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板框过滤实验 实验指导教师:. 过滤概述 一般地,化工生产中所遇到的混合物可分为两大类, 即均相混合物和非均相混合物。其中非均相混合 物包括固 -- 液混合物 ( 如悬浮液 ) 等,其特点是体系 内具有明显的两相界面,可用一般的机械方法进 行分离,如过滤方法。 过滤是以某种多孔介质来处理悬浮液的操作。在外.

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Παρουσίαση με θέμα: "板框过滤实验 实验指导教师:. 过滤概述 一般地,化工生产中所遇到的混合物可分为两大类, 即均相混合物和非均相混合物。其中非均相混合 物包括固 -- 液混合物 ( 如悬浮液 ) 等,其特点是体系 内具有明显的两相界面,可用一般的机械方法进 行分离,如过滤方法。 过滤是以某种多孔介质来处理悬浮液的操作。在外."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 板框过滤实验 实验指导教师:

2 过滤概述 一般地,化工生产中所遇到的混合物可分为两大类, 即均相混合物和非均相混合物。其中非均相混合 物包括固 -- 液混合物 ( 如悬浮液 ) 等,其特点是体系 内具有明显的两相界面,可用一般的机械方法进 行分离,如过滤方法。 过滤是以某种多孔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 体颗粒被截留下来, 从而实现固、液分离。 分类:根据过滤推动力的不同,过滤可分为压力差 过滤(又分为常压过滤、加压过滤、真空过滤) 和离心过滤。 应用:化工等行业中的非均相固液分离。

3 实验目的 1 、熟悉实验装置的结构和操作方法; 2 、测定在恒压操作时的过滤常数 K , q e , t e ,并以实验所得结果验证过滤方程式, 增进对过滤理论的理解; 3 、掌握过滤问题的简化工程处理方法; 4 、改变压强差重复上述操作,测定压缩指 数 s 和物料特性常数 k 。

4 实验原理 过滤是借助于一种能将固体物截留而让流体 通过的多孔介质,将固体物从液体或气体中分离 出来的一种化工单元操作过程。过滤分为恒压过 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,滤饼的厚度随着过滤过 程进行不断增加,如滤饼两侧的压力差一定,流 体流过固体颗粒之间的孔道加长,使流体阻力增 大,其过滤速率逐渐下降。保持压力差不变的操 作称为恒压过滤;如要保持过滤速率不变,就必 须不断增加滤饼两侧的压力差,保持过滤速率不 变的操作称为恒速过滤。

5 在实际生产过程中,过滤可以用于气 体的净化,但更常用于悬浮液等固 -- 液 混合物的分离。此时,将固 -- 液混合物 称为滤浆,滤出的固体称为滤渣或滤饼, 滤出的液体称为滤液。

6 过滤速率方程 过滤速率基本方程式的一般形式为: 式中: V---t 时间内的滤液量( m 3 ); Ve--- 虚拟滤液的体积,它是形成相当于过滤介质阻力的一层滤饼时, 应得到的滤液量 ( m 3 ); ΔP--- 过滤压力差( Pa ); A--- 过滤面积( m 2 ); μ--- 滤液粘度( Pa · s ); t--- 相当于得到滤液 V 所需的过滤时间( s ); r 单位压力差下滤饼的比阻( 1/m 2 ); c--- 滤饼体积与相应的滤液体积之比( m 3 滤饼 /m 3 滤液); s--- 滤饼压缩指数。

7 ( 1 )恒压过滤方程式 考虑过滤介质阻力时, 或 不计过滤介质阻力时, 或 式中: q--- 单位过滤面积的滤液量 q=V/A ( m 3 /m 2 ); q e --- 单位过滤面积的虚拟滤液量( m 3 /m 2 ); t e --- 相当于得到滤液 V e 所需的过滤时间( s ); K--- 过滤常数,其值需由实验测定 。

8 恒压过滤的特点 恒压过滤的特点是 Δp 、 K 均为常数, 但因滤饼越来越厚,因此过滤速度越来 越小, V (或 q )随 t 的增大而增大的速度 越来越缓慢。所以,恒压过滤时应选择 合适的过滤时间。

9 ( 2 )恒速过滤方程式 考虑过滤介质阻力时, 或 不计过滤介质阻力时, 或

10 恒速过滤的特点 恒速过滤的特点是过滤速度 u 为 常数,而 Δp 、 K 和 q 均随 t 的增大而增 大。

11 鉴于恒压过滤与恒速过滤的各自 优缺点,工业上一般将二者结合起来 操作,即先进行短时间的恒速过滤, 逐渐增大操作压力直至达到额定操作 压力,然后再进行恒压过滤。

12 本实验在恒压状态下进行 可以预测,在恒定压差下,过滤速率与过滤时 间之间的关系如下图 4--1 所示,单位面积的累计滤 液量与过滤时间的关系则应如下图 4--2 所示。

13 在恒压过滤时,上述微分方程积分后, 可得: 利用上式计算时,需要知道 K 和 q e 等 常数,而这些常数只有通过实验才能测 定。

14 过滤常数 K 的确定 在用实验方法测定过滤常数时,而将上式方程 变换成如下形式: 或 因此实验时,只要维持操作压强恒定,记录 过滤时间和相应的滤液量,以 作图得一 直线,读取直线斜率 2/K 和截距 2q e /K ,求取过滤 常数 K 和 q e ,再 由求出 t e 。

