化工基础实验~过滤实验

实验三过滤实验

（一）板框过滤实验

本实验设备由我校化工原理实验室与天津大学化工基础实验中心共同研制。该设备由过滤板、过滤框、旋涡泵等组成，是一种小型的工业用板框过滤机。本套装置可进行设计型、研究型、综合型实验。由于设备接近工业生产状况，通过实验可培养学生的工程观念、实验研究能力、设计能力以及解决生产实际问题的能力。

一、实验任务

根据实验指导教师要求，从下列实验任务中选择其中一项实验。

1．板框压滤机选型：

工业用过滤机选型的依据是物料的性能、分离任务和要求。为使过滤机的选型最为恰当，通常是用同一悬浮液在小型过滤实验设备中进行实验，以取得必要的过滤数据作为主要依据，然后从技术和经济两方面进行综合分析，确定过滤机的种类和型号。

现有某一工厂需过滤含CaCO3 5.0~5.5 % 的水悬浮液，过滤温度为25℃，固体CaCO3的密度为2930kg/m3。工业过滤机在0.28MPa的压强差下进行过滤，规定每一操作循环处理悬浮液10m3，过滤时间为30min，滤饼不洗涤，过滤至框内全部充满滤渣时为止，卸饼、清洗、重装等辅助时间为20min。

请你利用实验室的小型板框压滤机（详见设备流程部分，该过滤机的最高过滤推动力（表压力）为0.2Mpa）进行实验，测定有关的过滤参数，根据表1所提供的过滤机型号与规格，从中选择一种合适型号的压滤机，并确定滤框的数目，求出该过滤机的生产能力，为工厂提供选型的技术依据。

表1 过滤机的型号与规格

表1中板框压滤机型号如BMS20/635-25的意义为：B表示板框压滤机，M表示明流式（若为A，则表示暗流式），S表示手动压紧（若为Y，则表示液压压紧），20表示过滤面积为20m2，635表示滤框边长为635mm的正方形，25表示滤框的厚度为25mm。

2．回转真空过滤机设计：

设计工业用过滤机时，必须先测定有关的过滤参数，这项工作一般是用同一悬浮液在小型过滤实验设备中进行。

现有某一工厂需过滤含CaCO 3 5.0 ~ 5.5 % 的水悬浮液，过滤温度为25℃，固体CaCO 3的密度为2930kg/m 3。要求工业回转真空过滤机的操作真空度为600mmHg ，以滤液计的生产能力为0.003m 3/s 。

请你利用实验室的小型板框压滤机进行实验，测定有关的过滤参数，确定回转真空过滤机的转速n ，转筒的浸没度ψ，转筒直径D 和长度L 。

3. 研究不同过滤压力对过滤机生产能力的影响。

4. 研究在相同压力下，不同滤浆浓度对过滤机生产能力的影响。

二、实验基本原理

过滤是液体通过滤渣层（过滤介质与滤饼）的流动。无论是生产还是设计，过滤计算都要有过滤常数作依据。由于滤渣厚度随着时间而增加，所以恒压过滤速度随着时间而降低。不同物料形成的悬浮液，其过滤常数差别很大，即使是同一种物料，由于浓度不同，滤浆温度不同，其过滤常数也不尽相同，故要有可靠的实验数据作参考。

根据恒压过滤方程: ()()e e K q q θθ+=+2 (1) 式中: q ─ 单位过滤面积获得的滤液体积 [ m 3/m 2 ]

e q ─ 单位过滤面积的虚拟滤液体积 [ m 3/m 2]

θ ─ 实际过滤时间 [ s ]

e θ ─ 虚拟过滤时间 [ s ]

K ─ 过滤常数 [ m 2/s ]

将(1)式微分得:

e q K q K dq d 22+=θ （2） 当各数据点的时间间隔不大时，dq d θ可以用增量之比q

∆∆θ 来代替，即：

e q K q K q 22+=∆∆θ （3） 上式为一直线方程。试验时，在恒压下过滤要测定的悬浮液，测出过滤时间θ及滤液累计量q 的数据，在直角坐标纸上标绘

q

∆∆θ对q 的关系，所得直线斜率为 K 2，截距为e q K 2，从而求出K ，e q 。

e θ 由下式得:

e e K q θ=2 （4） 过滤常数的定义式:

s p k K -∆=12 （5）

两边取对数:

()()()k Lg p Lg s LgK 21+∆-= （6）

因 s ＝常数，c

r k 01μ=＝常数，故K 与△P 的关系，在双对数坐标上标绘的是一条直线。直线的斜率 1-S ，由此可计算出压缩性指数 S ，读取△P ~K 直线上任一点处的K ，△p 数据， 一起代入式(5)计算物料特性常数k 。

三、设备流程

如图1所示，滤浆槽内配有一定浓度的悬浮液，用电动搅拌器进行均匀搅拌。启动旋涡泵，调节阀门3使压力表5指示在规定值。滤液在计量桶内计量。洗涤过程的流程见图2。图3为过滤机固定头管路分布示意图。

四、设备的主要技术数据

1．旋涡泵: 型号: Y80－2

2．搅拌器: 型号: KDZ-1 ； 功率: 160w ； 转速: 3200转/分；

3．过滤面积: 现场测定。

4．滤布型号：工业用。

5．过滤压力范围为0.05--0.2Mpa

6．计量桶：第一套：长285mm ，宽330mm 第二套：长280mm ，宽329mm

五、板框过滤机使用说明

1．系统接上电源，打开搅拌器电源开关，启动电动搅拌器2。将滤液槽17内浆液搅拌均匀。

图1 恒压过滤实验流程示意图

1─调速器 2─电动搅拌器 3、15─截止阀 4、6、10、12、13、16─球阀 5、7─压力表 8─板框过滤机 9─压紧装置 11─计量桶 14─旋涡泵 17─滤浆槽

2．板框过滤机板、框排列顺序为：固定头－非洗涤板－框－洗涤板－框－非洗涤板－可动头。用压紧装置压紧后待用。

图2 洗涤过程流程示意图图3 板框过滤机固定头管路分布图

3．使阀门3、10、15处于全开、其它阀门处于全关状态。启动旋涡泵14，调节阀门3使压力表5达到规定值。

4．待压力表5稳定后，打开过滤入口阀6，过滤开始。当计量桶11内见到第一滴液体时按秒表计时。记录滤液每达到一定量时所用的时间。当测定完所需的数据，停止计时，并立即关闭入口阀6。

5．调节阀门3使压力表5指示值下降。开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干净。放出计量桶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。

6．改变压力或其它条件，从第3步开始重复上述实验。

7．若需测定洗涤时间和洗水量，则每组实验结束后应用洗水管路对滤饼进行洗涤。洗涤流程见图2。

8．实验结束时关闭阀门3和15，阀门16接上自来水、阀门13接通下水，对泵进行冲洗。关闭阀门13，阀门4接通下水，阀门6打开，对滤浆进出口管进行冲洗。

六．操作注意事项

1．过滤板与框之间的密封垫应注意放正，过滤板与框的滤液进出口对齐。用摇柄把过滤设备压紧，以免漏液。

2．计量桶的流液管口应贴桶壁，否则液面波动影响读数。

3．实验结束时关闭阀门3和15。用阀门16接通自来水对泵及滤浆进出口管进行冲洗。切忌将自来水灌入储料槽中。

4．电动搅拌器为无级调速。使用时首先接上系统电源，打开调速器开关，调速钮一定由小到大缓慢调节，切勿反方向调节或调节过快损坏电机。

5．启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。