化工原理实验讲义 - 图文

重庆三峡学院化学与环境工程学院 梁克中

实验四 真空恒压过滤实验

一、实验目的

1．测定恒定压力下过滤方程中的常数K，qe，τ2．熟悉过滤操作方法。

e及物料特性常数是和滤饼压缩指数

s．

二、实验原理

过滤是利用过滤介质进行液—固相分离的过程。过滤介质通常采用多孔的纺织品，如帆

布、毛毡等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力的作用下液体通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质表面上，从而使液固两相分离。 过滤操作通常分为恒压过滤和恒速过滤。在过滤过程中，由于固体颗粒不断被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增大，故在恒压过滤时，过滤速率是随时间逐渐下降的。如果想保持过滤速率不变，就必须不断增加滤饼

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两侧的压力差。前者过滤压力不变，称为恒压过滤，后者过滤速率不变，称为恒速过滤。

恒压过滤方程：

(V + Ve )2 ＝ K A2(τ +τe) (4—1) 式中 V — 滤液体积，m3；

τ — 过滤时间，s；

Ve — 过滤介质的当量滤液体积，m3；

τe — 与得到当量滤液体积Ve相对应的过滤时间，s； A — 过滤面积，m2；

K — 过滤常数，m2/s，包含物料特性常数k是和操作压力ΔP参数，表示为 K ＝ 2ΔP 1-s/μr0v ＝ 2kΔP 1-s

式中 ΔP — 滤饼两侧压力差，N／m2； s — 滤饼压缩指数；

k — 表征过滤物料的特性常数，m4／N·s或m2／Pa·s，对一定的悬浮液是常数；

μ — 滤液粘度，Pa·s；

r0 — 单位压力下滤饼的比阻，l／m2；

v — 过滤单位滤液体积时生成的滤饼体积，m3／m3．

通常，在一定条件下过滤某种物料，过滤方程的常数K，Ve和τe都是通过实验测定 为了便于测定这些常数，令q ＝ V/A，qe ＝ Ve ／A，改写过滤方程式(4—1)为：

(q + qe)2 ＝ K (τ +τe) (4—2) 式中

q — 过滤时间为τ时，单位过滤面积过滤得到的滤液量，m3／m3；

qe — 设想形成一层滤饼，其阻力与过滤介质阻力相等时，单位过滤面积通过的滤 液量，m3／m3．

将式(4—2)微分并整理得：

2(q +qe) dq ＝ K dτ dτ/dq ＝ 2q/K +2qe/ K (4—3) 将(4—3)式左侧的导数用差分代替，则成为

Δτ/Δq ＝ 2q-/ K + 2qe/ K (4—4) 式(4—4)为一直线方程，它表明，在恒定压力下过滤悬浮液，测定出不同的过滤时间τ 和滤液累计量q的数据，然后算出一系列Δτ与Δq的对应值，在普通坐标纸上以Δτ/Δq 为纵坐标，用q-(取两次测定q的平均值，即q- = (qi + qi+1)／2)为横坐标作图，可以得到一直线，其斜率为2／K，截距为2qe／K．由此求得K，qe，再通过下式求出τe．

τe ＝ qe2/ K (4—5) 为求滤饼的压缩指数s，须在不同的过滤压力差ΔP的条件下进行实验，测定出各种条件下的过滤常数K值。再由K ＝ 2kΔP 1-s 的关系，在双对数坐标纸上以K为纵坐标，以ΔP为横坐标标绘得一直线，其斜率为l-s，截距为2k，从而可求得s和k．

三、实验装置

实验装置和流程如图4—4所示。本实验将水和碳酸钙放在滤浆槽里，用搅拌器搅拌，使之成为悬浮液作为实验物料。过滤板结构如图4—4(a)所示，是由一块带有沟槽的塑料板制成，表面用帆布作过滤介质，在真空下吸滤，滤液通过计量筒计量，滤渣被截留在过滤介质表面上形成滤饼。系统的真空是利用一个循环水泵带动真空喷射泵产生。过滤压力即系统的真空度可通过真空度调节阀进行调节。

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图4—4(a) 过滤板结构图

1一过滤板；2一过滤介质(滤布)，3一固紧软绳；4一连接真空接管

四、实验步骤

1．将帆布放在过滤板上，四周拉紧，将粗线绳塞进过滤板四周的沟槽里，将帆布固定 紧，然后将过滤板按流程接人真空系统。 2．将一定量的粉状CaCO3混入已装有水的滤浆槽内，用搅拌器搅拌使之成为悬浮液体,作为滤浆。悬浮液的浓度可按需要配制。

3．开动水泵，使真空喷射泵开始工作，若系统不能造成真空，检查原因，作适当处理。 4．真空系统运转正常后，做好实验前的准备工作，首先初步调好实验时真空度，可将 连接过滤板与滤液计量筒胶管处旋塞4关闭，用真空调节阀10调节真空度。然后将计量筒加水建立零点。可取少量清水，将过滤板放入水中，打开旋塞4，靠初步调好的真空度将清水吸人计量筒内至某液位，然后关闭旋塞4。秒表回零。开动搅拌器，使滤浆成悬浮液(若已沉淀可用人力先搅拌一下)。将过滤板放人滤浆槽里固定。

5．实验测定。过滤实验是一个不稳定的操作过程，所以，过滤一开始时，同时记录过滤时间和对应得到的滤液体积。过滤真空度可选0.02，0.04和0.05MPa．每次测定10～15个数据。实验过程中注意调节真空度。滤液量和过滤时间要连续记录，滤液量的间隔最好相等，可控制液面计高度在30～50刻度左右。

6．实验结束后，关闭水泵和搅拌器的电源，并清理物料及设备恢复到实验前的状态。

五、实验数据处理

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1．利用作图法求恒压条件下的K，qe和τe．也可利用最小二乘法复验所求过滤方程 的常数。

2．求滤饼的压缩指数s及物料特性常数k．

六、讨论

1．说明过滤方程中qe和τe的意义?

2．过滤介质阻力与哪些因素有关?并写出表达式。若设其阻力保持不变，而改变操作压力，则qe值有何变化?

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