15 改变实验所用的过滤压差,可测得不同的 K 值,由 两边取对数,得: 当 k 为常数时,在双对数坐标纸上标绘得 K 与 Δp 应是一条直线,该直线斜率为 (1-s) , 截距为 2k ,从而求得 s 和 k 。

16 实验装置及流程 碳酸钙(或碳酸镁)悬浮液在配料 桶配置一定浓度后,用压缩空气搅拌, 料液由供料泵管路循环,以防止碳酸钙 沉淀。滤浆在一定压力下进入过滤机, 经过滤机过滤后,滤液流入计量筒,碳 酸钙颗粒截留在滤布上形成滤饼,过滤 完毕后,亦可用水洗涤和压缩空气吹干 滤饼。

17 流程示意图 恒压过滤实验流程示意图

18 实验装置主要部件及技术指标 主要部件包括:储浆罐、气路稳压系统、 电动搅拌器、调速器、调浆桶、滤液接 受槽、板框过滤机及电子秤等几部分组 成。 主要技术指标:过滤实验过程,操作压力 控制在 0.05 ~ 0.1MPa 之间。

19 实验步骤 (1) ( 1 )熟悉实验装置流程,检查所有阀门是否都关闭(除料浆循环阀 外),检查压力表是否正常; ( 2 )用碳酸钙( CaCO 3 )粉末配制滤浆,其量约占配料桶的 1/2 ~ 2/3 , CaCO 3 的质量百分数为 8% 左右; ( 3 )滤浆桶中通入压缩空气进行搅拌,并作为过滤时的实验操作压力 (一般压力调到 5×10 4 Pa 左右); ( 4 )将滤布浸湿,再组装过滤器; ( 5 )调节过滤压力并维持恒定,具体办法为:①关闭空压机出口阀, 至压力升到控制压力 0.5MPa (空压机控制压力)附近时缓慢开启该 阀;②当管路中压力达到恒定操作压力时,停止空压机出口阀调节 并使管路压力恒定( 0.5MPa ); ( 6 )压力恒定后,开始进行过滤,待滤液流出时,用两只秒表交替地 测量流出一定体积滤液所需时间(一般是清液每增加 1cm ,记录一 次时间),实验过程中要使压力稳定在 5×10 4 Pa 左右;

20 实验步骤 (2) ( 7 )当滤液量很少,滤渣已充满滤框后,过滤阶段可 结束; ( 8 )若需洗涤或要求洗涤速率和过滤最终速率关系时, 可通入洗涤水,并记下洗涤水量和时间; ( 9 )若需吹干滤饼,则通入压缩空气; ( 10 )实验结束后,停止空压机,关闭循环泵,开启微 调器,降压至零; ( 11 )拆开过滤器,取出滤饼,再将滤布冲洗干净; ( 12 )过滤结束后,应关闭料桶上的出料阀,打开旁路 上清水管路清洗供料管、循环泵、过滤机,以防止碳 酸钙在管内沉结。最后关闭电源。

21 实验记录及数据处理 1. 原始数据记录 原始数据记录 2. 实验数据处理表 实验数据处理表 3. 实验结果 实验结果

22 1. 原始数据记录 空压机表压: MPa ;配料桶表压: MPa ; 过滤机号: ;过滤器直径: 。 序号 滤液量 V/mL 过滤时间 t/s 过滤表压强 /MPa 备注 …

23 2. 实验数据处理表 序号备注 …

24 3. 实验结果 过滤常数 K 虚拟滤液量 q e 虚拟过滤时间 t e 过滤压缩指数 s 过滤方程式

25 实验报告要求 1. 以累计滤液量 q 对时间 t 作图; 2. 以 Δt/Δq ~ q 或 t/q ~ q 作图,求出过滤常数 K 、 q e 、 t e 、 s 、 k ; 3. 写出完整的过滤方程式; 4. 求出洗涤速率并和最终过滤速率比较。

26 实验注意事项 1 、过滤漏斗的安装,应把漏斗浸没在滤浆中一定 深度,让过滤介质平行于液面,以防止被空气抽 干,造成滤饼厚度不均匀。 2 、启动搅拌器前,用手旋转一下搅拌轴以保证顺 利启动搅拌器。将调速钮调在最小位置,打开调 速器开关,将调速钮从小到大位调节,不允许在 高速档状态下启动,转速出现异常时或实验完毕 后将调速钮调至最小位置。 3 、用放空阀调节系统内的压力。控制系统内的真 空度恒定,以保证恒压状态下进行操作实验。

27 实验思考题 1. 过滤刚开始时,为什么滤液经常是浑浊的? 2. 在恒压过滤时,要提高过滤速率,可采取哪些措施? 3. 当操作压强增加 1 倍,其K值是否也增加 1 倍?当要得到 同样的过滤量时,其过滤时间是否缩短一半? 4. 在恒压过滤中,初始阶段为何不采取恒压操作? 5. 若滤液的粘度比较大,你考虑可用什么方法改善过滤速 率? 6. 恒压过滤时,要增加过滤速率,可行的措施有哪些? 7. 在恒压过滤中,为什么要选择合适的操作压强?压缩空 气在本实验过程中的作用是什么?


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