化工原理恒壓過(guò)濾常數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、恒壓過(guò)濾常數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 熟悉板框壓濾機(jī)的構(gòu)造和操作方法。2. 通過(guò)恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證過(guò)濾基本理論。 3. 學(xué)會(huì)測(cè)定過(guò)濾常數(shù)K、qe、e及壓縮性指數(shù)s的方法。 4. 了解過(guò)濾壓力對(duì)過(guò)濾速率的影響。二、基本原理 過(guò)濾是以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)來(lái)處理懸浮液以達(dá)到固、液分離的一種操作過(guò)程，即在外力的作用下，懸浮液中的液體通過(guò)固體顆粒層（即濾渣層）及多孔介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來(lái)形成濾渣層，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離。因此，過(guò)濾操作本質(zhì)上是流體通過(guò)固體顆粒層的流動(dòng)，而這個(gè)固體顆粒層（濾渣層）的厚度隨著過(guò)濾的進(jìn)行而不斷增加，故在恒壓過(guò)濾操作中，過(guò)濾速度不斷降低。 過(guò)濾速度u定義為單位時(shí)間單位過(guò)濾面

2、積內(nèi)通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的濾液量。影響過(guò)濾速度的主要因素除過(guò)濾推動(dòng)力（壓強(qiáng)差）p，濾餅厚度L外，還有濾餅和懸浮液的性質(zhì)，懸浮液溫度，過(guò)濾介質(zhì)的阻力等。 過(guò)濾時(shí)濾液流過(guò)濾渣和過(guò)濾介質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程基本上處在層流流動(dòng)范圍內(nèi)，因此，可利用流體通過(guò)固定床壓降的簡(jiǎn)化模型，尋求濾液量與時(shí)間的關(guān)系，可得過(guò)濾速度計(jì)算式： （1）式中：u 過(guò)濾速度，m/s； V 通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的濾液量，m3； A 過(guò)濾面積，m2； 過(guò)濾時(shí)間，s； q 通過(guò)單位面積過(guò)濾介質(zhì)的濾液量，m3/m2； p 過(guò)濾壓力（表壓）pa ； s 濾渣壓縮性系數(shù)； 濾液的粘度，Pa.s； r 濾渣比阻，1/m2； C 單位濾液體積的濾渣體積，m3/m3； Ve

3、 過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，m3； r 濾渣比阻，m/kg； C 單位濾液體積的濾渣質(zhì)量，kg/m3。 對(duì)于一定的懸浮液，在恒溫和恒壓下過(guò)濾時(shí)，、r、C和p都恒定，為此令： （2）于是式（1）可改寫為： （3）式中：K過(guò)濾常數(shù)，由物料特性及過(guò)濾壓差所決定，m2/s將式（3）分離變量積分，整理得： （4）即 V2+2VVe=KA2 （5）將式（4）的積分極限改為從0到Ve和從0到積分，則： Ve2=KA2 （6）將式（5）和式（6）相加，可得： 2(V+Ve)dv= KA2(+e) (7)式中：虛擬過(guò)濾時(shí)間，相當(dāng)于濾出濾液量Vee所需時(shí)間，s。 再將式（7）微分，得： 2(V+Ve)dv= KA2

4、d （8） 將式（8）寫成差分形式，則 （9） 式中：q 每次測(cè)定的單位過(guò)濾面積濾液體積（在實(shí)驗(yàn)中一般等量分配），m3/ m2； 每次測(cè)定的濾液體積所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，s；q 相鄰二個(gè)q值的平均值，m3/ m2。 以/q為縱坐標(biāo)，q為橫坐標(biāo)將式（9）標(biāo)繪成一直線，可得該直線的斜率和截距， 斜率： S= 2k截距： I= 2kqe則， K= 2S,m2/s改變過(guò)濾壓差P，可測(cè)得不同的K值，由K的定義式（2）兩邊取對(duì)數(shù)得： (10) 在實(shí)驗(yàn)壓差范圍內(nèi)，若B為常數(shù)，則lgKlg(p)的關(guān)系在直角坐標(biāo)上應(yīng)是一條直線，斜率為(1-s)，可得濾餅壓縮性指數(shù)s。 三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由空壓機(jī)、配料槽、壓力

