恒压过滤实验

1、3)恒压过滤实验一、实验目的了解板框压滤机的构造、流程和操作方法。通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。学会测定某一恒定压力下过滤方程式中过滤常数K、qe及压缩性指数s的方法。了解洗涤速率与最终过滤速率的关系。了解过滤压力对过滤速率的影响。二、实验装置实验装置如图1所示，由空气压缩机、配料槽、原料槽、清洗槽、板框过滤机、计量筒、温度测量及压力测量系统等组成。F1-1bT|图1恒压过滤实验装置示意图三、恒压过滤实验及参数测取本装置以压缩空气为系统动力，用来过滤CaCO3悬浮液。首先根据过滤物料组成要求,在配料槽内配制成一定CaCO3的悬浮液浓度后，利用位差送入压力原料槽中，用空压机提供的压缩空气加

2、以搅拌使CaCO3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进行过滤，过滤流出的滤液流入计量筒进行计量；过滤结束后进行清洗过程，清洗时关闭板框过滤机的进料阀门，同样利用压缩空气的压力将清洗槽内的清水送入板框过滤机进行清洗操作；反吹操作则是直接将压力空气反向通入过滤机来完成。压缩空气可从原料槽和清洗槽的排空阀中排出。板框过滤机采用暗流式结构，三板两框（即3块滤板，2块滤框），过滤机的板框数也可根据客户实际需求进行扩展。系统内温度由PT100测定：TT1、TT2分别检测清洗液温度和物料温度。系统内压力和计量桶内的滤液量由压力变送器和压差变送器测定：FT1测量进入过滤机的料液压力，FT2为

3、高精度压差变送器，用于测量计量桶内滤液高度，以此测出滤液的体积，过滤时间由计算机自动测取。待测的各个温度、压力和压差均可在无纸记录仪或计算机上读取。整个过滤实验做完后，应对整套实验装置进行清洗，洗下来的废液排入废料箱。四、原理和方法过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，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层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。过滤速度u定义为单位时间单

4、位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）心、滤饼厚度L外，还有滤饼和悬浮液的性质、悬浮液温度和过滤介质的阻力等。过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，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，可得过滤速度计算式：1）dVdqAApG-s)、AApg_s)、UAdT一dTyrC(V+V)RvC，G+V)式中：eeu过滤速度，m/s；V通过过滤介质的滤液量，m3；A过滤面积，m2；T过滤时间，S；q通过单位面积过滤介质的滤液量，m3/m2p过滤压力（表压）pa；s滤渣压缩指数；卩滤液的粘度，Pa.s；r滤渣比阻

5、，1/m2；C单位滤液体积的滤渣体积，m3/m3；Ve过滤介质的当量滤液体积，m3；r滤渣比阻，m/kg；C单位滤液体积的滤渣质量，kg/m3。对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，“、r、C和都恒定，为此令:2Ap（i-s）K=（2）RrC于是式(1)可改写为：dV_KA2dT_2(V+Ve)式中：K过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，m2/so将式（3）分离变量积分，整理得：4)卜+匕(y+v)d(V+v)=2KA2pde0(5)(6)VeV2+2VV=KA2Te（5）式二边同除A2,则可得:q2+2qq=Ke式中:q=V/A,qe=Ve/A。其中：q过单位面积过滤介质的当量滤液量，m

6、3/m2；e过滤计算要有过滤常数K、qe或Ve作为依据，由不同物料形成的悬浮液，其过滤常数差别很大，即使是同一种物料，由于操作条件不同、浓度不同，其过滤常数亦不尽相同。过滤常数一般要由实验来测定。将恒压过滤积分方程（6）式改写成：7)12=Kq+Kqe由（7）式表明，T/q与q之间具有线性关系，以T/q为纵坐标，q为横坐标将式（7）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距，其中：斜率：1a=K截距：b2b=Ke则，K=丄(8)aq=b(9)e2改变过滤压差p,可测得不同的K值，由K的定义式（2）两边取对数得:lgK=（1-s）lgAp+B（10）在实验压差范围内，B为常数，则lgKlgAp的关系在

