板框過濾實驗 - 華僑大學

1、板框過濾實驗板框過濾實驗實驗指導教師：實驗指導教師：過濾概述 一般地，化工生產(chǎn)中所遇到的混合物可分為兩大類，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(如懸浮液)等，其特點是體系內(nèi)具有明顯的兩相界面，可用一般的機械方法進行分離，如過濾方法。 過濾是以某種多孔介質(zhì)來處理懸浮液的操作。在外力作用下，懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來， 從而實現(xiàn)固、液分離。 分類：根據(jù)過濾推動力的不同，過濾可分為壓力差過濾（又分為常壓過濾、加壓過濾、真空過濾）和離心過濾。 應用：化工等行業(yè)中的非均相固液分離。實驗目的1、熟悉實驗裝置的結構和操作方法； 2、測定在恒壓操作時的過濾常數(shù)K

2、，qe，te，并以實驗所得結果驗證過濾方程式，增進對過濾理論的理解； 3、掌握過濾問題的簡化工程處理方法；4、改變壓強差重復上述操作，測定壓縮指數(shù)s和物料特性常數(shù)k 。 實驗原理 過濾是借助于一種能將固體物截留而讓流體通過的多孔介質(zhì)，將固體物從液體或氣體中分離出來的一種化工單元操作過程。過濾分為恒壓過濾和恒速過濾。在過濾過程中，由于固體顆粒不斷被截留在介質(zhì)表面上，濾餅的厚度隨著過濾過程進行不斷增加，如濾餅兩側的壓力差一定，流體流過固體顆粒之間的孔道加長，使流體阻力增大，其過濾速率逐漸下降。保持壓力差不變的操作稱為恒壓過濾；如要保持過濾速率不變，就必須不斷增加濾餅兩側的壓力差，保持過濾速率不變的

3、操作稱為恒速過濾。 在實際生產(chǎn)過程中，過濾可以用于氣體的凈化，但更常用于懸浮液等固-液混合物的分離。此時，將固-液混合物稱為濾漿，濾出的固體稱為濾渣或濾餅，濾出的液體稱為濾液。過濾速率方程過濾速率基本方程式的一般形式為：式中：V-t時間內(nèi)的濾液量（m3）； Ve-虛擬濾液的體積，它是形成相當于過濾介質(zhì)阻力的一層濾餅時，應得到的濾液量 （m3）； P-過濾壓力差（Pa）； A-過濾面積（m2）； -濾液粘度（Pas）； t-相當于得到濾液V所需的過濾時間（s）； r0-單位壓力差下濾餅的比阻（1/m2）； c-濾餅體積與相應的濾液體積之比（m3濾餅/m3濾液）； s-濾餅壓縮指數(shù)。)(012es

4、VVcrPAdtdV（1）恒壓過濾方程式考慮過濾介質(zhì)阻力時， 或不計過濾介質(zhì)阻力時， 或式中：q-單位過濾面積的濾液量q=V/A（m3/m2）； qe-單位過濾面積的虛擬濾液量（m3/m2）； te-相當于得到濾液Ve所需的過濾時間（s）； K-過濾常數(shù)，其值需由實驗測定 。 crPPkKss01122tKAVVVe222Ktqqqe 22tKAV22Ktq2恒壓過濾的特點 恒壓過濾的特點是p、K均為常數(shù)，但因濾餅越來越厚，因此過濾速度越來越小，V（或q）隨t的增大而增大的速度越來越緩慢。所以，恒壓過濾時應選擇合適的過濾時間。 （2）恒速過濾方程式考慮過濾介質(zhì)阻力時， 或不計過濾介質(zhì)阻力時，或

5、tAKVVVe222tKqqqe22tAKV222tKq22恒速過濾的特點 恒速過濾的特點是過濾速度u為常數(shù)，而p、K和q均隨t的增大而增大。 鑒于恒壓過濾與恒速過濾的各自優(yōu)缺點，工業(yè)上一般將二者結合起來操作，即先進行短時間的恒速過濾，逐漸增大操作壓力直至達到額定操作壓力，然后再進行恒壓過濾。 本實驗在恒壓狀態(tài)下進行 可以預測，在恒定壓差下，過濾速率與過濾時間之間的關系如下圖4-1所示，單位面積的累計濾液量與過濾時間的關系則應如下圖4-2所示。 在恒壓過濾時，上述微分方程積分后，可得： 利用上式計算時，需要知道K和qe等常數(shù)，而這些常數(shù)只有通過實驗才能測定。 Kdtdqqqe)(2過濾常數(shù)K的

6、確定 在用實驗方法測定過濾常數(shù)時，而將上式方程變換成如下形式：或 因此實驗時，只要維持操作壓強恒定，記錄過濾時間和相應的濾液量，以 作圖得一直線，讀取直線斜率2/K和截距2qe/K ，求取過濾常數(shù)K和qe，再 由求出te。 eqKqKdqdt22eqKqKqt22qqt/eeKtq2n改變實驗所用的過濾壓差，可測得不同的K值，由 兩邊取對數(shù)，得：n當k為常數(shù)時，在雙對數(shù)坐標紙上標繪得K與p應是一條直線，該直線斜率為(1-s)，截距為2k，從而求得s和k。sPkK12)2lg(lg)1 (lgkPsK實驗裝置及流程 碳酸鈣（或碳酸鎂）懸浮液在配料桶配置一定濃度后，用壓縮空氣攪拌，料液由供料泵管路

