化工原理过滤实验

13生物工程2班 陈忠杰 201330550204 指导老师：李璐

一、实验目的

1.了解板框过滤机的构造、流程和操作方法。

2.测定某一压力下过滤方程中的过滤常数K、qe、e值，增进对过滤理论的理解。 3.测定洗涤速率与最终过滤速率间的关系。

二、基本原理

恒压过滤是在恒定压力下，使悬浮液中的液体通过介质（成为滤液），而固体粒子被介质截留，形成虑饼，从而达到固—液分离目的的操作。过滤速度由过滤介质两侧的压差及过滤阻力决定。因为过滤过程滤渣厚度不断增加，过滤阻力亦不断增大，故恒压过滤速度随过滤时间而降低。当过滤介质及阻力均应计入时，恒压过滤方程如下： (VVe)2KA2(e) （5-1）

2 (qqe)K(e) （5-2）

将式（5-2）微分，得：

2(qqe)dqKd ddq （5-3） 22qqeKK式（5-3）为一条直线，但

d难以测得，实际可用/q代替，即 dq22qqe （5-4） qKK因此，只需在恒压下进行过滤试验，测取一系列的、q，做/q与q的关系图，得

22q一直线，这条直线斜率为，截距为Ke，进而可算出K、qe的值：再以q=0，=0带入

K式（5-2），即可求得e。

2洗涤速率与最终过滤速率的测得：

在一定压力下洗涤速率是恒定不变的。 (dVV)w=w （5-5） dw最终过滤速率的确定比较困难，因为它是一个变数，为了测得比较准确，应让过滤操作进行到率框全部被滤渣充满后在停止。根据恒压过滤方程，可得恒压过滤方程的最终过滤速率(dV)E为： ddVKA2KA ()E= （5-6） d2(VVe)2(qqe)式中：V—整个过滤时间内所得的滤液总量：

q —整个过滤时间内通过单位过滤面积所得的滤液总量。

三、实验装置与流程

本实验装置GL200B由空压机、配料槽、压力料槽、板框过滤机等组成，其流程示意如图5-1.

MgCO3 的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力槽中，用压缩空气加以搅拌使MgCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力槽上排空管中排出。

板框压滤机的结构尺寸：框厚度20mm，每个框过滤面积0.0177m3，框数2个。 空气压缩机规格型号：风量0.06m3/min，最大气压0.8Mpa。

四、实验步骤

过滤实验 1、 试验准备

（1）配料：在配料罐内配制含MgCO32%~3%的水悬浮液，MgCO3事先由天平沉重，水位高度按标尺示意，筒身直径35mm。配置时，应将配料罐底部阀门关闭。利用波镁计，在其度数2.5-3.0之间，偏小加粉末，偏大加水。

（2）搅拌：开启空压机，将压缩空气通入配料罐（空压机的出口小球阀保持半开，进入配料罐的两个阀门保持适当开度），使MgCO3悬浮液搅拌均匀。搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。

(3)设定压力：分别打开进压力罐的三路阀门，空压机过来的压缩空气经各定值调节阀分别设定为0.1、0.2MPa。设定定值调节阀时，压力罐泄压阀可略开。建议第一次操作压力控制在0.1MPa（表压），第二次控制在0.2MPa（表压）。

（4）装板框：按板、框的钮数1-2-3-2-1-2-3的顺序排列好板框过滤机的板与框。正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿，滤布要绷紧，不能起皱。滤布紧贴滤板，密封垫贴紧滤布，以免漏液，然后用压紧螺杆压紧板和框。（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。

（5）灌清水：向清水罐通入自来水，液面打视镜2/3高度左右。灌清水时，应将阀门处的泄压阀打开。

（6）灌料：在压力罐泄压阀打开的情况下，打开配料罐和压力罐间的进料阀门，使料浆自动出配料桶流入压力罐至其视镜1/2~2/3处，关闭进料阀门。

2、过滤过程

（1）鼓泡：通压缩空气至压力罐，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀应不断排气，但又不能喷浆。

（2）过滤：将中间双面板下通孔切换阀开到通孔通路状态。打开进板框前料液进口的两个阀门，打开出板框后清液出口球阀。此时，压力表表示过滤压力，清液出口流出滤液。

每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，开始用秒表记录时间，计量筒中液面升至约600mL记录一次时间，使时间不至于中断。即每次ΔV取600 mL，记录相应的过滤时间Δ

。当滤液流速渐慢，呈细线状流出，表明滤渣已充满整个滤框，关闭滤

浆进口阀门，停止过滤实验。

量筒交换接滤液是不要流失滤液，等量筒内滤液静止后读出ΔV值（注意：若ΔV约600mL时交替换量筒，这时量筒内滤液量并非正好600mL。要事先熟悉量筒刻度，不要打碎量筒），此外，要熟练双秒表轮流读数的方法。每个压力下，测量8~10个读数即可。

