板框过滤实验 - 华侨大学

1、板框过滤实验板框过滤实验实验指导教师：实验指导教师：过滤概述 一般地，化工生产中所遇到的混合物可分为两大类，即均相混合物和非均相混合物。其中非均相混合物包括固-液混合物(如悬浮液)等，其特点是体系内具有明显的两相界面，可用一般的机械方法进行分离，如过滤方法。 过滤是以某种多孔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。 分类：根据过滤推动力的不同，过滤可分为压力差过滤（又分为常压过滤、加压过滤、真空过滤）和离心过滤。 应用：化工等行业中的非均相固液分离。实验目的1、熟悉实验装置的结构和操作方法； 2、测定在恒压操作时的过滤常数K

2、，qe，te，并以实验所得结果验证过滤方程式，增进对过滤理论的理解； 3、掌握过滤问题的简化工程处理方法；4、改变压强差重复上述操作，测定压缩指数s和物料特性常数k 。 实验原理 过滤是借助于一种能将固体物截留而让流体通过的多孔介质，将固体物从液体或气体中分离出来的一种化工单元操作过程。过滤分为恒压过滤和恒速过滤。在过滤过程中，由于固体颗粒不断被截留在介质表面上，滤饼的厚度随着过滤过程进行不断增加，如滤饼两侧的压力差一定，流体流过固体颗粒之间的孔道加长，使流体阻力增大，其过滤速率逐渐下降。保持压力差不变的操作称为恒压过滤；如要保持过滤速率不变，就必须不断增加滤饼两侧的压力差，保持过滤速率不变的

3、操作称为恒速过滤。 在实际生产过程中，过滤可以用于气体的净化，但更常用于悬浮液等固-液混合物的分离。此时，将固-液混合物称为滤浆，滤出的固体称为滤渣或滤饼，滤出的液体称为滤液。过滤速率方程过滤速率基本方程式的一般形式为：式中：V-t时间内的滤液量（m3）； Ve-虚拟滤液的体积，它是形成相当于过滤介质阻力的一层滤饼时，应得到的滤液量 （m3）； P-过滤压力差（Pa）； A-过滤面积（m2）； -滤液粘度（Pas）； t-相当于得到滤液V所需的过滤时间（s）； r0-单位压力差下滤饼的比阻（1/m2）； c-滤饼体积与相应的滤液体积之比（m3滤饼/m3滤液）； s-滤饼压缩指数。)(012es

4、VVcrPAdtdV（1）恒压过滤方程式考虑过滤介质阻力时， 或不计过滤介质阻力时， 或式中：q-单位过滤面积的滤液量q=V/A（m3/m2）； qe-单位过滤面积的虚拟滤液量（m3/m2）； te-相当于得到滤液Ve所需的过滤时间（s）； K-过滤常数，其值需由实验测定 。 crPPkKss01122tKAVVVe222Ktqqqe 22tKAV22Ktq2恒压过滤的特点 恒压过滤的特点是p、K均为常数，但因滤饼越来越厚，因此过滤速度越来越小，V（或q）随t的增大而增大的速度越来越缓慢。所以，恒压过滤时应选择合适的过滤时间。 （2）恒速过滤方程式考虑过滤介质阻力时， 或不计过滤介质阻力时，或

5、tAKVVVe222tKqqqe22tAKV222tKq22恒速过滤的特点 恒速过滤的特点是过滤速度u为常数，而p、K和q均随t的增大而增大。 鉴于恒压过滤与恒速过滤的各自优缺点，工业上一般将二者结合起来操作，即先进行短时间的恒速过滤，逐渐增大操作压力直至达到额定操作压力，然后再进行恒压过滤。 本实验在恒压状态下进行 可以预测，在恒定压差下，过滤速率与过滤时间之间的关系如下图4-1所示，单位面积的累计滤液量与过滤时间的关系则应如下图4-2所示。 在恒压过滤时，上述微分方程积分后，可得： 利用上式计算时，需要知道K和qe等常数，而这些常数只有通过实验才能测定。 Kdtdqqqe)(2过滤常数K的

