實驗3 正交試驗法在過濾研究實驗中的應(yīng)用

1、實驗3 正交試驗法在過濾研究實驗中的應(yīng)用 一、實驗?zāi)康?掌握恒壓過濾常數(shù)K的測定方法，加深對K的概念和影響因素的理解。 學(xué)習(xí)濾餅的壓縮性指數(shù)s和物料常數(shù)k的測定方法。 學(xué)習(xí)一類關(guān)系的實驗確定方法。 學(xué)習(xí)用正交試驗法來安排實驗，達到最大限度地減小實驗工作量的目的。 學(xué)習(xí)對正交試驗法的實驗結(jié)果進行科學(xué)的分析，分析出每個因素重要性的大小，指出試驗指標隨各因素變化的趨勢，了解適宜操作條件的確定方法。 二、實驗內(nèi)容 設(shè)定試驗指標、因素和水平。因課時限制，必須合作共同完成一個正交表。故統(tǒng)一規(guī)定試驗指標為恒壓過濾常數(shù)，實驗室提供的實驗條件可以設(shè)定的因素及其水平如表3-1所示，其中除濾漿濃度可以選二水平或四水

2、平外，其余因素的水平必須按表3-1選取。并假定各因素之間無交互作用。 統(tǒng)一選擇正交表，按所選正交表的表頭設(shè)計，填入與各因素水平對應(yīng)的數(shù)據(jù)，使它變成直觀的“實驗方案”表格。 分小組進行實驗，測定每個實驗條件下的過濾常數(shù)K。 對試驗指標K進行極差分析和方差分析；指出各個因素重要性的大??；討論K隨其影響因素的變化趨勢；以提高過濾速度為目標，確定適宜的操作條件。 三、實驗原理 恒壓過濾常數(shù)K的測定方法 過濾是利用過濾介質(zhì)進行液固系統(tǒng)的分離過程，過濾介質(zhì)通常采用帶有許多毛細孔的物質(zhì)如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固體顆粒的懸浮液在一定壓力的作用下液體通過過濾介質(zhì)，固體顆粒被截留在介質(zhì)表面上，從而使液固兩相

3、分離。 在過濾過程中，由于固體顆粒不斷地被截留在介質(zhì)表面上，濾餅厚度增加，液體流過固體顆粒之間的孔道加長，而使流體流動阻力增加。故恒壓過濾時，過濾速率逐漸下降。隨著過濾進行，若得到相同的濾液量，則過濾時間增加。 恒壓過濾方程 （3-1）式中：單位過濾面積獲得的濾液體積，m3 / m2； 單位過濾面積上的虛擬濾液體積，m3 / m2； 實際過濾時間，s； 過濾常數(shù)，m2/s。 將式（3-1）兩邊除以Kq可得： （3-2） 或?qū)⑹剑?-1）進行微分可得： （3-3） 式（3-2）和（3-3）都是直線方程式，于普通坐標上標繪的關(guān)系或的關(guān)系，均可得直線。通過直線斜率可求得過濾常數(shù)K。 注：當(dāng)各數(shù)據(jù)點的

4、時間間隔不大時，可用增量之比來代替。 過濾常數(shù)的定義式： （3-4） 兩邊取對數(shù) （3-5） 因，故與的關(guān)系在對數(shù)坐標上標繪時應(yīng)是一條直線，直線的斜率為，由此可得濾餅的壓縮性指數(shù)，然后代入式（3-4）求物料特性常數(shù)。 正交試驗法原理，參閱化工基礎(chǔ)實驗第3章。 四、實驗裝置 本實驗共有八套裝置，設(shè)備流程如圖3-1所示，濾漿槽內(nèi)放有已配制有一定濃度的硅藻土水懸浮液。用電動攪拌器進行攪拌使濾漿濃度均勻（但不要使流體旋渦太大，使空氣被混入液體的現(xiàn)象），用真空泵使系統(tǒng)產(chǎn)生真空，作為過濾推動力。濾液在計量瓶內(nèi)計量。 濾漿升溫靠電熱，用調(diào)壓變壓器即時調(diào)節(jié)電熱器的加熱電壓來控溫。每個濾漿內(nèi)有電熱器兩個。 濾漿