3.洗涤过程

（1）关闭板框过滤的进出阀门。将中间双面板下通孔切换阀开到通孔关闭状态（阀门手柄与滤板平行为过滤状态，垂直为洗涤状态）。

（2）维持洗涤压力与过滤时压力相同，开启洗水进出口阀（板框前两个进口阀，板框后一个出口阀）进行洗涤。洗水穿过滤渣后由滤液出口流出，并流入计量筒，同时记录时间，测取有关数据。洗涤速度比同压力下过滤速度小很多。每次ΔV取100~300ml左右。记录两组数据即可。

（3）洗涤完毕，关闭洗液进板框的阀门、关闭进气阀门。

一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。放开压紧螺杆将滤框拉开，卸出滤渣，清洗滤布，清洗时滤布不要折，重新组装。调节另一压力数值进行另一次实验。 注意若清水罐水不足，可补充一定水源，补水时仍应打开该罐的泄压阀。

每次滤液几滤饼均收集在小桶内，以便下次实验使用。

4、 实验结束

（1）先关闭空压机出口球阀，关闭空压机电源。 （2）打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。 （3）卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。

（4）将压力罐内物料反压到配料罐内备下次使用，或将该二罐物料直接排空后用清水冲洗，以免沉淀堵塞罐管道和阀门。 （5）做好设备、地面的清洁。

五、实验数据及数据处理

表5-1 过滤实验数据整理表

过滤机类型： GL200B 滤框个数： 2 滤布种类：帆布

虑框尺寸（长、宽、高）：_____13313320_mm 过滤总面积：0.0708 m2

滤浆名称： MgCO3 温度： 26 ℃

数据记录表 过滤压力表压 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 序号 1 2 3 0.1MPa 滤液量 累计/L 增量/L 0.55 0.55 1.098 0.548 1.628 0.53 2.168 0.54 2.738 0.57 3.308 0.57 3.888 0.58 4.326 0.438 洗水量洗水量/ml /m³ 150 180 170 过滤时间 累计/s 增量/s 32.06 32.06 77.96 45.9 134.96 57 191.14 56.18 265.14 74 349.98 84.84 603.01 253.03 1346.32 743.31 洗涤时 间/s 91.31 121.94 109.56 0.2MPa 滤液量 过滤时间 累计/L 增量/L 累计/s 增量/s 0.6 0.6 15.12 15.12 1.19 0.59 36.66 21.54 1.79 0.6 61.41 24.75 2.365 0.575 94.35 32.94 2.935 0.57 131.26 36.91 3.515 0.58 174.85 43.59 4.105 0.59 226.38 51.53 4.685 0.58 285.72 59.34 洗水量洗水量/m洗涤时 /ml ³ 间/s 190 23.31 220 23.53 过 滤 操 作 洗涤操作 过滤实验数据整理表

压力压）

q/(m3/m2) 1 2 3 4 5

Δq/(m3/m2

)

0.1MPa ΔT/(s)

ΔT/Δq(s/m)

4126.996364 5930.145985 7614.339623 7365.822222 9191.578947 10538.02105

0.2MPa

Δq/(m3/m

(m3/m2) 2)

0.008474576 0.0168079

1 0.0252824

86 0.0334039

55 0.0414548

02 0.0496468

0.008475 0.008333 0.008475 0.008121 0.008051 0.008192 序号q ΔT/(s) ΔT/Δq(s/m)

0.007768 0.007768 0.015508

0.00774

32.06 45.9 57 56.18 74 84.84 15.12 1784.16 21.54 2584.8 24.75 2920.5 32.94 4055.917 36.91 4584.611 43.59 5320.986

0.022994 0.007486 0.030621 0.007627 0.038672 0.008051

6 0.046723 0.008051

93

7 8

0.054915 0.008192 0.061102 0.006186

253.03 743.31 30887.11034 120151.4795

0.0579802

26 0.0661723

16

0.008333 0.008192 51.53 6183.6 59.34 7243.572

9

0.1(Mpa) 1 1.683*10 -3

2 0.2MPa 3 1 2.627*10 1.195 543.6 7.374*10-5 8.151*10-6 0.11053 9.350*10-6 -3过滤压力 表压 洗涤操作 2 3 K(m2/s) qe(m3/m2) τe(s) (dv/dτ)E (dv/dτ)w (dv/dτ)w/(dv/dτ)E

2.779 4588.73 2.098*10-5 1.643*10-6 1.476*10-6 0.07831 0.07035 1.552*10-6 0.07398 0.1268 1、 根据以上处理结果，作出不同压力下的图1

tq曲线，如图1，图2，图3。 q0.1MPa下ΔT/Δq-q关系图12000ΔΤ/Δq(s/m)1000080006000400020000012y = 1188.3x + 3302.134q*100(m3/m2)567

