化工原理过滤实验.docx
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化工原理过滤实验
化工实验二过滤实验
13生物工程2班
陈忠杰201330550204
指导老师：
李璐
1、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、
、
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。
2、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：
（5-1）
（5-2）
将式（5-2）微分，得：
（5-3）
式（5-3）为一条直线，但
难以测得，实际可用
代替，即
（5-4）
因此，只需在恒压下进行过滤试验，测取一系列的
、
，做
与q的关系图，得一直线，这条直线斜率为
，截距为
，进而可算出K、
的值：
再以q=0，
=0带入式（5-2），即可求得
。
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。
=
（5-5）
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
为：
=
（5-6）
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。
3、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。
4、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600mL，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。
5、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：
0.0708m2
滤浆名称：
MgCO3温度：
26℃
数据记录表
过滤压力表压
0.1MPa
0.2MPa
过滤操作
序号
滤液量
过滤时间
滤液量
过滤时间
累计/L
增量/L
累计/s
增量/s
累计/L
增量/L
累计/s
增量/s
1
0.55
0.55
32.06
32.06
0.6
0.6
15.12
15.12
2
1.098
0.548
77.96
45.9
1.19
0.59
36.66
21.54
3
1.628
0.53
134.96
57
1.79
0.6
61.41
24.75
4
2.168
0.54
191.14
56.18
2.365
0.575
94.35
32.94
5
2.738
0.57
265.14
74
2.935
0.57
131.26
36.91
6
3.308
0.57
349.98
84.84
3.515
0.58
174.85
43.59
7
3.888
0.58
603.01
253.03
4.105
0.59
226.38
51.53
8
4.326
0.438
1346.32
743.31
4.685
0.58
285.72
59.34
洗涤操作
序号
洗水量/ml
洗水量/m³
洗涤时间/s
洗水量/ml
洗水量/m³
洗涤时间/s
1
150
91.31
190
23.31
2
180
121.94
220
23.53
3
170
109.56
过滤实验数据整理表
过滤压力（表压）
0.1MPa
0.2MPa
过滤
序号
q/（m3/m2）
Δq/（m3/m2）
ΔT/（s）
ΔT/Δq（s/m）
q
Δq/（m3/m2）
ΔT/（s）
ΔT/Δq（s/m）
（m3/m2）
1
0.007768
0.007768
32.06
4126.996364
0.008474576
0.008475
15.12
1784.16
2
0.015508
0.00774
45.9
5930.145985
0.01680791
0.008333
21.54
2584.8
3
0.022994
0.007486
57
7614.339623
0.025282486
0.008475
24.75
2920.5
4
0.030621
0.007627
56.18
7365.822222
0.033403955
0.008121
32.94
4055.917
5
0.038672
0.008051
74
9191.578947
0.041454802
0.008051
36.91
4584.611
6
0.046723
0.008051
84.84
10538.02105
0.049646893
0.008192
43.59
5320.986
7
0.054915
0.008192
253.03
30887.11034
0.057980226
0.008333
51.53
6183.6
8
0.061102
0.006186
743.31
120151.4795
0.066172316
0.008192
59.34
7243.572
9
过滤压力
0.1（Mpa）
0.2MPa
表压
洗涤操作
1
2
3
1
2
3
K（m2/s）
1.683*10-3
2.627*10-3
qe（m3/m2）
2.779
1.195
τe（s）
4588.73
543.6
（dv/dτ）E
2.098*10-5
7.374*10-5
（dv/dτ）w
1.643*10-6
1.476*10-6
1.552*10-6
8.151*10-6
9.350*10-6
（dv/dτ）w/（dv/dτ）E
0.07831
0.07035
0.07398
0.11053
0.1268
1、根据以上处理结果，作出不同压力下的
曲线，如图1，图2，图3。
图1
图2
图3
2、计算举例：
以0.1MPa第一次实验结果为例，计算如下
以
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
K=2/a=2/1188.3=1.683*10-5m2/s
qe=b/a=3302.1/1188.3=2.779m3/m2
te=qe2/k=2.7792/（1.683*10-5）=4588.73s
（dv/dt）w=Vw/tw=150*10-6/91.31=1.643*10-6
（dv/dt）E=KA/2（q+qe）=1.683*10-5*1.0177*4/2*（0.061102+2.779）=2.098*10-5
（dv/dt）w/（dv/dt）e=1.643*10-6/（2.098*10-5）
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*10-5，K0.2=2.627*10-5，K0.1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
均比0.2Mpa的要小，而最终过滤速率
，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、
值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？
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
值会变小。
5、
取大些好还是取小些好？
同一次实验，
取值不同，得出的K、qe值会否不同？
答：
需要适度，不需太大，也不需太小。
同一次实验，
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。
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