化工原理 实验讲义实验3 过滤实验(修改)
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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