恒压过滤实验装置实验指导书

恒压过滤实验装置实验指导书

恒压过滤实验装置 实 验 指 导 书

一、实验目的1、熟悉板框压滤机的构造、过滤工艺流程和操作方法。2、通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。3、学会测定过滤常数K、9e、T。及压缩性指数s的方法。4、了解过滤压力对过滤速率的影响。二、基本原理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）△p，滤饼厚度L外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，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：d =dg=A4p(1-s)A4p(1-s)-- (1)u= Adt =器= μr-c(V+V)μ-r'.c'(V+Ve)式中：u一一过滤速度，m/s;V一一通过过滤介质的滤液量，m；A—一过滤面积，m；T一一过滤时间，S;g一一通过单位面积过滤介质的滤液量，m/m2；△p一一过滤压力（表压）pa；s——滤渣压缩性系数；μ一滤液的粘度，Pa.S;r一一滤渣比阻，1/m；C一一单位滤液体积的滤渣体积，㎡/m；Ve一一过滤介质的当量滤液体积，m；

一、实验目的 1、熟悉板框压滤机的构造、过滤工艺流程和操作方法。 2、通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。 3、学会测定过滤常数 K、qe、τe及压缩性指数 s 的方法。 4、了解过滤压力对过滤速率的影响。 二、基本原理 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）△p，滤饼厚度 L 外，还有滤饼和悬 浮液的性质，悬浮液温度，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： 𝑢𝑢 = 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 = 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑝𝑝(1−𝑠𝑠) 𝜇𝜇⋅𝑟𝑟⋅𝐶𝐶(𝑉𝑉+𝑉𝑉𝑒𝑒) = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑝𝑝(1−𝑠𝑠) 𝜇𝜇⋅𝑟𝑟′⋅𝐶𝐶′(𝑉𝑉+𝑉𝑉𝑒𝑒) ——（1） 式中：u ——过滤速度，m/s； V ——通过过滤介质的滤液量，m3 ； A ——过滤面积，m2 ； τ ——过滤时间，s； q ——通过单位面积过滤介质的滤液量，m3 /m2 ； △p ——过滤压力（表压）pa ； s ——滤渣压缩性系数； μ——滤液的粘度，Pa.s； r ——滤渣比阻，1/m2 ； C ——单位滤液体积的滤渣体积，m 3 /m3 ； Ve ——过滤介质的当量滤液体积，m3 ；

r一一滤渣比阻，m/kg;C一一单位滤液体积的滤渣质量，kg/m。对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r、C和△p都恒定，为此令：K = 24p(1-s)(2)u-r-cdV-KA2于是式（1）可改写为：(3)dt2(V+Ve)式中：K一一过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，m2/s。将式（3）分离变量积分，整理得：J+e(V +V)d(V + V) =KA? f, dt-- (4)即V2+2VV。=KA2t—— (5)将式（4）的积分极限改为从0到V和从0到te积分，则：V? =KA?te—- (6)将式（5）和式（6）相加，可得：(V + Ve)2 =KA?(t+ te) - (7)式中：Te一一虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量V.所需时间，S。再将式（7）微分，得：2(V +Ve)dV = KA2dt—— (8)将式（8）写成差分形式，则号一对+ %。—(9)式中：4q一一每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m/ m;4t一一每次测定的滤液体积4q所对应的时间，s;q一一相邻二个q值的平均值，m/㎡。以会为纵坐标，为横坐标将式（9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截4q距，斜率：S=(10)K

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，μ、r、C 和△p 都恒定，为 此令： 𝐾𝐾 = 2𝛥𝛥𝑝𝑝(1−𝑠𝑠) 𝜇𝜇⋅𝑟𝑟⋅𝐶𝐶 ——（2） 于是式（1）可改写为： 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐾𝐾𝐴𝐴2 2(𝑉𝑉+𝑉𝑉𝑉𝑉) ——（3） 式中：K——过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，𝑚𝑚2/𝑠𝑠。 将式（3）分离变量积分，整理得： ∫ (𝑉𝑉 + 𝑉𝑉𝑒𝑒)𝑑𝑑(𝑉𝑉 + 𝑉𝑉𝑒𝑒) 𝑉𝑉+𝑉𝑉𝑒𝑒 𝑉𝑉𝑒𝑒 = 1 2 𝐾𝐾𝐴𝐴2 ∫ 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝜏𝜏 0 ——（4） 即 𝑉𝑉2 + 2𝑉𝑉𝑉𝑉𝑒𝑒 = 𝐾𝐾𝐴𝐴2𝜏𝜏——（5） 将式（4）的积分极限改为从 0 到 Ve和从 0 到𝜏𝜏𝑒𝑒积分，则： 𝑉𝑉𝑒𝑒 2 = 𝐾𝐾𝐴𝐴2𝜏𝜏𝑒𝑒 ——（6） 将式（5）和式（6）相加，可得： (𝑉𝑉 + 𝑉𝑉𝑒𝑒)2 = 𝐾𝐾𝐴𝐴2(𝜏𝜏 + 𝜏𝜏𝑒𝑒) ——（7） 式中：𝜏𝜏𝑒𝑒——虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量 Ve所需时间，s。 再将式（7）微分，得： 2(𝑉𝑉 + 𝑉𝑉𝑒𝑒)𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐾𝐾𝐴𝐴2𝑑𝑑𝑑𝑑——（8） 将式（8）写成差分形式，则 𝛥𝛥𝛥𝛥 𝛥𝛥𝛥𝛥 = 1 𝐾𝐾 𝑞𝑞 + 2 𝐾𝐾 𝑞𝑞𝑒𝑒 ——（9） 式中：𝛥𝛥𝛥𝛥—— 每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配）， m3 / m2 ； 𝛥𝛥𝛥𝛥—— 每次测定的滤液体积𝛥𝛥𝛥𝛥所对应的时间，s； 𝑞𝑞—— 相邻二个 q 值的平均值，m3 / m2 。 以𝛥𝛥𝛥𝛥 𝛥𝛥𝛥𝛥为纵坐标，𝑞𝑞为横坐标将式（9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截 距， 斜率： 𝑆𝑆 = 2 𝐾𝐾——（10）

