实验四板框压滤机过滤常数的测定.docVIP

实验四 板框压滤机过滤常数的测定 一、实验目的 1、了解板框压滤机的结构； 2、掌握板框压滤机的操作方法； 3、掌握恒压过滤条件下过滤常数（K、qe）的测定方法； 4、掌握采用最小二乘法回归直线方程的方法。 二、实验装置 板框过滤机是常见的间歇式过滤设备，图1为工业生产中常见的几种板框式过滤机。 图1 常见的几种板框式过滤机 本试验所用板框过滤机的整套装置由调浆桶、压缩空气系统、板框过滤机和贮液量筒组成。在调浆桶内配制一定浓度的碳酸钙（CaCO3）悬浮液，启动搅拌装置，维持悬浮液在过滤过程中不发生沉降。用压缩空气将悬浮液送入板框过滤机进行过滤，调节阀门开度以维持恒压过滤时所需要的恒定压力，滤液流入贮液量筒计量，洗涤水由自来水管送至板框压滤机进行洗涤，洗涤水也用贮液量筒计量其液量。实验完毕后，拆卸板框压滤机，将滤框内的滤渣回收。 实验设备如图2示，实验装置实物见图3。 图2 板框过滤实验装置 图3 过滤实验装置实物图 三、实验设备的性能与主要技术参数 1、本实验装置主要由板框过滤机、空压机、计量槽、压力容器、控制阀等设备组成。 2、板框过滤机的过滤面积大约为0.01m2（以实测的数据为准），用帆布作为多孔性过滤介质。由空压机提供压力，通过减压阀调节配料罐内的压力。以碳酸钙和水混合成悬浮液，可完成过滤常数的测定实验。 3、空压机采用Z-0.036微型空气压缩机，排气量0.036m3/h，压力为0.7MPa，功率为0.75kW，转速为1200rpm，气体容积30L。 4、在压力容器上面装有空压机入口给悬浮液加压，通过视镜观察容器内液位的高低。 5、电控箱装有电源开关和空压机开关，按下开关旋钮指示灯亮，即表示相应的工作正在进行，沿开关旋钮上的箭头方向旋转则为关。 6、滤饼可回收利用。 四、实验原理 过滤是一种使流体通过多孔介质，而将固体颗粒物截留，使其从液体或气体中分离出来的单元操作。因此过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流动，所不同的是这种固体颗粒层的厚度会随着过滤过程的进行而不断增加。因此在压强差不变的情况下，单位时间内通过过滤介质的液体量也在不断下降，即过滤速度不断降低。 过滤速度u的定义是单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量，即： （1） 式中：A——过滤面积，m2； τ——过滤时间，s； V——通过过滤介质的滤液量，m3。 由分析可知，在恒定压差下，过滤速度dq/dτ与过滤时间τ之间有如图4所示的关系，单位面积的累计滤液量q和τ的关系，如图5所示。 影响过滤速度的主要因素除压强差(Δp)、滤饼厚度外，还有滤饼、悬浮液(含有固体粒子的流体)的性质、悬浮液的温度、过滤介质的阻力等，故难以用严格的流体力学方法处理。 比较过滤过程与流体通过固体床层的流动过程可知：过滤速度为流体通过固定床层的表观速度u。同时，液体在由细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于层流。 因此，可利用流体通过固体床压降的简化模型，寻求滤液量q与时间τ的关系。在层流流动时，可用康采尼(Kozeny)计算式，即：  （2） 对于不可压缩的滤饼，由上式可以导出过滤速度的计算式：  （3） 式中：——单位过滤面积获得的滤液体积，m3/m2； qe——单位过滤面积为形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量，m3/m2； r ——滤饼的比阻，m3/kg； v——悬浮液中单位体积净液体中所带有的固体颗粒量，kg/m3清液； μ——液体粘度，Pa·s； K——过滤常数，m2/s。 在恒压差过滤时，上述微分方程经积分后可得：  （4） 由上述方程可计算： 1、在过滤设备、过滤条件一定时，过滤一定滤液量所需要的时间； 2、当过滤时间、过滤条件一定时，为了完成一定生产任务，所需要的过滤设备的尺寸。 利用上述方程进行有关计算时，需要知道K、qe等常数，而过滤K、qe常数只有通过实验才能测定。 在用实验方法测定过滤常数时，需将上述方程变换成如下形式： （5） 因此在实验过程中，只要维持操作压强恒定，测定过滤时间和相应的滤液量。以τ/q～q作图可得到一直线，根据直线的斜率1/K和截距2qe/K，就可求得过滤常数K和qe。或者将τ/q和qe的数据用最小二乘法求取1/K和2qe/K值，进而计算和的值。 若在恒压过滤之前的时间内，已通过单位过滤面积的滤液量为，则在至及至范围内将式