在0.2MPa下 Δτ/Δq-q的关系图80007000y = 761.19x + 909.41600050004000300020001000002q*100(m3/m2)46图2

Δt/Δq(s/m)810

1200010000y = 1188.3x + 3302.1Δτ/Δq(s/m)8000y = 761.19x + 909.4160004000200000246q*100（m3/m2)图3

在0.1MPa下Δτ/Δq-q图在0.2MPa下Δτ/Δq-q线性 (在0.1MPa下Δτ/Δq-q图)线性 (在0.2MPa下Δτ/Δq- q)8102、计算举例：

以0.1MPa第一次实验结果为例，计算如下 以

T为纵坐标，q为横坐标作图，如图1，得到直线的斜率为a=1188.3，截距为b=3302.1 q-52

K=2/a=2/1188.3=1.683*10m/s

32

qe=b/a=3302.1/1188.3=2.779m/m

2-5

te=qe2/k=2.779/(1.683*10)=4588.73s

(dv/dt)w=Vw/tw=150*10/91.31=1.643*10

-5-5

(dv/dt)E=KA/2(q+qe)=1.683*10*1.0177*4/2*(0.061102+2.779)=2.098*10 (dv/dt)w/(dv/dt)e=1.643*10/(2.098*10)

-6

-5

-6-6

六、实验结果讨论与分析

1、在数据处理时，发现0.1Mpa下的最后一个数据与0.2Mpa下的第7、8组数据，，明显偏大，过滤时间比之前都要长，但是，滤液还是很少。其原因为：随着过滤的进行，滤饼不断在滤框形成，阻力不断增大，过滤速率逐渐下降，直到过滤的后期，滤饼形成充满了滤框，使过滤速率几乎为零。所以，在进行数据处理时，把这些数据舍弃了。

2、比较0.1MPa与0.2MPa压力下的过滤常数K：K0.1=1.683*10，K0.2=2.627*10，K0.1< K0.2。表明，过滤常数受压力的影响。在过滤同种物料时，压力越大，过滤常数越大。 3、在一定压力下洗涤速率变化中，0.1Mpa的（dV）w均比0.2Mpa的要小，而最终过滤速d-5

-5

率（dV）e，0.1Mpa的小于0.2Mpa下的最终过滤速率。一般情况下，加压或减压均可加快d过滤速率，但可压缩滤饼会使过滤速率变慢。一般在压力恒定时，洗涤速率不变，当其他条件不变时，压差变大，洗涤速率加快。实验中，理论上，洗涤速率与过滤速率的比值应该为0.25，但是实际上的比值偏差比较大。这可能是：在进行0.1Mpa压力洗涤过程中，人为操作使设备调节过快，使洗涤速率过快，引起结果误差。

4、在理论上，在过滤相同的物料，而且在压差相同是，洗涤速率约为过滤最终的速率的1/4。在这次实验中，都出现了很大的误差，0.1Mpa下，洗涤速率约为过滤最终的速率的0.07倍，0.2Mpa下，洗涤速率约为过滤最终的速率的0.1倍。其原因有可能为：在0.1Mpa下的过滤时，过滤速率有点慢，但是，洗涤时，速率很快

七、思考题

1、板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？

答：板框过滤机的优点是构造简单、制作方便、价格低；过滤面积大，可根据需要增减滤板以调节过滤能力；推动力大，对物料的适应能力强，对颗粒细小而液体较大的滤浆也能适用。缺点是，间歇操作，生产效率低；卸渣、清洗和组装需要时间、人力，劳动强度大。 适用于间歇操作的场合。

2、板框压滤机的操作分哪几个阶段？

答：板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段。

3、为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清？

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中汇填满滤布上的空隙，从而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就回变得清澈。

4、影响过滤速率的主要因素有哪些？当你在某一恒压下所测得的K，qe、滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？

e值后，若将过

答：①过滤介质两侧的压力差②过滤设备的性能以及质量③被过滤的物料的性质。 若将过滤压强提高一倍，K值会增大，qe值增大

e值会变小。

5、q取大些好还是取小些好？同一次实验，q取值不同，得出的K、qe值会否不同？ 答：q需要适度，不需太大，也不需太小。同一次实验，q取值不同，得出的K、qe值会不同。

6、过滤压力增大一倍，得到统一滤液量所需要的时间是否会减半？为什么？

答：如果过滤压力增大一倍，过滤速度不会也相应倍数地增大。过滤速度与物料性质，滤饼的形成时间，阻力的不同，这些都对过滤速度有影响。