7、循環(huán)，以防止碳酸鈣沉淀。濾漿在一定壓力下進入過濾機，經(jīng)過濾機過濾后，濾液流入計量筒，碳酸鈣顆粒截留在濾布上形成濾餅，過濾完畢后，亦可用水洗滌和壓縮空氣吹干濾餅。流程示意圖恒壓過濾實驗流程示意圖實驗裝置主要部件及技術指標主要部件包括：儲漿罐、氣路穩(wěn)壓系統(tǒng)、電動攪拌器、調(diào)速器、調(diào)漿桶、濾液接受槽、板框過濾機及電子秤等幾部分組成。主要技術指標：過濾實驗過程，操作壓力控制在0.050.1MPa之間。實驗實驗步驟步驟(1)（1 1）熟悉實驗裝置流程，檢查所有閥門是否都關閉（除料漿循環(huán)閥外），檢查壓力表是否正常；（2 2）用碳酸鈣（CaCO3）粉末配制濾漿，其量約占配料桶的1/22/3，CaCO3的質(zhì)量百

8、分數(shù)為8%左右；（3 3）濾漿桶中通入壓縮空氣進行攪拌，并作為過濾時的實驗操作壓力（一般壓力調(diào)到5104Pa左右）；（4 4）將濾布浸濕，再組裝過濾器；（5 5）調(diào)節(jié)過濾壓力并維持恒定，具體辦法為：關閉空壓機出口閥，至壓力升到控制壓力0.5MPa（空壓機控制壓力）附近時緩慢開啟該閥；當管路中壓力達到恒定操作壓力時，停止空壓機出口閥調(diào)節(jié)并使管路壓力恒定（0.5MPa）；（6 6）壓力恒定后，開始進行過濾，待濾液流出時，用兩只秒表交替地測量流出一定體積濾液所需時間（一般是清液每增加1cm，記錄一次時間），實驗過程中要使壓力穩(wěn)定在5104Pa左右；實驗實驗步驟步驟(2)（7 7）當濾液量很少，濾渣已

9、充滿濾框后，過濾階段可結束；（8 8）若需洗滌或要求洗滌速率和過濾最終速率關系時，可通入洗滌水，并記下洗滌水量和時間；（9 9）若需吹干濾餅，則通入壓縮空氣；（1010）實驗結束后，停止空壓機，關閉循環(huán)泵，開啟微調(diào)器，降壓至零；（1111）拆開過濾器，取出濾餅，再將濾布沖洗干凈；（1212）過濾結束后，應關閉料桶上的出料閥，打開旁路上清水管路清洗供料管、循環(huán)泵、過濾機，以防止碳酸鈣在管內(nèi)沉結。最后關閉電源。 實驗記錄及數(shù)據(jù)處理實驗記錄及數(shù)據(jù)處理1.原始數(shù)據(jù)記錄2.實驗數(shù)據(jù)處理表3.實驗結果1.1.原始數(shù)據(jù)記錄原始數(shù)據(jù)記錄 空壓機表壓： MPa；配料桶表壓： MPa；過濾機號： ；過濾器直徑：

10、。序號 濾液量V/mL 過濾時間t/s過濾表壓強/MPa備注1234562.2.實驗數(shù)據(jù)處理表實驗數(shù)據(jù)處理表序號備注123456)/(23mmq)/(23mmqst/)/(/msqt 3.3.實驗結果實驗結果過濾常數(shù)K虛擬濾液量qe虛擬過濾時間te過濾壓縮指數(shù)s過濾方程式實驗報告要求實驗報告要求n1.以累計濾液量q對時間t作圖；n2.以t/qq或t/qq作圖，求出過濾常數(shù)K、qe、te、s、k；n3.寫出完整的過濾方程式；n4.求出洗滌速率并和最終過濾速率比較。實驗注意事項實驗注意事項 1、過濾漏斗的安裝，應把漏斗浸沒在濾漿中一定深度，讓過濾介質(zhì)平行于液面，以防止被空氣抽干，造成濾餅厚度不均勻。 2、啟動攪拌器前，用手旋轉(zhuǎn)一下攪拌軸以保證順利啟動攪拌器。將調(diào)速鈕調(diào)在最小位置，打開調(diào)速器開關，將調(diào)速鈕從小到大位調(diào)節(jié)，不允許在高速檔狀態(tài)下啟動，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)異常時或?qū)嶒炌戤吅髮⒄{(diào)速鈕調(diào)至最小位置。 3、用放空閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的壓力?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)的真空度恒定，以保證恒壓狀態(tài)下進行操作實驗。 實驗思考題1.過濾剛開始時，為什么濾液經(jīng)常是渾濁的？2.在恒壓過濾時，要提高過濾速率，可采取哪