5、料槽、板框過(guò)濾機(jī)等組成，其流程示意如圖1。 圖1 板框壓濾機(jī)過(guò)濾流程 1空氣壓縮機(jī)；2壓力灌；3安全閥；4，5壓力表；6清水罐；7濾框； 8濾板；9手輪；10通孔切換閥；11調(diào)壓閥；12量筒；13配料罐；14地溝 MgCO3的懸浮液在配料桶內(nèi)配制一定濃度后，利用壓差送入壓力料槽中，用壓縮空氣加以攪拌使MgCO3不致沉降，同時(shí)利用壓縮空氣的壓力將濾漿送入板框壓濾機(jī)過(guò)濾，濾液流入量筒計(jì)量，壓縮空氣從壓力料槽上排空管中排出。 板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸：框厚度20mm，每個(gè)框過(guò)濾面積 0.0177m2，框數(shù)2個(gè)。 空氣壓縮機(jī)規(guī)格型號(hào)：風(fēng)量0.06m3/min，最大氣壓0.8Mpa。 四、實(shí)驗(yàn)步驟1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

6、 （1）配料：在配料罐內(nèi)配制含MgCO31030（wt. %）的水懸浮液，（2）攪拌：開啟空壓機(jī)，將壓縮空氣通入配料罐（空壓機(jī)的出口小球閥保持半開，進(jìn)入配料罐的兩個(gè)閥門保持適當(dāng)開度），使MgCO3懸浮液攪拌均勻。攪拌時(shí)，應(yīng)將配料罐的頂蓋合上。 （3）設(shè)定壓力：分別打開進(jìn)壓力灌的三路閥門，空壓機(jī)過(guò)來(lái)的壓縮空氣經(jīng)各定值調(diào)節(jié)閥分別設(shè)定為0.1MPa、0.2MPa和0.25MPa（出廠已設(shè)定，實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要再調(diào)壓。若欲作0.25MPa以上壓力過(guò)濾，需調(diào)節(jié)壓力罐安全閥）。設(shè)定定值調(diào)節(jié)閥時(shí)，壓力灌泄壓閥可略開。 （4） 裝板框：正確裝好濾板、濾框及濾布。濾布使用前用水浸濕，濾布要繃緊，不能起皺。濾布緊貼濾板

7、，密封墊貼緊濾布。（注意：用螺旋壓緊時(shí)，千萬(wàn)不要把手指壓傷，先慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使板框合上，然后再壓緊）。 （5）灌清水：向清水罐通入自來(lái)水，液面達(dá)視鏡2/3高度左右。灌清水時(shí)，應(yīng)將安全閥處的泄壓閥打開。 （6）灌料：在壓力罐泄壓閥打開的情況下，打開配料罐和壓力罐間的進(jìn)料閥門，使料漿自動(dòng)由配料桶流入壓力罐至其視鏡1/22/3處，關(guān)閉進(jìn)料閥門。 2過(guò)濾過(guò)程 （1）鼓泡：通壓縮空氣至壓力罐，使容器內(nèi)料漿不斷攪拌。壓力料槽的排氣閥應(yīng)不斷排氣，但又不能噴漿。 （2）過(guò)濾：將中間雙面板下通孔切換閥開到通孔通路狀態(tài)。打開進(jìn)板框前料液進(jìn)口的兩個(gè)閥門，打開出板框后清液出口球閥。此時(shí)，壓力表指示過(guò)濾壓力，清液出口流出

8、濾液。 （3）每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)在濾液從匯集管剛流出的時(shí)候作為開始時(shí)刻，每次V取800ml左右。記錄相應(yīng)的過(guò)濾時(shí)間。每個(gè)壓力下，測(cè)量810個(gè)讀數(shù)即可停止實(shí)驗(yàn)。若欲得到干而厚的濾餅，則應(yīng)每個(gè)壓力下做到?jīng)]有清液流出為止。量筒交換接濾液時(shí)不要流失濾液，等量筒內(nèi)濾液靜止后讀出V值。（注意：V約800ml時(shí)替換量筒，這時(shí)量筒內(nèi)濾液量并非正好800ml。要事先熟悉量筒刻度，不要打碎量筒），此外，要熟練雙秒表輪流讀數(shù)的方法。 （4）一個(gè)壓力下的實(shí)驗(yàn)完成后，先打開泄壓閥使壓力罐泄壓。卸下濾框、濾板、濾布進(jìn)行清洗，清洗時(shí)濾布不要折。每次濾液及濾餅均收集在小桶內(nèi)，濾餅弄細(xì)后重新倒入料漿桶內(nèi)攪拌配料，進(jìn)入下一個(gè)壓力實(shí)驗(yàn)。注