7、直角坐标上应是一条直线，斜率为（1-s）,由斜率即可求出滤饼压缩性指数s。五、实验操作步骤和注意事项1空气压缩机的使用与保养：每天空气压缩机运行前，应检查油位。准备工作做好以后，开启电源，将压缩机出口压力调至0.4MPa（有关空气压缩机的具体操作说明，请参照本装置所附的空气压缩机相关使用说明书）。空气压缩机开关部件的使用1）将开关按钮或手柄置于ON或Auto位置，接通电源，机器起动。如果机器不能起动，请将储气罐内的气压降至0.4MPa以下就可以起动。2）将开关按钮至于OFF位置，切断电源，机器停止运转。3）开关上装有安全阀，当储气罐内的气体压力超过0.9MPa时，安全阀会叫响并排气泄压。出现安

8、全阀叫响时请检修气压开关，使气压开关的工作压力不要超过额定工作压力。4）每天停机后，请用手指轻轻顶住油水分离器下面的顶针，将油水分离器中的污水放尽。5）从排气阀排出的气体压力可通过油水分离器上的调压旋扭来调节，顺时针方向旋转旋扭，增大排出气压，最大可达储气罐内的气体压力；逆时针旋转旋扭，减少排出气压，最小可关闭气源。当旋到极限位置时，不要再强力旋转旋扭，防止造成损坏。6）当需要调节气压开关的工作压力时，请拆去气压开关的上壳，用扳手调节六角螺栓或一字螺钉，顺时针方向旋转，增大工作压力；逆时针方向旋转，降低工作压力。为了安全，进行该操作前，请将电源插头从插座上拔下。空气压缩机的使用要求1）机器的储

9、存运输环境温度-40C50C，相对温度三95%2）机器的工作场所应干燥、洁净、通风良好，环境温度5C40C，相对湿度三80%。3）机器不可淋水，不可使用于易燃、潮湿及多粉尘环境。4）机器应垂直放置于水平坚硬地面。5）电源电压不得低于或高于额定电压的10%。6）运转中，请勿触摸高温部件，如缸盖、排气管、单向阀等，以防烫伤。7）机器不使用时和无人员看护时必须拔掉电源，以免发生火灾。8）该产品仅用于向需要动力气源的气动工具供气，不得将该设备产生的气源直接用于人或其它动物的吸入。9）接通工作电源前，务必保证机器处于关闭状态。10）谨防碰撞。应采取措施，防止机器在运行状态下受到外力而移动。11）机器连续

10、运转时间应不大于7分钟，每次达到额定工作压力停机后再次启动的时间应大于15分钟。空气压缩机的维护保养特别注意：所有维护均应切断电源并排尽储气罐内气压，否则极易造成伤害。1）请保持机器的清洁。2）将储气罐内的污水放尽,每周至少一次。排出污水时，储气罐内的气压应低于O.IMPa。3）经常检查安全阀是否灵敏，当储气罐内气压达到0.50.7MPa时，用手轻拉安全阀上的拉环，安全阀能轻松排气，按下阀杆可立即复位。4）每使用90小时约15天左右，请检查油位是否在合适的位置，若油位靠近下限，请立即加油。该机型所用润滑油牌号为：L-DRA/A46GB/T16630-1996。加油时，请用塑料软管插入油箱内，另

11、一端插入吸气口（将消音器拆下），启动机器，润滑油就会被吸入。特别注意，油位不可过高，否则极易损坏机器。5）每使用500小时，更换消音器滤芯。6）储气罐每两年做耐压试验1次，每年检查内外表面一次。有严重锈蚀、严重碰伤或耐压试验不合格时，储气罐作报废处理。7）移动空压机前，应将储气罐内的气压放尽。2H1151智能型变送器校零设置将变送器竖直固定好，取下变送器的前端盖，露出上下3个按钮，同时按住下面两个按钮：零位（Z）和量程（S）,约10秒钟左右，即可激活控制。将变送器的两个取压口均水平通大气，按零位（Z）按钮5秒钟以设定4mA点，检测一下零压时是否输出4mA。3SR200型调压阀的使用1）在转动旋

12、转钮前请先拉起再旋转，压下旋转钮为定位（标示环外露为调压状态，遮掩为锁定状态）。2）旋转钮向“+”方向旋转为调高出口压力，向“-”方向旋转为调低出口压力。3）调节压力时，应逐步均匀地调至所需压力值，尽量避免一步调节到位。4）调压阀不用时请将旋钮调至放松状态，并堵住进、出口，以防灰尘进入。配料：预先配制浓度约为5%（wt%）左右的CaCO3水的悬浮液约40升，倒入配料槽内，清洗槽内加清水至2/3处。开启仪表柜上的电源总开关、无纸记录仪电源开关和直流电源开关。无纸记录仪一至四通道分别显示：反吹温度（C）、过滤温度（C）、过滤压力（kPa）、滤液压力（kPa）。将232/485转换器和仪表柜上的通讯