5、濃度的水平分別指存放在濾漿槽內(nèi)濃度不同的濾漿。 過濾介質(zhì)為濾布，型號為621。真空吸濾器的過濾面積為0.00385 m2。五、實驗方法 每個小組完成正交表中兩個試驗號的試驗，每個大組負責(zé)完成一個正交表的全部試驗。 同一濾漿槽內(nèi)，先做低溫，后做高溫。兩個濾漿槽內(nèi)同一水平的溫度應(yīng)相等。 每組先把低溫下的實驗數(shù)據(jù)輸入計算機回歸過濾常數(shù)。當(dāng)回歸相關(guān)系數(shù)大于0.95時，該組實驗合格，否則重新實驗。使用同一濾漿槽的兩組實驗均合格后，才能升溫。 每一大組用同一臺計算機匯總并整理全部實驗數(shù)據(jù)，每個小組打印一份結(jié)果。 每個實驗的操作步驟： 開動電動攪拌器將濾漿槽內(nèi)硅藻土料漿攪拌均勻。將真空吸濾器用清水洗凈，然后

6、按圖示安裝好，放入濾漿槽中，注意濾漿要浸沒吸濾器。 打開進氣閥，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥5。然后接通真空泵電閘。 調(diào)節(jié)進氣閥10，使真空表讀數(shù)恒定于指定值，然后打開調(diào)節(jié)閥5，進行抽濾，待計量瓶中收集的濾液量達到100 ml時，按表計時，作為恒壓過濾零點。記錄濾液每增加100 ml所用的時間。當(dāng)計量瓶讀數(shù)為800 ml時停表并立即關(guān)閉調(diào)節(jié)閥5。 打開進氣閥10和8，待真空表讀數(shù)降到零時，停真空泵。打開調(diào)節(jié)閥5，利用系統(tǒng)內(nèi)大氣壓把吸附在吸濾器上濾餅卸到槽內(nèi)。放出計量瓶內(nèi)濾液，并倒回濾漿槽內(nèi)。卸下吸濾器清洗待用。 結(jié)束實驗后，切斷真空泵、電動攪拌器電源，清洗真空吸濾器并使設(shè)備復(fù)原。1413121110987654

7、231 圖3-1 正交試驗法在過濾研究實驗中的應(yīng)用的流程圖1攪拌裝置；2溫度顯示儀；3真空吸濾器；4電熱棒；5調(diào)節(jié)閥；6濾液計量瓶；7放液閥；8放液閥；9真空表；10進氣閥；11緩沖罐；12調(diào)節(jié)閥；13真空泵；14濾漿槽 六、注意事項 每次實驗前都必須認真核對將做的實驗是否符合正交表中因素和水平的規(guī)定。 每個人實驗的好壞，都會對整個大組的實驗結(jié)果產(chǎn)生重大影響。因此，每個人都應(yīng)認真實驗，切不可粗心大意！ 放置真空吸濾器時，一定要把它浸沒在濾漿中。并注意在拆裝真空過濾器時切勿將過濾器與設(shè)備銜接處的密封圈掉進濾漿中。 開關(guān)玻璃旋塞時，不要用力過猛，不許向外拔，以免損壞。 每次實驗后應(yīng)該把吸濾器清洗干凈。 加熱濾漿時加熱電壓不能超過220 V。當(dāng)濾漿溫度快升到溫度的水平2所規(guī)定溫度時，加熱電壓應(yīng)迅速降到4050 V。然后再酌情調(diào)節(jié)電壓進行升溫或保溫。 七、實驗結(jié)果討論 舉例說明如何利用作圖法求解正交表中一個試驗的過濾常數(shù)K。 依據(jù)計算機輸出的實驗結(jié)果，舉例說明極差分析和方差分析過程。 畫出表示K隨過濾溫度，過濾濃度及壓力差變化趨勢的線圖，并做理論分析，確定適宜的操作條件或進一步的實驗研究方案。 4利用過濾理論分析本次實驗結(jié)果，并給出壓縮性指數(shù)s和物料特性常數(shù)k的測定方法。注：本實驗不要求寫實驗報告，但每位同學(xué)需要做隨堂測驗并當(dāng)堂上交答卷