试验9正交试验法在过滤研究试验中的应用

1、实验9正交试验法在过滤研究实验中的应用一、实验目的1. 掌握恒压过滤常数 匚、S、1的测定方法，加深对匚、S、：. 的概念和影响因素的理解。2学习滤饼的压缩性指数S和物料常数 '的测定方法。d83. 学习兀：一类关系的实验确定方法。4. 学习用正交试验法来安排实验，达到最大限度地减小实验工作 量的目的。5. 学习对正交试验法的实验结果进行科学的分析，分析出每个因素重要性的大小，指出试验指标随各因素变化的趋势，了解适宜操作条件的确定方法。二、实验内容1设定试验指标、因素和水平。因课时限制，分 4个小组合作共 同完成一个正交表。故统一规定试验指标为恒压过滤常数 匚，设定 的因素及其水平如表

2、9-1所示。并假定各因素之间无交互作用。2. 为便于处理实验结果，统一选择正交表 -:'?| ,表头设计见表 9-3 (A)所示。3. 按表9-3 (A)的表头设计，填入与各因素水平对应的数据，使 它变成直观的“实验方案”表格。4分小组进行实验，测定每个实验条件下的过滤常数 匚、"、厂5.对试验指标匚进行极差分析和方差分析；指出各个因素重要性 的大小；讨论匚随其影响因素的变化趋势；以提高过滤速度为目标， 确定适宜的操作条件。三、实验原理1恒压过滤常数 匚、J、1的测定方法过滤是利用过滤介质进行液一固系统的分离过程，过滤介质通常 采用带有许多毛细孔的物质如帆布、 毛毯、多孔陶瓷

3、等。含有固体颗 粒的悬浮液在一定压力的作用下液体通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质表面上，从而使液固两相分离。在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼 厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增加， 故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤进行，若得到相同的滤 液量，则过滤时间增加。恒压过滤方程-一(9-1)式中：佥一单位过滤面积获得的滤液体积，m3 / m2;匕一单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3 / m2;一一实际过滤时间，s;虚拟过滤时间，s;匚一过滤常数，m2/s。将式(4-1 )进行微分可得:酬 J 2(9-2)de这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘后

4、-的关系，可得直线2 2其斜率为匸，截距为丄宀，从而求出匚、。至于1可由下式求出:当各数据点的时间间隔不大时,A5匸可用增量之比上来代替(9-3)在本实验装置中，若在计量瓶中收集的滤液量达到100ml时作为 恒压过滤时间的零点那么，在此之前从真空吸滤器出口到计量瓶之间的管线中已有的滤液 再加上计量瓶中100ml滤液，这两部分滤液可视为常量（用J表示）， 这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质。在整理数据时，应考虑进去，则方程式（4-2）变为：（各套为200ml）过滤常数的定义式:(9-4)两边取对数ir - =當数一 一 、因，故匚与二的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜

5、率为_，由此可得滤饼的压缩性指数 然后代入 式（4-4）求物料特性常数- o2. 正交试验法原理，参阅化工基础实验第3章。四、实验装置1本实验共有八套装置，设备流程如图9-1所示，滤液桶内放有已 配制具有一定浓度的硅藻土溶液（滤浆）。 用电动搅拌器进行搅拌使 滤浆浓度均匀（但不要出现打旋现象），用真空泵使系统产生真空， 作为过滤推动力。滤液在计量瓶内计量。2. 滤浆升温靠电热，用调压变压器即时调节电热器的加热电压来 控温。每个滤浆内有电热器两个。3. 滤浆浓度的两个水平分别指存放在两个滤浆桶内浓度不同的两 种滤浆，低浓度者为水平1,高浓度者为水平2。4过滤介质的水平1、2分别指真空吸滤器G2、

6、G3。真空吸滤器 的过滤面积为0.00385m。图9-1正交试验法在过滤研究实验中的应用的流程图1搅拌装置；2温度显示仪；3真空吸滤器；4电热棒；5调 节阀；6滤液计量瓶；7放液阀；8放液阀；9真空表；10进气阀；11缓冲罐；12调节阀；13 真空泵；14滤浆槽五、实验方法1每次实验分8个小组进行，第1 4小组为第一大组，第5 8 小组为第二大组。每个小组完成正交表中两个试验号的试验，每个大 组负责完成一个正交表的全部试验。2. 同一滤浆桶内，先做低温，后做高温。两个滤浆桶内同一水平 的温度应相等。3. 每组先把低温下的实验数据输入计算机回归过滤常数，回归相 关系数大于0.95为单组实验合格，

7、否则重新实验。使用同一滤浆桶 的两组均合格后，才能升温。4. 每一大组用同一台计算机汇总并整理全部实验数据，每个小组 打印一份结果。5. 每个实验的操作步骤:开动电动搅拌器将滤浆槽内硅藻土料浆搅拌均匀（但不要使滤 浆出现打旋现象）。将真空吸滤器按图示安装好，放入滤浆槽中，注 意滤浆要浸没吸滤器。打开进气阀，关闭调节阀5。然后接通真空泵电闸。调节进气阀 10，使真空表读数恒定于指定值，然后打开调节阀5,进行抽滤，待计量瓶中收集的滤液量达到 100ml时，按表计时， 作为恒压过滤零点。记录滤液每增加100ml所用的时间。当计量瓶读 数为800ml时停表并立即关闭调节阀 5。打开进气阀 10 和 8

8、,待真空表读数降到零时,停真空泵。打开 调节阀 5,利用系统内大气压把吸附在吸滤器上滤饼卸到槽内。放出 计量瓶内滤液,并倒回滤浆槽内。卸下吸滤器清洗待用。&结束实验后，切断真空泵、电动搅拌器电源，清洗真空吸滤器 并使设备复原。六、注意事项1每次实验前都必须认真核对将做的实验是否符合正交表中因素 和水平的规定。2每个人实验的好坏，都会对整个大组的实验结果产生重大影响。 因此,每个人都应认真实验,切不可粗心大意！4. 放置真空吸滤器时，一定要把它浸没在滤浆中，并且要垂直放 置,防止气体吸入, 破坏物料连续进入系统和避免在器内形成滤饼厚 度不均匀的现象。3. 开关玻璃旋塞时，不要用力过猛，不

9、许向外拔，以免损坏。4每次实验后应该把吸滤器清洗干净5. 加热滤浆时加热电压不能超过 220V。当滤浆温度快升到温度的 水平2所规定温度时，加热电压应迅速降到4050V。然后再酌情调 节电压进行升温或保温。七、报告内容1. 列出全部过滤操作的原始数据，见表 9-2。2. 用最小二乘法或作图法求解正交表中一个试验的_；_、！、：。3. 把计算机输出的恒压过滤常数 _；、"、填入表4-3( A )中。4. 按表4-3 ( B)的格式对试验指标K进行极差分析和方差分析， 并写出表中某列值的计算举例。5. 画出表示K随各因素水平变化趋势的线图，并做理论分析。&由本次正交试验可得出的结论。7.回答下列思考题 为什么每次实验结束后，都得把滤饼和滤液倒回滤浆槽内？本实验装置真空表的读数是否真正反映实际过滤推动力？为 什么？表9-1正交试验的因素和水平因素压强差过滤温度滤浆浓度过滤介质水平PmmHgt CCM1300室温：C低浓度G22400室温高浓度G3+ 10C35004600表9-2过滤操作的原始数据表100200300400500600700800010020030040050060070010203040506070