13、线连接至计算机，打开计算机，调整计算机分辨率在1024X768,运行上位机监控工程，进入开始界面。点击“进入实验”进入系统全貌界面过滤实验：点击主界面上的“过滤实验”按钮，进入过滤实验界面，如图8。将滤膜放置到过滤机上（注意：滤膜的粗糙面贴近过滤框），旋转过滤板（即第三块板）上面的开关，螺纹露出23丝，将各过滤板、框按照标记顺序依次安装好，旋紧（顺时针为紧，逆时针为松。打开板框过滤机前，应确保该过滤机内无压力，可打开F29，同时通过观察压力表YB2来确认）。闭合所有的阀门（板框过滤机上的阀门除外），接着打开阀门F21，缓慢调节调压阀JF1,观察减压阀上的压力表，使其压力为所需的第一次过滤压力0

14、.05MPa（推荐第一次过滤压力为0.05MPa）,打开阀门F22,开度约1/3,时间为1min,将配料槽内的物料搅拌均匀，搅拌均匀后，关闭阀门F22。打开阀门F23、F14（注意：在打开、闭合阀门和调节减压阀时动作应缓慢,严禁一步到位）,利用液位差,将物料送至原料槽内，物料体积约为原料槽体积的2/3为宜。物料送至原料槽后，关闭阀门F14、F23，准备进行过滤实验。1）点击过滤实验界面的“进入实时曲线界面”按钮，进入实时曲线界面2）由于在搅拌配料槽内的物料时，消耗掉一部分压缩气体，导致空压机出口压力低于0.4MPa,此时应等待一段时间，待空压机的出口压力大于0.4MPa后，再进行过滤，以保证系

15、统压力基本恒定不变。打开阀门F210和F24（注意：在打开F24后，压力会有所下降，此时应关闭阀门F210，重新调节减压阀JF1,直至打开阀门F210、F24后，压力表YB1指示在0.05MPa）,再顺次打开F111、F112和F29,开始进行过滤（其余阀门保持闭合状态）。注意：CaCO3悬浮液在原料槽内滞留的时间较长以后，会出现沉淀现象，在此情况下，不宜进行过滤实验。此时，可缓慢稍开阀门F23，以搅拌该槽内的物料，搅拌完成后，关闭该阀门F23（CaCO3悬浮液的沉淀时间约为1分钟）。3）当有滤液进入计量筒时，即可点击实时曲线界面上的“过滤开始”按钮，进行实验数据采集，点击“进入数据采集界面”

16、按钮，进入该界面，采样间隔时间可更改，范围：5300秒，推荐间隔时间：5秒。4）实验数据采集过程中，可点击“实时曲线界面”按钮，进入到“实时曲线界面，”观察过滤过程中滤液量随时间的变化趋势5）每次实验，要求测定10组以上的实验数据。实验结束后，点击操作界面上的“导出到EXCEL报表”按钮，再根据计算机屏幕的提示，就可将本次测到的所有实验数据导出到EXCEL表格中保存起来，供实验结束后进行实验数据处理时引用6）完成了在0.05MPa恒定压力条件下的过滤实验后，可改变操作压力，如在O.IMPa、0.15MPa条件下继续进行过滤实验，实验步骤同前。注意：通过减压阀改变过滤操作压力时，压力应从低向高调

17、节，同时在改变压力时一定要先闭合阀门F2-10；压力从高向低调节时，必须首先闭合F2-10，缓慢打开阀门F2-3,将原料罐、清洗罐内的压力放至0MPa后（以YB为准），方可调节减压阀，以防止槽内高压液体倒灌。在打开、闭合阀门或调节减压阀时动作应缓慢，避免发生意外事故。7）过滤实验结束后，顺次关闭阀门和F112、F111、F24、F210和F21,最后关闭F29。8清洗实验：如滤液比较贵重，考虑到过滤实验进行完以后，滤渣里还残留有极少量的滤液，为将残留在滤渣里的这部分滤液置换出来，可进行“清洗实验”。返回“系统总貌图”，点击“清洗实验”按钮，进入“清洗实验”界面，闭合所有阀门，将板框过滤机打开（

