相同的零液位。在打开过滤漏斗上的球阀的同时开始计时，每次△h取20mm，根据记录时间算得过滤时间△τ。每个真空度下，测量7~8个读数即可停止实验。

6、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