板框過濾機的過濾實驗
一、實驗目的
1、熟悉板框過濾機的結構。
2、學會板框過濾機的操作方法。
3、測定一定物料恒壓過濾方程中的過濾常數K和qe,確定恒壓過濾方程。
二、實驗原理
過濾是一種能將固體物截流而讓流體通過的多孔介質，將固體從液體或氣體中分離出來的過程。在勢能差Δ（p+ρgz)不變的情況下，過濾速度在不斷地降低，即u=dV/(Adτ)在不斷地減小。式中A代表過濾面積，τ代表過濾時間，V代表濾液量。
影響過濾速度的主要因素初勢能差、濾餅厚度外，還有濾餅和懸浮液的性質、懸浮液溫度、過濾介質的阻力等。
利用流體通過固體床壓降的簡化數學模型，尋求濾液量q與時間τ的關系。在低雷諾數下，可用康采尼的計算式，即：
三、實驗裝置和流程
1、裝置
實驗裝置由配料桶、供料泵、圓形過濾機、過濾機量筒及空氣壓縮機等組成�？蛇M行過濾、洗滌和吹干三項操作過程。碳酸鈣（CaCO3）或碳酸鎂（MgCO3）的懸浮液在配料桶內配制成一定濃度后，為阻止沉淀，料液有供料泵管路循環。配料桶中用壓縮空氣攪拌，漿液經過過濾機過濾后，濾液流入計量筒。過濾完畢后，亦可用洗滌水洗滌和壓縮空氣吹干。
2、實驗流程
本實驗的流程如下圖所示。圖中給出了兩套裝置的流程。
對于不可壓縮的濾餅，由上式可以導出過濾速度的計算式為：
式中：qe=Ve/A,Ve為形成與過濾介質阻力相等的濾餅層所得的濾液量m3；r為濾餅的比阻1/m2;v為單位體積濾液所得到的濾餅的體積m3/m3;μ為濾液的粘度Pa·s；K為過濾常數m2/s。
在恒壓差過濾時，上述微分方程積分后可得：q2+2qqe=Kτ。
由上述方程可計算在過濾設備、過濾條件一定時，過濾一定濾液量所需要的時間或者在過濾時間、過濾條件一定是為了完成一定生產任務，所需要的過濾設備大小。
在利用上述方程計算時，需要知道K、qe等常數，而K、qe常數只有通過實驗才能測定。在用實驗方法測定過濾常數時，需將上述方程變換成如下形式：
qe
因此，實驗時只要維持操作壓強恒定，計取過濾時間和相應的濾液量以τ/q~q作圖得直線。讀取直線斜率1/K和截距2qe/K值，進而計算K和qe的值。
若在恒壓過濾的時間內已通過單位過濾面的濾液q1，則在τ1和τ2及q1至q2范圍內將上述微積分方程積分整理后得：
(q-q1)+(q1+qe)
上述表明q-q1和（τ-τ1）/（q-q1）為線性關系，從而能方便地求出過濾常數K和qe。
用最小二乘法回歸直線方程時，設回歸方程為y=α+βx,則β=[(xy)平均-x平均y平均]/[(x2)平均-(x平均)2]，α=y平均-βx平均。
四、實驗操作步驟及要點
1、實驗可選用CaCO3粉末配制成濾漿，其量約占料桶的2/3左右，配制濃度在8.0B°左右（約10%，wt）
2、料桶內濾漿可用壓縮空氣和循環泵進行攪拌，桶內表壓強控制在0~0.1MPa，不能超過料桶承受的壓強0.14MPa。
3、濾布在裝上之前要先用水浸濕。
4、實驗操作前，應先讓供料泵通過循環管路，循環操作一段時間，過濾時也要保證料液循環。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泵，以防止CaCO3在泵體內沉積。
5、實驗初始階段不是恒壓操作。因此可采用二只秒表交替計時，記下時間和濾液量，并確定恒壓開始時間τ1和相應的濾液量q1。過濾壓強不要超過0.08MPa。
6、當濾液量很少時，濾渣已充滿濾框后，過濾階段可結束。
五、實驗數據記錄
過濾物系：輕質碳酸鈣 計量筒直徑： 圓板過濾器直徑：內徑150mm
框厚： 過濾操作壓強： 料液濃度： 料液溫度：
序號 |
時間間隔（s) |
間隔中的濾液量（L) |
1(恒壓前） |
20.5 |
0.45 |
2 |
15 |
0.65 |
3 |
15 |
0.55 |
4 |
15 |
0.39 |
5 |
15 |
0.38 |
6 |
15 |
0.31 |
7 |
15 |
0.3 |
8 |
15 |
0.27 |
9 |
15 |
0.24 |
10 |
15 |
0.234 |
11 |
15 |
0.21 |
12 |
15 |
0.19 |
13 |
15 |
0.179 |
