6 恒压过滤常数的测定
6.1 实验目的
(1)了解恒压板框压滤机的结构,学会恒压过滤的操作方法,验证过滤基本原理。
(2)掌握测定恒压过滤常数K 、滤布阻力当量滤液量q e 、当量过滤时间τe 、及滤饼压缩性指数S 的方法。
(3)学会板框压滤机洗涤操作。
6.2 实验原理
以多孔介质截留悬浮于流体中的颗粒,从而实现固体颗粒与流体的分离的操作称为过滤。
若悬浮液中固体浓度较高,固体颗粒在多孔介质表面会形成滤饼,因此,除刚开始过滤外,过滤主要是滤饼层起过滤介质作用,此种过滤称为滤饼过滤。
(以上为原理部分) (以下为数据处理部分)滤饼过滤的推动力是压差,由于设备耐压等原因,过滤一般都是情况下都是在恒压条件下进行。
在恒压滤饼过滤过程中,由于滤饼不断增厚,过滤阻力不断增大,过滤速率越来越小,因此,恒压过滤尽管其操作压差在过滤过程可保持恒定,但它是一个非定态过程,过滤速率微分式如下:
)
(2e q q K d dq +=τ (3-1) 上式中的过滤常数表达式为: K=φ
μγ01)
(2S
m p -∆ (3-2)
对式(3-1)在恒压条件下积分,得如下恒压过滤方程:
)()(2e e k q q ττ+=+ (3-3)
式(3-1)、(3-2)、(3-3)中的K 、q e 、S 、τe 须通过恒压过滤实验测定。
取式(3-1)的倒数得:
e q K
q K dq d 2
2+=τ (3-4) 由于式(3-4)仍然是一个微分式,因此,为了便于测定和计算,用差分代替微分,式(3-4)
改写成如下形式:
e q K
q K q 2
2+=∆∆τ (3-5) 在某一压力1m P ∆条件下进行过滤实验,用量筒和秒表分别测量和记录一系列滤液体积
i V ∆和其相对应的时间间隔i τ∆,由i V ∆除以过滤面积得i q ∆。
i q 的取值的方法如下:
∑∆+∆=-i i i i q q q 1
12
(i=1~8, 00=∆q ) (3-6)
在二维坐标系中以i q 为横坐标, 以i
i q ∆∆τ为纵坐标绘制一条直线, 由该直线的斜率可计算
出某一压力1m P ∆下的过滤常数K 1, 由该直线的截距可计算出滤布阻力当量滤液量q e1, 根据
K
q e e 2=
τ, 可求出相应的当量过滤时间τe1。
用压力定值调节阀调节过滤压差(一般三个31~m m P P ∆∆),测定并计算出相应压差下
的过滤常数(K 1~K 3),对式(3-2)两边取对数得:
)2lg()lg()1(lg 0φ
μγ+∆-=m P S K (3-7)
以)lg(m P ∆为横坐标,以K lg 为纵坐标画图得一直线,由该直线的斜率便可求出滤饼的压缩指数S 。
6.3 实验流程与装置
本实验装置有空压机、配料槽、压力储槽、板框过滤机和压力定值调节阀等组成。
其实验流程如图所示。
CaCO 3的悬浮液在配料桶内配置一定浓度后利用位差送入压力储槽中,用压缩空气加以搅拌使CaCO 3不致沉降,同时利用压缩空气的压力将料浆送入板框过滤机过滤,滤液流入量筒或滤液量自动测量仪计量。
图1—4恒压过滤常数测定实验装置流程图
1 、配料槽
2 、压力储槽
3 、板框压滤机
4 、压力表
5 、安全阀
6 、压力变送器
7 、压力定值调节阀
8 、滤液量自动测量仪
板框过滤机的结构尺寸如下:框厚度38mm ,每个框过滤面积0.024m 2,框数2个。
由配料槽○
1配好的碳酸钙水悬浮液由压缩空气输送至压力槽○2,用压力定值调节阀○7调节压力槽○2内的压力至实验所需的压力,打开进料阀,碳酸钙水悬浮液依次进入板框压滤
机○3的每一个滤框进行过滤,碳酸钙则被截留在滤框内并形成滤饼,滤液水被排出板框压滤机外由带刻度的量筒收集。
6.4 实验操作步骤
1. 开启电源。
开启控制面板上的总电源开关,打开空气压缩机电源开关、24V (DC )电源开关和仪表电源开关;
2. 配料、下料。
依次打开阀○
3、○2和阀○4,用空气将碳酸钙与水搅拌混合均匀,注意阀○4不要开太大,以免碳酸钙悬浮液从配料槽○
9中喷出。
打开阀○6,将混合好的碳酸钙悬浮液输送至压力料槽○
2,使液位处于视镜的二分之一处,然后关闭阀○6、○4。
3. 组装板框压滤机。
将滤布用水浸湿,正确安装好滤板、滤布和滤框,然后用螺杆压紧。
注意,板、布、框的表面一定要清洗干净,不能带有滤饼,布不能起绉,否则过滤时会渗漏严重。
4. 调节压力。
打开阀○
5,打开控制面板上的压力定值调节阀开关○1,再打开阀○7和阀○10,调节第一个恒压过滤的压力,当控制面板上的测量仪显示压力稳定后,便可开始做过滤实验。
5. 测定不同压力下,得到一定滤液所需时间。
(1)准备好量筒和秒表,打开悬浮液进料阀,滤液从汇集管流出开始计时。
当量筒内的滤液量每次约为≈∆V 800mL 时,开始切换量筒和秒表,记录下8个V ∆和相应的8个过滤时
间τ∆,当塑料桶内的滤液放不下时,倒回配料槽○
1。
(2) 第一个压力过滤实验做完后,关闭悬浮液进料阀,关闭阀○
7和阀○10,打开阀○8,调节第二个恒压过滤的压力,当控制面板上的测量仪显示压力稳定后,便可开始做过滤实验, 重复步骤5,记录下8个V ∆和相应的8个过滤时间τ∆。
(3) 第二个压力过滤实验做完后, 关闭悬浮液进料阀,关闭阀○
8, 打开阀○9和阀○11,调节第三个恒压过滤的压力,当控制面板上的测量仪显示压力稳定后,便可开始做过滤实验, 重
复步骤5,记录下8个V ∆和相应的8个过滤时间τ∆,关闭进料阀和阀○
9和阀○11。
6.将剩余的悬浮液压回配料槽。
打开阀○
6和○4,利用压力料槽○2内的余压将剩余的悬浮液压回配料槽○
1,然后关闭阀○4、○6。
慢慢打开阀○12,将压力料槽内的余压排放掉,并打开阀○
10、○11将压力定值阀内的压退回至零,然后再关闭。
7. 关闭电源。
关闭控制面板上的空气压缩机电源、24伏直流电源、仪表电源及总电源。
8.拆洗板框压滤机。
松开螺杆,拆下滤板、滤布和滤框,放在存有滤液的塑料桶内清洗滤
饼直至干净为止,然后倒回配料槽○1。
6.5 实验数据记录及整理
表6-1 数据记录与整理表
30000
60000
90000
q i
Aτ/A q
斜率
K 2=5.54112×106,故k=3.61×10-7, 截距e q K
2=14667,e q =2.65×10-3 e τ=19.5 s
6.6实验报告
1. 将原始实验数据处理、作图、计算后,求出三个恒压过滤常数K 、滤布阻力当量滤液量q e 、当量过滤时间τe 、和一个滤饼压缩性指数S 。
2. 数据处理既可以用作图法,也可以用最小二乘法,两者结果相差不大。
6.7实验思考题。