18、打开板框过滤机前，应确保该过滤机内无压力，可打开F29,同时通过观察压力表YB2来确认），取出第3块过滤板，将该滤板底部的阀门向里旋紧，将板框过滤机重新安装好，打紧。打开阀门F21、F210、F26、F18、F19和F29，开始清洗。约23分钟后，可停止清洗，顺次关闭阀门F19、F18、F26、F210和F21,最后关闭F29。9反吹实验：过滤实验结束完后，为方便滤布的清洗，可进行“反吹实验。”返回主界面，点击“反吹实验”按钮，进入“反吹实验”界面，闭合所有阀门，板框过滤机上的阀门保持过滤实验时的状态。顺次打开阀门F21、F210、F28,开始进行反吹实验。约12分钟后，可停止反吹，顺次关闭阀

19、门F28、F210和F21。10板框过滤机的清洗。假如一次过滤实验做完以后，可打开板框过滤机（注意：打开板框过滤机前，应确保该过滤机内无压力，可打开F29，同时通过观察压力表YB2来确认），将各滤板、滤框、滤膜取下来，用自来水冲洗干净。原料槽内的物料不用时，可利用压缩空气将原料槽内的料压回到配料槽：打开阀门F21、F210、F24,再缓慢稍开阀门F13,其余闭合。实验结束后，返回系统总貌图”点击“退出”按扭，关闭仪表柜上的直流电源开关和无纸记录仪电源开关，再关闭空气压缩机开关、计算机和仪表柜上电源总开关。打开阀门F21、F210、F23、F24、F25、F26，将空气压缩机和各槽体内的压缩空气

20、排放掉。注意事项1为了延长空气压缩机的使用寿命，应严格按所附空气压缩机的相关使用说明进行操作。2实验过程中，在操作阀门和减压阀时，应缓慢打开、关闭或调节，动作应缓慢，严禁一步到位，出现意外事故。3装置上的安全阀已调整到合适的位置，严禁私自打开重新调节，以防压力过高，出现意外情况。4实验过程中，不允许私自改变无纸记录仪等仪表的设置参数。5为了防止CaCO3在原料罐内沉降，应在空压机提供的压缩空气加以搅拌后再开始进行过滤。打开板框过滤机前，应确保该过滤机内无压力，可打开F29，同时通过观察压力表YB2来确认。实验过程中，严禁胡乱打开或闭合阀门。六、实验数据处理考虑到本实验采集的数据量较多，因此本装

21、置专门配备了恒压过滤实验数据处理模板，下面介绍该数据处理模板的使用方法。I过滤常数数据处理过程打开恒压过滤实验过程中导出的保存有实验数据的EXCEL文件选中打开的EXCEL表中的BF共五列的所有实验数据，同时按“Ctrl”+C”键，将选中的该五列实验数据拷贝下来。3打开恒压过滤实验数据处理模板文件，4点击数据处理模板界面（如上图）左下角的“过滤常数”按钮，然后用鼠标点击过滤时间”列中的第一个单元格（即A列第3行，简称A3单元格，以下同），同时按“Ctrl”+“V”键，将前面拷贝下来的实验数据粘贴上去按住鼠标左键，同时选中F4、G4、H4这3个单元格放开左键，将鼠标的指针移到选中的这3个单元格的

22、右下角，这时鼠标指针变成一个黑的“十”字型，按住鼠标左键，同时将鼠标指针往下拖到与左边的原始数据（刚拷贝进来的过滤时间、温度、压力和滤液量等实验原始数据，齐平，再放开鼠标的左键，将鼠标指针移至T/qq曲线图表上面，单击鼠标右键，出现绘图格式对话框选中绘图格式对话框中“源数据”选项，单击鼠标左键，出现“源数据对话框”，按住鼠标左键，用鼠标在q、T/q二列数据里选择所需作图数据区域，考虑到过滤开始一段时间里，整个操作还未稳定，因此选择的作图数据区域一般从过滤时间30s对应的数据点开始，通过调整结束点的位置保证所有的数据在一条直线上点击对话框中的“确认”按钮，此后，出现如图25所示界面：将图表中的实际拟合关系方程y