恒压过滤常数测定实验

一、实验目的

1. 熟悉板框压滤机的构造和操作方法； 2. 通过恒压过滤实验,验证过滤基本原理；

3. 学会测定过滤常数K、qe、τe及压缩性指数S的方法； 4. 了解操作压力对过滤速率的影响。

二、基本原理

过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离。过滤操作中，随着过滤过程的进行，固体颗粒层的厚度不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速率不断降低。

影响过滤速率的主要因素除压强差、滤饼厚度外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，在低雷诺数范围内，过滤速率计算式为：

u1'232pKa(1)L

’

’

(1)

u：过滤速度，m/s

K：康采尼常数，层流时，K＝5.0 μ：滤液粘度，Pas △p：过滤的压强差，Pa

ε：床层空隙率，m3/m3

a：颗粒的比表面积，m2/m3 L：床层厚度，m

由此可以导出过滤基本方程式：

dVd

Ap'21s

(2)

rv(VVe)

V：过滤体积，m3 A：过滤面积，m2

τ：过滤时间，s Ve：虚拟滤液体积，m3

r’：单位压强下的比阻，1/m2，r= r’△ps

r：滤饼比阻，1/m2，r=5.0a2(1-ε)2/ε3

v：滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次

S：滤饼压缩性指数，无因次，一般S＝0～1，对不可压缩滤饼，S＝0 恒压过滤时，令k=1/μrv，K=2k△p，q=V/A，qe=Ve/A，对(2)式积分得：

(q+qe)2=K(τ+τe)

(3)

’

1-s

K、q、qe三者总称为过滤常数，由实验测定。

对（3）式微分得：

2(q+qe)dq=Kdτ

ddq2Kq2Kqe (4)

用△τ/△q代替dτ/dq，在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔△τi，和对应的滤液体积△Vi，可计算出一系列△τi、△qi、qi，在直角坐标系中绘制△τ/△q～q的函数关系，得一直线，斜率为2/K，截距为2qe/K，可求得K和qe，再根据τe=qe2/K，可得τe。

改变过滤压差△p，可测得不同的K值，由K的定义式两边取对数得： lgK=(1-S)lg(△p)+lg(2k)

(5)

在实验压差范围内，若k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，进而确定物料特性常数k。

三、实验装置与流程

实验装置如图1所示。

图1 板框压滤机过滤流程

CaCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力料槽中，用压缩空气搅拌，同时利用压缩空气将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽排空管排出。

板框压虑机的结构尺寸：框厚度25mm，每个框过滤面积 0.024m2，框数2个。

空气压缩机规格型号：ZVS－ 0.06/7，风量0.06m/min，最大气压0.7Mpa。

3

四、实验步骤

1. 配制含CaCO38％～13％（wt%）的水悬浮液。

2. 开启空压机，将压缩空气通入配料槽，使CaCO3悬浮液搅拌均匀。

3. 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（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）。 4. 在压力料槽排气阀（16）打开的情况下，打开阀门（4）、（6），使料浆自动由配料桶流

入压力料槽至其视镜1/2~1/3处，关闭阀门（16）。

5. 通压缩空气至压力料槽，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。

6. 调节压力料槽的压力到需要的值。主要依靠调节通至料浆槽和压力槽的两个压缩空气阀

门的相对开启度。一旦调定压力，进气阀不要再动。压力细调可通过调节压力槽上的排气阀完成。每次实验，应调节压力并保持恒压。

7. 最大压力不要超过0.3MPa，要考虑各个压力值的分布，从低压过滤开始做实验较好。 8. 每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次△V取800ml左右。记录

相应的过滤时间△τ。要熟练双秒表轮流读数所方法。

9. 量筒交换接滤液时不要流失滤液。等量筒内滤液静止后读出△V值。（注意：△V约800ml

时替换量筒，这时量筒内滤液量并非正好800ml。要事先熟悉量筒刻度，不要打碎量筒！） 10. 每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。

11. 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、滤板及滤布不要折，应用刷子刷。

五、实验报告

实验数据列于表1中。计算结果列于表2中。

表1 实 验 数 据

△p＝1.0kg/cm2 △p＝1.5kg/cm2 △p＝2.0kg/cm2 △V（ml） △τ（s） △V（ml） △τ（s） △V（ml） △τ（s） 表2 计 算 结 果

△p＝1.0kg/cm2 △q △τ/△q q △q △p＝1.5kg/cm2 △τ/△q q △q △p＝2.0kg/cm2 △τ/△q q 323323233232332（m/m） （sm2/m） （m/m） （m/m） （sm2/m） （m/m） （m/m） （sm2/m） （m/m） 2

计算举例：以P＝1.0kg/cm时的一组数据为例 过滤面积A＝0.024×2=0.048m

2

△q=△V/A=637×10-6/0.048=0.0132 m3/m2 △τ/△q=31.98/0.0132=2422.727 sm2/m3

q1=0.0132 m/m q2= q1+△q=0.0269 m/m

在直角坐标系中绘制△τ/△q～q的关系曲线，如图2所示。从图2上读出斜率可求得K。不同压力下的K值列于表4中。

表4 不同压力下的K值

△p（kg/cm2） 过滤常数K（m2/s） 1.0 1.5 2.0 3232

计算举例：在压力P＝2.0kg/cm2时的△τ/△q～q直线上取两个点（0.0845,2084.507）和（0.02181,1937.324），计算斜率

斜率=(2104.399-1937.324)/(0.0845-0.0281)=2/K3 K3=0.0006766

将不同压力下测得的K值作lgK~lg△p曲线，如图3所示。斜率为（1－s）可计算s。 s=0.232105

3200-7.22800-7.4P＝1.0kg/cm2 dt/dq(sm2 /m3 )lgK2400-7.6P＝1.5kg/cm2 2000-7.8P＝2.0kg/cm2 16000.000.040.080.120.16-8.00.00.20.40.60.8q(m3 /m2 )

lgP 图2 △τ/△q～q曲线 图3 lgK~lg△p曲线

六、思考题

1．当操作压强增加一倍，K值是否也增加一倍？要得到同样的过滤液，过滤时间是否缩短一半？

2．为什么过滤开始时，滤液常常有点混浊，过段时间后才变清？