化工原理 实验讲义实验3 过滤实验(修改)

实验3 过滤实验
一﹑实验目的
1. 了解过滤机的构造﹑流程﹑操作原理，掌握过滤的操作方法；
2. 测定恒压过滤时的过滤常数K ，q e ，s ；
3. 测定洗涤速率并验证最终速率和洗涤速率的关系。

二﹑基本原理
在恒压过滤时，其过滤速率方程式为：
)
(2)(22e e q q K
d dq V V KA d dV +=
+=ττ或 (3-1) 将上述方程积分可得：
τ222KA VV V e =+
(3-1a)
或 τK qq q e =+22 (3-1b) 式中：V —τ时间内的滤液体积，m 3，由计量筒测定；
V e —虚拟的滤液体积，它是形成相当于滤布阻力的一层滤渣时，应得到的滤液体积，m 3；
A —过滤面积，m 2，现场测定； K —过滤常数，m 2/s ；
τ—过滤时间，s ，由秒表测定；
q=V/A ，即单位过滤面积的滤液体积， m 3/m 2；
q e =V e /A ，即单位过滤面积的虚拟滤液体积，m 3/m 2。

由(3-1b)有：
∴ e q K
q K q 2
1+=
τ
(3-2)
式(3-2)表明q
τ
与q 成直线关系，其斜率为K 1， 截距为e q K 2。

如果在恒压过滤前的τ1时间内已通过了q 1的滤液量，则在τ1至τ和q 1至q 的范围内将
3-1积分，得到：
)()(2112
12ττ-=-+-K q q q q q e (3-3)
将上式两边同时除以)(1q q K -，则 (3-3)改写为
e q K
q q K q q 2
)(1111++=--ττ （3-4）
式(3-4)表明1
1
q q --ττ与（q+q 1）成直线关系，其斜率为K 1， 截距为e q K 2。

如果滤饼是可以压缩的，则可在实验中改变过滤压力（差），测得不同K 值，由K 的定
义φμ
012r p K s
-∆=式，两边取对数有：
)/2lg(lg )1(lg φμo r p s K +∆-= （3-5）
将K 与Δp 在双对数坐标上绘图的一直线，直线的斜率为(1-s)，由此可得滤饼的压缩指数s ，进而可求滤饼的比阻。

三﹑装置与流程
1. 板框过滤装置(Ⅰ) 本实验装置由调料桶、贮浆罐、板框过滤机、量筒等几部分组成，其流程如图3.5所示。

将悬浮在调料筒内调匀后，放入贮浆罐2内，由压缩空气将料液压入过滤机3中，滤液
排出量用量筒进行计量，洗涤滤饼时用压缩空气将贮水桶5中的水压入过滤机进行洗涤。

操作压力由压力定值器控制。

图3.5 板框过滤实验装置
1—调料桶；2—贮浆罐；3—过滤器；4—滤液计量筒；5—贮水桶；
6,7—压缩空气进口阀；8—滤浆进口阀；9—洗水进口阀；10—滤液出口阀；11—压力表
2. 卧式圆形过滤装置(Ⅱ)
卧式圆形过滤装置由圆形过滤器、贮浆罐、泵、量筒等组成，其流程如图3.6所示。

3
图3.6 卧式圆形过滤装置
1—贮浆罐；2—循环泵；3—过滤器；4—滤液计量筒；
5—加料口；6—循环阀；7—过滤阀；8—压力表；9—排污阀
将配好的料浆倒入贮浆罐内，由泵将料浆送入过滤器中，滤液排出量用量筒进行计量。

四、操作步骤
1. 装置(I)
(1) 熟悉过滤实验的装置与流程，检查各阀门的启闭是否正确，然后用碳酸镁和水配成滤浆，其浓度在5%(质量百分率)左右。

(2) 安装时先湿透滤布，再将湿滤布覆以滤框的两侧，滤布孔要对准滤机孔道，表面要拉平整，不起皱纹；板和框按板框的镏数以1-2-3-2-1······的顺序排列，最后用压紧螺杆压紧板和框。

(3) 将滤浆导入贮浆罐，开动搅拌机，使滤浆浓度均匀。

(4) 启动压缩机，待压缩机运行正常后，调节空气减压阀，一般减压阀的压力控制在0.1MPa，并保持压力稳定，使系统在此压力下进行恒压过滤。

(5) 当压力恒定，开启阀门8和10，开始过滤。

当有滤液流出时即开始记录时间，连续计量一定滤液量所需时间。

记录数据之前，要根据过滤面积A与量筒体积大小，选定一个
合适的ΔV值，一般每收集100 mL滤液记一次时间，启动秒表的同时，记下量筒中滤液的体积。

当量筒中滤液体积每增加一个ΔV值时，记下秒表的时间，重复操作。

(6) 当滤液一滴一滴缓慢流出时，表示滤渣已充满框，过滤阶段可告结束。

(7) 如在不同的恒定压力下进行过滤实验，其滤浆浓度大体上维持不变，并重复步骤(3)、(4)、(5)、(6)。

(8) 若需测定洗涤速度，可在过滤终了时通入洗涤水，并记录洗涤水量和时间，即可算出洗涤速度。

(9) 过滤结束后，将滤饼倒回配料桶后，清洗过滤器。

2. 装置(Ⅱ)
(1) 将MgCO3粉末配成滤浆，其量约占贮浆罐2/3，配制浓度为5%左右；
(2) 按正确的顺序安装好过滤器；
(3) 开供料阀，通过循环管路搅拌一段时间，约15分钟后停泵；
(4) 贮浆罐里压力控制在0.1MPa；
(5) 用压缩空气将料浆压向过滤器过滤，过滤开始不是恒压操作。

采用二只秒表交替记时，记下时间和滤液量，并确定恒压开始时间和相应滤液量q；
(6) 当滤液滤液一滴一滴缓慢流出时，表示滤渣已充满率框，过滤阶段可告结束；
(7) 过滤结束后，将滤饼倒回配料桶后，清洗过滤器.
五、实验记录与数据处理
数据记录和处理如表3-1所示.
表3-1 过滤实验数据记录表
过滤面积：m2
滤浆MgCO3的质量分率：%
原始数据处理数据
六、实验报告
按正规要求的格式书写实验报告，书写本实验报告时，还应注意以下事项：
(1) 以累计滤液量q和时间τ作图；
(2) 以τ/ q对q作图求出K、qe，或以(τ-τ1)/(q-q1)对(q+q1) 作图求出K、qe，并写出完整的过滤方程式；
(3) 求出洗涤速度，并和最终过滤速率比较。

七、思考题
1 为什么过滤开始时滤液常常有些混浊，待过滤一段时间后才能澄清?
2 恒压过滤中，为什么初期阶段不采用恒压操作?
3 滤浆浓度和过滤压强对K值有何影响?
4 恒压过滤时，欲增加过滤速率，可行的措施有哪些?
5 当操作压强增加一倍时，其K值是否也增加一倍?要得到同样的滤液量，其过滤时
间是否应缩短一半?。