6、确定 在用实验方法测定过滤常数时，而将上式方程变换成如下形式：或 因此实验时，只要维持操作压强恒定，记录过滤时间和相应的滤液量，以 作图得一直线，读取直线斜率2/K和截距2qe/K ，求取过滤常数K和qe，再 由求出te。 eqKqKdqdt22eqKqKqt22qqt/eeKtq2n改变实验所用的过滤压差，可测得不同的K值，由 两边取对数，得：n当k为常数时，在双对数坐标纸上标绘得K与p应是一条直线，该直线斜率为(1-s)，截距为2k，从而求得s和k。sPkK12)2lg(lg)1 (lgkPsK实验装置及流程 碳酸钙（或碳酸镁）悬浮液在配料桶配置一定浓度后，用压缩空气搅拌，料液由供料泵管路

7、循环，以防止碳酸钙沉淀。滤浆在一定压力下进入过滤机，经过滤机过滤后，滤液流入计量筒，碳酸钙颗粒截留在滤布上形成滤饼，过滤完毕后，亦可用水洗涤和压缩空气吹干滤饼。流程示意图恒压过滤实验流程示意图实验装置主要部件及技术指标主要部件包括：储浆罐、气路稳压系统、电动搅拌器、调速器、调浆桶、滤液接受槽、板框过滤机及电子秤等几部分组成。主要技术指标：过滤实验过程，操作压力控制在0.050.1MPa之间。实验实验步骤步骤(1)（1 1）熟悉实验装置流程，检查所有阀门是否都关闭（除料浆循环阀外），检查压力表是否正常；（2 2）用碳酸钙（CaCO3）粉末配制滤浆，其量约占配料桶的1/22/3，CaCO3的质量百

8、分数为8%左右；（3 3）滤浆桶中通入压缩空气进行搅拌，并作为过滤时的实验操作压力（一般压力调到5104Pa左右）；（4 4）将滤布浸湿，再组装过滤器；（5 5）调节过滤压力并维持恒定，具体办法为：关闭空压机出口阀，至压力升到控制压力0.5MPa（空压机控制压力）附近时缓慢开启该阀；当管路中压力达到恒定操作压力时，停止空压机出口阀调节并使管路压力恒定（0.5MPa）；（6 6）压力恒定后，开始进行过滤，待滤液流出时，用两只秒表交替地测量流出一定体积滤液所需时间（一般是清液每增加1cm，记录一次时间），实验过程中要使压力稳定在5104Pa左右；实验实验步骤步骤(2)（7 7）当滤液量很少，滤渣已

9、充满滤框后，过滤阶段可结束；（8 8）若需洗涤或要求洗涤速率和过滤最终速率关系时，可通入洗涤水，并记下洗涤水量和时间；（9 9）若需吹干滤饼，则通入压缩空气；（1010）实验结束后，停止空压机，关闭循环泵，开启微调器，降压至零；（1111）拆开过滤器，取出滤饼，再将滤布冲洗干净；（1212）过滤结束后，应关闭料桶上的出料阀，打开旁路上清水管路清洗供料管、循环泵、过滤机，以防止碳酸钙在管内沉结。最后关闭电源。 实验记录及数据处理实验记录及数据处理1.原始数据记录2.实验数据处理表3.实验结果1.1.原始数据记录原始数据记录 空压机表压： MPa；配料桶表压： MPa；过滤机号： ；过滤器直径：

10、。序号 滤液量V/mL 过滤时间t/s过滤表压强/MPa备注1234562.2.实验数据处理表实验数据处理表序号备注123456)/(23mmq)/(23mmqst/)/(/msqt 3.3.实验结果实验结果过滤常数K虚拟滤液量qe虚拟过滤时间te过滤压缩指数s过滤方程式实验报告要求实验报告要求n1.以累计滤液量q对时间t作图；n2.以t/qq或t/qq作图，求出过滤常数K、qe、te、s、k；n3.写出完整的过滤方程式；n4.求出洗涤速率并和最终过滤速率比较。实验注意事项实验注意事项 1、过滤漏斗的安装，应把漏斗浸没在滤浆中一定深度，让过滤介质平行于液面，以防止被空气抽干，造成滤饼厚度不均匀。 2、启动搅拌器前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。将调速钮调在最小位置，打开调速器开关，将调速钮从小到大位调节，不允许在高速档状态下启动，转速出现异常时或实验完毕后将调速钮调至最小位置。 3、用放空阀调节系统内的压力。控制系统内的真空度恒定，以保证恒压状态下进行操作实验。 实验思考题1.过滤刚开始时，为什么滤液经常是浑浊的？2.在恒压过滤时，要提高过滤速率，可采取哪