恒压过滤常数测定实验

序号：35化 工 原 理 实 验 报 告实 验 名 称： 恒压过滤常数测定实验 学 院 名 称： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 09-3 姓 名： 曾学礼 学 号 09402010337 指 导 教 师： 金 谊 同 组 姓 名： 周锃 刘翰卿 李跃伟 谌志华 袁水晶 日 期： 2011年10月25日 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. 测定过滤常数K、qe、；4. 了解过滤压力对过滤速率的影响。二、 实验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。在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截流下来，从而实现固液分离，因此，过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，其过滤速率不断降低。比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定床的表现速度u。同时，流体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺数范围，因此，可利用流体通过固定床压降的简化模型，寻求滤液量与时间的关系，运用层流时泊唆叶公式不难推导出过滤速度计算式： （1）式中，p过滤的压强差，Pa； K康采尼系数，层流时，K=5.0； 床层的空隙率，m3/m3； 过滤粘度，Pa.s； a 颗粒的比表面积，m2/m3； u 过滤速度，m/s； L 床层厚度，m。由此可以导出过滤基本方程式： （2） 式中，V滤液体积，m3 过滤时间，s； A过滤面积，m2； S滤饼压缩性指数，无因次。一般情况下，S=01，对于不可压缩滤饼，S=0； R 滤饼比阻，1/m2，r=5.0a2（1-）2/3 r单位压差下的比阻，1/m2 滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次； Ve虚拟滤液体积，m3在恒压过滤时，对（2）式积分可得： 式中，q 单位过滤面积的滤液体积，m3/m2； qe单位过滤面积的虚拟滤液体积，m3/m2； e虚拟过滤时间，s； K滤饼常数，由物理特性及过滤压差所决定，m2/s K，qe，e三者总称为过滤常数。利用恒压过滤方程进行计算时，必须首先需要知道K，qe，e，它们只有通过实验才能确定。对上式微分得： 该式表明以d/dq为纵坐标，以q为横坐标作图可得一直线，直线斜率为2/K，截距为2 qe /K。在实验测定中，为便于计算，可用增量替代，把上式改写成 在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔及对应的滤液体积，由此算出一系列在直角坐标系中绘制的函数关系，得一直线。由直线的斜率和截距便可求出K和qe，再根据e=qe/K，求出e。三、 实验装置图四、 实验步骤1、关闭所有手动阀门，开启总电源开关及仪表电源开关。2、称取300gCaCO3溶于配料桶中，配制含碳酸钙8%13%的水悬浮液。3、料液搅拌：开启空气压缩机，依次打开阀3、2，缓慢打开阀4（以免冲料），将压缩空气通入配料水槽，使CaCO3悬液搅拌均匀。搅拌后，关闭之前打开的所有阀门。4、安装过滤系统：正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前先用水浸湿。滤布要绑紧，不能起绉。先使板框合上，然后再压紧。5、重力灌料：关闭阀2，在压力料槽排气阀16打开的情况下，打开阀4、6，使料浆自动由配料桶流入压力槽至1/2至2/3处，关闭阀4、6。6、压力料槽搅料：打开阀门3、2，缓慢开启阀门6，缓慢通压缩空气至压力料槽，使容器内料浆不断搅拌，阀门16要不断调节，缓缓排气，至混沌时停止通压缩气体，关闭所有阀门。7、压力料槽稳压：打开1气路，打开阀2、5、7、10、12、13、14，开始实验。8、开启过滤段阀门，开始计时：每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时刻作为开始时刻。每20秒记录一次V变化量。测量8个读数即可停止过滤。（由于实验得到的滤液量比较多，我们采用重量称量，从而算出其体积V）9、切换气路，压力稳定后重复过滤实验。10、料液回压：实验完关闭阀2，打开阀4、6，将压力料槽的悬浮液压回配料桶。11、清洗滤布：打开板框，观察滤饼的形状，用过滤出来的清水洗涤滤布，将水倒回料液槽供下次实验用。12、关闭空气压缩机电源，关闭仪表电源，打扫卫生。五、实验数据1、原始数据除去桶重，直接得到滤液质量。低压中压高压时间t/s滤液质量m/kg时间t/s滤液质量m/kg时间t/s滤液质量m/kg20201.567203.7164040403.416601.714601.537603.041801.685801.469802.7441001.6171001.3791002.6581201201202.5641401.6051401402.4271601.5491601.3581602.3291801801802001.5242001.3352002.2402. 数据处理 （=20s）q=m/(S)，d/dq=2q/K+2 qe /K转变成：/m=2m/-(K2S2)+2 qe /（KS），其中为水的密度，=1000kg/m3，S为滤饼面积，过滤面积：S=0.110.112=0.0242m2低压中压高压qm3/m2qm3/m2 /qSm2/m3qm3/m2qm3/m2/qSm2/m3qm3/m2qm3/m2/qSm2/m30.06475 0.06475 308.8800.15355 0.15355 130.2500.29471 0.14116 141.6830.07083 0.07083 282.3660.12826 0.06351 314.9110.42037 0.12566 159.1590.14046 0.06963 287.2320.18896 0.06070 329.4890.53376 0.11339 176.3820.207280.06682 299.3110.24594 0.05698 351.0000.64359 0.10983 182.0990.74954 0.10595 188.7680.27360 0.06632 301.5680.84983 0.10029 199.4210.33761 0.06401 312.4510.30206 0.05612 356.3790.94607 0.09624 207.8130.40059 0.06298 317.5610.35723 0.05517 362.5151.03863 0.09256 216.076低压时/q q关系图由上述数据表可知：斜率2/K=110.03,所以K1= 18.17710-3m2/s截距2/（Kqe）=273.85, qe1 =0.402m3/m2e1= qe / K=22.104s中压时/q q关系图由上述数据表可知：斜率2/K=202.99,所以K2=9.85310-3m2/s截距2/（Kqe）=293.65, qe2=0.691m3/m2e2= qe / K=70.131s高压时/q q关系图由上述数据表可知：斜率2/K=97.025,所以K3= 20.61310-3m2/s截距2/（Kqe）=117.27, qe3=0.827m3/m2e3= qe / K=40.12s 六、实验结果分析与讨论1. 本次实验中即使滤布夹得很紧但还是发生严重漏水现象，使得实验误差很大。2. 由恒压过滤实验数据求过滤常数K 、qe、e从上表数据可以看出存在很大的误差，其原因可能是过滤过程中用的是同一组连续实验设备，从低压到高压，中间滤布未取出清洗，导致前面实验的滤饼层厚度增加！过滤速度反而减小，从而导致K值在高压下反而减小的现象！其次，本实验做的过程中，实验刚开始时进行调压，压力刚开始不稳定，导致滤液引出刚开始的速率不稳、时间记录的不精确性，也会对实验数据K 、qe、e造成影响。3.本次实验中即使滤布夹得很紧但还是会发生漏水现象，以来要检查滤框是否安置正确，二来建议在夹板间加密封垫，并在其外部缠绕密封带，可减少误差。七、思考题解答1.当你在某一恒压下所测定的K 、qe、e值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？答：由K= 2kp(1-s),k=1/r得，过滤压强提高一倍，K提高到原来的2(1-s)倍，qe是由介质决定的，与压强无关，根据e= qe / K知，e变为原来的1/2，qe和 e是反映过滤介质阻力大小的常数，为常数（本实验默认率并不可压缩，S=0）2.影响过滤速率的主要因素有哪些？答：过滤压强、过滤介质、过滤面积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：在过滤时，主要靠滤饼层。刚开始没有滤饼层，过滤效果差，随着滤饼层的增厚，滤液就变清了。