9、意若清水罐水不足，可補(bǔ)充一定水源，補(bǔ)水時(shí)仍應(yīng)打開該罐的泄壓閥。 3清洗過(guò)程 （1）關(guān)閉板框過(guò)濾的進(jìn)出閥門。將中間雙面板下通孔切換閥開到通孔關(guān)閉狀態(tài)（閥門手柄與濾板平行為過(guò)濾狀態(tài)，垂直為清洗狀態(tài)）。 （2）打開清洗液進(jìn)入板框的進(jìn)出閥門（板框前兩個(gè)進(jìn)口閥，板框后一個(gè)出口閥）。此時(shí)，壓力表指示清洗壓力，清液出口流出清洗液。清洗液速度比同壓力下過(guò)濾速度小很多。 （3）清洗液流動(dòng)約1min，可觀察混濁變化判斷結(jié)束。一般物料可不進(jìn)行清洗過(guò)程。結(jié)束清洗過(guò)程，也是關(guān)閉清洗液進(jìn)出板框的閥門，關(guān)閉定值調(diào)節(jié)閥后進(jìn)氣閥門。 4實(shí)驗(yàn)結(jié)束 （1） 先關(guān)閉空壓機(jī)出口球閥,關(guān)閉空壓機(jī)電源。 （2） 打開安全閥處泄壓閥，使壓力

10、罐和清水罐泄壓。 （3） 卸下濾框、濾板、濾布進(jìn)行清洗，清洗時(shí)濾布不要折。 （4） 將壓力罐內(nèi)物料反壓到配料罐內(nèi)備下次使用，或?qū)⒃摱尬锪现苯优趴蘸笥们逅疀_洗。 五、數(shù)據(jù)處理1.實(shí)驗(yàn)記錄過(guò)濾面積A0.0177×2=0.0254m2表1壓差為0.1GPa下的過(guò)濾數(shù)據(jù)試驗(yàn)次數(shù)/sV/×10-6m3q/qqnq(平均值)1747800.0220338983358.4615380.214689270.10734462906100.0172316385222.950820.2319209080.2233050893834200.0118644076995.7142860.243785

11、3150.2378531124553200.0090395486084.3750.2528248630.2483050895362000.00564971863720.2584745810.2556497226321500.00423728875520.2627118690.260593225721950.0026836167825.2631580.2653954850.2640536778221000.00282485977880.2682203430.266807914920900.0025423737866.6666670.2707627160.26949153表2表1壓差為0.2GPa

12、下的過(guò)濾數(shù)據(jù)試驗(yàn)次數(shù)/sV/×10-6m3q/qqnq(平均值)1287850.0221751411262.6751590.0221751410.01108752316300.017796611741.9047620.0399717510.0310734463264400.0124293792091.8181820.052401130.046186444263500.0098870062629.7142860.0622881350.0573446335202600.0073446332723.0769230.0696327680.0659604526192300.0064971752

13、924.3478260.0761299430.0728813567141800.0050847462753.3333330.0812146890.0786723168242600.0073446333267.6923080.0885593220.0848870059131300.00367231635400.0922316380.090395482兩種壓差下的/qq關(guān)系曲線圖2 /qq關(guān)系曲線（P=0.1GPa） 圖3 /qq關(guān)系曲線（P=0.2GPa）表3 兩種壓差下的K、qe、e值壓差/GPaK/ m.s-1qe / m3.m-2e / s0.17.349×10-54.517×10-30.280.27.358×10-533.92×10-315.633. 濾餅壓縮性指數(shù)S的求取圖4 /qq曲線（P=0.1GPa） 圖5 lgKlgP曲線 由圖4斜率為75718.7346，則K3為2.64×10-5。由圖5擬合直線斜率為0.099668，則S=1-0.99668=0.00332可知，MgCO3濾餅壓縮性指數(shù)S非常小，該濾餅不可壓縮。六、分析討論從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看我們的實(shí)驗(yàn)