恒压过滤常数的测定

恒压过滤常数的测定

一、 实验目的及任务

i. 熟悉板框压滤机的构造和操作方法。 ii. 通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。

iii. 学会测定过滤常数K、 、 及压缩性指数s的方法。

iv. 了解操作压力对过滤速率的影响，掌握过滤问题的简化工程处理方法。 二、 基本原理

过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒北截留下来，从而实现固液分离。过滤操作中，随着过滤过程的进行，固体颗粒的厚度不断增加，故恒压过滤操作中，过滤速率不断降低。

影响过滤速率的主要因数除压强差、滤饼厚度外，还与滤饼和悬浮液的性质、悬浮液温度、过滤介质的阻力等有关。

过滤速率基本方程式

2Δ 1

= 1 式中 V— τ时间内的滤液量，m3； τ— 过滤时间，s； Δp— 过滤压降，Pa； μ— 滤液黏度，Pa·s； A— 过滤面积，m2；

s— 滤饼压缩性指数，量纲一，一般s=0~1，对不可压缩滤饼，s=0； r’— 单位压强差下的比阻，1/m2；

ν— 滤饼体积与相应滤液体积之比，量纲一； Ve— 虚拟滤液体积，m3。

恒压过滤时，令 =2Δ 1 =2 Δ 1

， =

，

=，对式 1 积分得 + +

2= = 2

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，由物料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，必须首先知道K、qe、τe、而这三个过滤常数需由实验测定。

对式 2 微分得 =2 +2

用 代替

，得

=2 2

+

将Δτ/Δq对q的平均值标绘，在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔Δτ，和对应的滤液量体积ΔVi可计算出一系列Δτi/Δqi、qi的平均值。在直角坐标系中绘制Δτ/Δq~q的函数关系，得一直线。其斜率为2/K=a/b，截距为2qe/K=c，可求得K和qe,再根据τe=qe2/K，可得τe.

改变过滤压差Δp，可测得不同的K的定义式两边取对数得：

lg = 1 lg +lg 2

在实验压差范围内，若k为常数，则lgK~lg(ΔP)的关系在直角坐标上应该是一条直线，斜率为（1－s），可得滤饼压缩性指数s，进而确定物料特性常数k。 三、 实验装置与流程

1) 实验装置

本实验由空压机、配料槽，搅拌釜、板框过滤机等组成，其流程如图1所示。

图1 恒压过滤常数实验带控制点的工艺流程图

2) 实验流程

CaCO3的悬浮液在配料槽内配制一定浓度后，用泵抽入搅拌釜中，开搅拌使CaCO3不致沉降；开空压机，控制系统压力恒定，利用压缩空气的压力将滤浆送

入板框过滤机过滤，滤液流入烧杯计量。实验毕，系统压力从原料液搅拌釜上的放空阀排出。 3) 装置参数

表1 板框过滤装置参数

四、 实验步骤及注意事项

1. 过滤实验

i. 配制含CaCO33%~5%（wt%）的水悬浮液，用泵抽入原料釜，关闭进料阀门，开釜底阀，用泵使料液循环，同时开搅拌，使CaCO3悬浮液搅拌均匀。 ii. 关泵。开启空压机，将压缩空气通入搅拌釜。

iii. 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（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）。

iv. 调节搅拌釜的压力到需要值。主要依靠控制面板对釜压力进行设定，由压力传感器对空压机进行自动调节。

v. 最大压力不要超过0.3MPa，要考虑各个压力值得分布，从低压过滤开始做实验较好。

vi. 每次实验应在滤液从汇集管刚流出时开始计时，每次ΔW取200~300g左右，记录相应的过滤时间Δτ。要熟练双秒表轮流读数的方法

vii. 待滤渣装满框时即可停止过滤（以滤液量显著减少到一滴一滴地流出为准）。 viii. 每次滤液滤饼均收集在小桶内，滤饼弄碎后重新倒入料浆桶中。实验结束后冲洗滤框、滤板及滤布，滤板应当用刷子刷洗。 2. 测定洗涤速率

若需测定洗涤速率和过滤最终的关系，则可通入洗涤水（记住要将旁路阀关闭），并记录洗涤水量和洗涤时间；若需吹干滤饼，则可通入压缩空气。实验结束后，停止空气压缩机，关闭进料泵，拆开过滤机，去出滤饼，并将滤布洗净。如长期不用，则可在配料桶搅拌及进料泵启动情况下，打开放净阀，将剩余浆料排除，并通入部分清水，清洗釜、供料泵及管道。

五、 实验数据记录与处理

数据处理：

P=50kPa

P=80kPa

P=110kPa

序号2 P=50kPa A=0.0216m2 ρ=998.2kg/m3 单位过滤面积的滤液体积：

Δq=ΔV/A=0.000200361/0.0216=0.00927596 (m3/m2) Δτ/Δq=39/0.00927596=4204.42 (s/m)

q1=0 ；q2= q1+Δq=0.009276 … qn= qn-1+Δq q=( q1+ q2)/2=0.004638

q~q的关系曲线，从图中读出斜率可求得K

不同压力下的K值

P=50kPa

由斜率slope=2/K1=15989，K1=0.000125086 (m2/s) Intercept=2qe/K=4077 ，qe=0.254987804 (m3/m2)

将不同压力下测得的K值作为lgK~lgΔp曲线，如图

拟合所得直线斜率slope=(1-s)=0.6654，intercept=lg(2k)=-5.03129则 滤饼压缩性指数s=0.3346；物料特性常数k=4.6×10-6

过滤速率基本方程式

2

Δ 1

0.02162

4.6× 6

0.6654 =10Δ ( + = )V+Ve

一定范围内，压力Δp增大，过滤常数K，单位过滤面积的虚拟滤液体积qe均随之增大。 六、 实验结果分析与讨论

A. 结果分析

1. 过滤时，用压缩空气将滤浆送入压滤机，由通道进入滤框，滤液穿过滤布经

滤板的凹槽流进滤板的滤液通道，形成滤液。

2. 滤浆浓度越大，过滤常数K值越小；操作压强越大，过滤常数值越大。 B. 思考题

1. 为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清?

答：在过滤中，主要靠滤饼层。刚开始没有滤饼，空隙较大的滤布使较小的颗粒漏过，过滤效果不佳，随着滤饼层的增厚，滤液就会变清。

2. 当操作压力增加一倍时，其K值是否也增加一倍?要得到同样重量的滤液，其

过滤时间是否缩短了一半?

答：过滤压强增加一倍，其K值也增加一倍。得到同样的重量的滤液，其过滤时间不会缩短一般。

3. 滤浆浓度和过滤压力对K值有何影响?

答： =2 1 ； =1

；μ为滤液粘度，r为比阻，c为浓度。

所以，一般情况下，滤浆浓度越大，过滤常数K越小；过滤压强 越大，过滤常数也越大。

4. 影响过滤速率的主要因素有哪些?

答：过滤压差、过滤介质的性质、构成滤饼的颗粒特性、滤饼厚度等。