14 |
15 |
0.164 |
六、實驗數據處理
數據處理結果如表所示，以序號2為例寫出計算過程。
序號 |
時間間隔Δτ(s) |
間隔濾液量ΔV（ |
累積濾液量V ( |
累積q |
累積時間τ (s) |
Δτ/Δq |
(q-q1) |
|
1 |
20.5 |
0.00045 |
0.0255 |
0.00045 |
0.0255 |
20.5 |
||
2 |
15 |
0.00065 |
0.0368 |
0.0011 |
0.0623 |
35.5 |
407.84 |
0.0368 |
3 |
15 |
0.00055 |
0.0311 |
0.00165 |
0.0934 |
50.5 |
441.71 |
0.0679 |
4 |
15 |
0.00039 |
0.0221 |
0.00204 |
0.1155 |
65.5 |
500.01 |
0.0900 |
5 |
15 |
0.00038 |
0.0215 |
0.00242 |
0.1370 |
80.5 |
538.05 |
0.1115 |
6 |
15 |
0.00031 |
0.0176 |
0.00273 |
0.1546 |
95.5 |
581.10 |
0.1291 |
7 |
15 |
0.00030 |
0.0170 |
0.00303 |
0.1715 |
110.5 |
616.23 |
0.1460 |
8 |
15 |
0.00027 |
0.0153 |
0.0033 |
0.1868 |
125.5 |
650.81 |
0.1613 |
9 |
15 |
0.00024 |
0.0136 |
0.00354 |
0.2004 |
140.5 |
686.01 |
0.1749 |
10 |
15 |
0.00023 |
0.0132 |
0.003774 |
0.2137 |
155.5 |
717.42 |
0.1882 |
11 |
15 |
0.00021 |
0.0119 |
0.003984 |
0.2256 |
170.5 |
749.77 |
0.2001 |
12 |
15 |
0.00019 |
0.0108 |
0.004174 |
0.2363 |
185.5 |
782.66 |
0.2108 |
13 |
15 |
0.00018 |
0.0101 |
0.004353 |
0.2465 |
200.5 |
814.65 |
0.2210 |
14 |
15 |
0.00016 |
0.0093 |
0.004517 |
0.2557 |
215.5 |
846.94 |
0.2302 |
解：間隔濾液量ΔV=0.65÷1000=0.00065m3
累積濾液量V=ΔV1+ΔV2=0.00045+0.00065=0.0011
累積q=Δq1+Δq2=0.0255+0.0368=0.0623
累積時間τ=20.5+15=35.5s
q-q1=0.0623-0.0255=0.0368
七、實驗結果及討論
1、將表中數據描點，根據直線的斜率和截距求出K和
由圖可知，直線的斜率和截距分別為6051.1和81.922，即
2、用最小二乘法求斜率和截距并求出K和
答：設Y=
3、本實驗如何洗滌濾餅？
答：采用橫穿洗滌法，洗滌液穿過兩層濾布及整個厚度的濾餅，流徑長度約為過濾終了時濾液流動路徑的兩倍，而洗滌液流通的面積又僅為過濾面積的一半。
4、本實驗如何吹干濾餅？
答：隨著過濾時間的增加，被截留在濾紙上的雜質越來越多，使濾餅厚度不斷增加，這樣使過濾阻力變大，灌內氣壓升高，當氣壓升高到一定程度時需要排渣。停止向灌內輸入待濾液并將壓縮空氣經溢流管吹入罐內，將罐內待濾液壓入另一臺過濾機或其他容器內，并吹干濾餅。
5、在本實驗的裝置上如何測定濾餅的壓縮指數s和物料特性常數k？
答：改變實驗所用的過濾壓差△p，可測得不同的K值，由K的定義式兩邊取對數得lgK=(1-s)lg(△p)+lg(2k)在實驗壓差范圍內，若k為常數，則lgK~lg(△P)的關系在直角坐標上應是一條直線，直線的斜率為（1-s）,可得濾餅壓縮性指數s，由截矩可得物料特性常數k。