2截距：1=～qe(11)m2K=2则，(12)SsKI_!m3(13)qe =2S.12显二Te=S(14)5KS2,K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：1gK = (1- s)lg(4p) +B—— (15)在实验压差范围内，若B为常数，则1gK～1g（△p）的关系在直角坐标上应是一条直线，斜率为（1-s），可得滤饼压缩性指数S。三、实验装置与流程1213U—料液桶：2——搅拌电机：3——搅拌浆叶：4——排空阀：5——浆液泵：6—一温度传感器：7——压力表：8——板框过滤机：9——手柄：10—一水箱：11——电子天平：12压力传感器：13一一安全泄压阀：14一一管路控制阀：图1-板框压滤机过滤流程图本实验装置由料液桶、板框过滤机、滤液槽、电子天平等组成。Ca（OH)2或者MgCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用泵加入到板框过滤机中过滤

截距： 𝐼𝐼 = 2 𝐾𝐾 𝑞𝑞𝑒𝑒——（11） 则， 𝐾𝐾 = 2 𝑆𝑆 , 𝑚𝑚2 𝑠𝑠 ——（12） 𝑞𝑞𝑒𝑒 = 𝐾𝐾𝐾𝐾 2 = 𝐼𝐼 𝑆𝑆 , 𝑚𝑚3——（13） 𝜏𝜏𝑒𝑒 = 𝑞𝑞𝑒𝑒 2 𝐾𝐾 = 𝐼𝐼2 𝐾𝐾𝑆𝑆2 , 𝑠𝑠——（14） 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 − 𝑠𝑠)lg(𝛥𝛥𝛥𝛥) + 𝐵𝐵—— (15) 在实验压差范围内，若 B 为常数，则 lgK～lg(△p)的关系在直角坐标上应 是一条直线，斜率为(1-s)，可得滤饼压缩性指数 s。 三、实验装置与流程 4 5 2 1 6 13 12 7 8 9 10 11 14 3 1——料液桶；2——搅拌电机；3——搅拌桨叶；4——排空阀；5——浆液泵；6——温度传 感器；7——压力表；8——板框过滤机；9——手柄；10——水箱；11——电子天平；12—— 压力传感器；13——安全泄压阀；14——管路控制阀； 图 1-板框压滤机过滤流程图 本实验装置由料液桶、板框过滤机、滤液槽、电子天平等组成。Ca(OH)2或 者 MgCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用泵加入到板框过滤机中过滤

滤液流到水箱中，由电子天平处称量。四、实验步骤1、实验准备（1）配料：在配料罐内配制含Ca（OH)2（CaC03）10%30%（wt，%）的水悬浮液；（2）搅拌：开启搅拌电机，设置搅拌速度，使浆液保持浑浊状态。（3）装板框：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。（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）。（4）灌料：启动浆液泵，打开入口阀，将浆液灌入板框过滤机中。2、过滤过程（1）设定压力：通过控制面板设置过滤过滤压力（调节阀门14，过滤初始阶段压力可能不稳定，可先关闭阀门14，待压力变化范围不大时再调节）。（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，压力表指示过滤压力，清液出口流出滤液。（3）每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，启动秒表，记录相应的过滤时间T、液体高度h及电子天平读数；测量8～10个读数即可停止实验。若欲得到干而厚的滤饼，则应每个压力下做到没有清液流出为止。（4）一个压力下的实验完成后，关上泵。卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。注意若水不足，可补充一定水源。3、实验结束（1）先关闭过滤机出口阀，关闭浆液泵电源。（2）卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。五、实验报告1、原始数据记录板框过滤机基本参数：过滤面积A=0.0245m2，滤液池为0.23m×0.23m×

滤液流到水箱中，由电子天平处称量。 四、实验步骤 1、实验准备 （1）配料：在配料罐内配制含Ca(OH)2（CaCO3）10％～30％（wt，%）的水 悬浮液； （2）搅拌：开启搅拌电机，设置搅拌速度，使浆液保持浑浊状态。 （3） 装板框：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。（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）。 （4）灌料：启动浆液泵，打开入口阀，将浆液灌入板框过滤机中。 2、过滤过程 （1）设定压力：通过控制面板设置过滤过滤压力（调节阀门14，过滤初始 阶段压力可能不稳定，可先关闭阀门14，待压力变化范围不大时再调节）。 （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，压力表指示过滤压力， 清液出口流出滤液。 （3）每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，启动秒表， 记录相应的过滤时间τ、液体高度h及电子天平读数；测量8～10个读数即可停止 实验。若欲得到干而厚的滤饼，则应每个压力下做到没有清液流出为止。 （4）一个压力下的实验完成后，关上泵。卸下滤框、滤板、滤布进行清洗， 清洗时滤布不要折。每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆 桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。注意若水不足，可补充一定水源。 3、实验结束 （1） 先关闭过滤机出口阀,关闭浆液泵电源。 （2） 卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。 五、实验报告 1、原始数据记录 板框过滤机基本参数：过滤面积 A=0.0245𝑚𝑚2，滤液池为 0.23m × 0.23m ×