板框式压滤机过滤常数测定.doc

板框压滤机过滤常数测定实验报告
实验目的与要求
通过实验，加深对过滤单元操作的理解，掌握压滤操作的全过程：调料，组装，过滤，洗涤，去饼，洗涤等实际操作的步骤。
学习并掌握过滤方程式中常数K，qc及的测定方法。
了解板框压滤机的结构。
熟悉板框压滤机的实验流程以及流程中的各机械设备的基本结构和作用。
实验原理及测量参数
实验原理
过滤是分离液-固或者气-固均相混合物的常用方法。利用过滤介质，使只能通过液体或者气体而不让固体颗粒通过，从而完成液-固相或者气-固相混合物的分离。当过滤分离是浮液时，将待分离的悬浮液称为滤浆，透过过滤介质得到的清夜称为滤液，截留在过滤介质上的颗粒层称为滤饼。过滤的推动力有重力、压力、离心力。
过滤过程所用的基本构件为过滤介质，它是用来截留非均相混合物中的固体颗粒的多孔性物质，常用的有织物介质，多孔固体介质，堆积介质，多孔膜等。常见的典型过滤设备有板框压滤机，加压叶滤机，转筒真空过滤机，新型的过滤设备有板式密闭过滤机，卧式密闭过滤机，排渣过滤机，袋式过滤机和水平纸板精滤机等。
过滤机理可分为两大类：滤饼过滤和深层过滤。滤饼过滤时，固体颗粒在过滤介质的表面积累，在很短的时间内发生架桥现象，不断沉积的滤饼层也起到了过滤介质的作用，颗粒在滤层表面被拦截下来。而在深层过滤中，固体离子在过滤介质的孔隙内被拦截，分离过程发生在过滤介质内部。在实际过滤，这两种机理可能同时或者前后发生。
本实验采用以压力位推动力的板框压滤机。

过滤基本方程式
比较过滤过程与流体经过流动床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定床的表现速度u。同时，流体细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动是层流雷诺数范围，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，应用层流时泊肃叶公式不难推导出过滤基本方程式
影响过滤速度的主要因素除压强差△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，故难以用流体力学的方法处理。
比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定床的表现速度u。同时，流体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺数范围，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，运用层流时泊唆叶公式不难推导出过滤速度计算式：
（1）
式中，Δp——过滤的压强差，Pa；
K’——康采尼系数，层流时，K=5.0；
ε——床层的空隙率，m3/m3；
μ——过滤粘度，Pa.s；
a——颗粒的比表面积，m2/m3；
u——过滤速度，m/s；
L——床层厚度，m。
由此可以导出过滤基本方程式：

（2）
式中，V——滤液体积，m3
τ——过滤时间，s；
A——过滤面积，m2；
S——滤饼压缩性指数，无因次。一般情况下，S=0~1，对于不可压缩滤饼，S=0；
R——滤饼比阻，1/m2，r=5.0a2（1-ε）2/ε3
r’——单位压差下的比阻，1/m2
ν——滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次；
Ve——虚拟滤液体积，m3
在恒压过滤时，对（2）式积分可得：

式中，q——单位过滤面积的滤液体积，m3/m2；
qe——单位过滤面积的虚拟滤液体积，m3/m2；
τe——虚拟过滤时间，s；
K——滤饼常数，由物理特性及过滤压差所决定，m2/s
K，qe，τe三者总称为过滤常数。利用恒压过滤方程进行计算时，必须首先需要知道K，qe，τe，它们只有通过实验才能确定。
对上式微分得：

该式表明以dτ/dq为纵坐标，以q为横坐标作图可得一直线，直线斜率为2/K，截距为2qe/K。在实验测定中，为便于计算，可用增量替代，把上式改写成

在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔及对应的滤液体积，由此算出一系列在直角坐标系中绘制的函数关系，得一直线。由直线的斜率和截距便可求出K和qe，再根据τe=qe/K，求出τe。

实验装置及流程
（1）实验装置

（2）实验操作步骤
1.观察过滤机(尤其是板框)结构，注意管路连接及走向，安装滤布，调整板框
2.用MgCO3粉或上次试验的滤饼搅拌配置3～5%的待过滤的料浆；
3.将初步搅拌分散好的料浆悬浮液倾入搅拌槽（打开排气阀，进料阀），进料后关闭排气阀和进料阀，使料浆自流入密封搅拌釜中，进一步搅拌分散，等待压入板框滤机中；
4.启动密封搅拌釜的搅拌器，并一直开到实验结束；
5.加完料后，打开连接搅拌槽与与空压机连接阀门（此时注意要关闭空气进入洗水贮罐的阀门）。
6.观察空气进入密封搅拌釜管路上的压力表，当其读数到达规定压力（如0.2Mpa）时，开始过滤：打开连接密封搅拌釜与板框滤机管路上的过滤阀门，让料浆压入板框中，并记录不同时间τ得到的滤液量V（每隔1-3min，记录计量槽液位的高度与时间间隔）以及相应的压力表读数（此时注意洗水贮罐进入板框