实验三 过滤综合实验—— 恒压（板框）过滤实验本实验设备由过滤板、过滤框、旋涡泵等组成，是一种小型的工业用板框过滤机。

本套装置可进行设计型、研究型、综合型实验。

由于设备接近工业生产状况，通过实验可培养学生的工程观念、实验研究能力、设计能力以及解决生产实际问题的能力。

一、实验任务根据教学大纲要求和各实验小组的准备情况，从下列实验任务中选择其中1-2项实验。

1.测定恒压过滤参数K 和过滤介质参数qe 、θe ；2．改变压力，测定滤饼压缩性指数S 和滤饼物料特性常数k ； 3.研究不同过滤压力对过滤机生产能力的影响；4．研究在相同压力下，不同滤浆浓度对过滤机生产能力的影响。

二、实验基本原理滤饼过滤是液体通过滤渣层（过滤介质与滤饼）的流动。

无论是生产工艺还是工艺设计，过滤速率的计算都要有“过滤常数”作依据。

由于滤渣厚度随着时间而增加，所以，恒压过滤速度随着时间而降低。

不同物料形成的悬浮液，其过滤常数差别很大，即使是同一种物料，由于浓度不同，滤浆温度不同，其过滤常数也不尽相同，故要有可靠的实验数据作参考。

根据恒压过滤方程: ()()e e K q q θθ+=+2(1)式中: q ─ 单位过滤面积获得的滤液体积 [ m 3/m 2] e q ─ 单位过滤面积的虚拟滤液体积 [ m 3/m 2] θ ─ 实际过滤时间 [ s ] e θ ─ 虚拟过滤时间 [ s ] K ─ 过滤常数 [ m 2/s ] 将(1)式微分可得:e q Kq K dq d 22+=θ （2） 当各数据点的时间间隔不大时，dq d θ 可以用增量之比 q∆∆θ来代替，即： e q Kq K q 22+=∆∆θ （3） 上式为一直线方程。

试验时，在恒压下过滤要测定的悬浮液，测出过滤时间θ及滤液累计量q 的数据，在直角坐标纸上标绘q ∆∆θ 对 q 的关系，所得直线斜率为 K2，截距为 e q K 2，从而求出 K 和 e q 。

e θ 由下式得: e e K q θ=2（4）过滤常数的定义式:s p k K -∆=12 （5）两边取对数: ()()()k Lg p Lg s LgK 21+∆-= （6） 因过滤料液一定，压缩性指数 s ＝常数，cr k 01μ=＝常数，故K 与△P 的关系，在双对数坐标上标绘的是一条直线。

直线的斜率 1-S ，由此可计算出压缩性指数 S ，读取△P~K 直线上任一点处的K ，△p 数据，一起代入式(5)计算物料特性常数k 。

三、实验装置与设备流程如图1所示，滤浆槽内配有一定浓度的悬浮液，用电动搅拌器进行均匀搅拌。

启动旋涡泵，调节阀门3使压力表5指示在规定值。

滤液在计量桶内计量。

洗涤过程的流程见图2。

图3为过滤机固定头管路分布示意图。

四、设备的主要技术数据1．旋涡泵型号:2．搅拌器型号: ； 电机功率: w ； 转速: 转/分； 3．过滤面积: 现场测定。

4．滤布型号：工业用帆布。

5．过滤压力范围为：0.08--0.1 Mpa6．计量桶：第一套：长 mm ，宽 mm （6小格=1升）第二套：长 mm ，宽 mm （6小格=1升）五、板框过滤机使用说明1．系统接上电源，打开搅拌器电源开关，启动电动搅拌器（2）将滤液槽（17）内浆液搅拌均匀。

图1 恒压过滤实验流程示意图1─调速器 2─电动搅拌器 3、15─截止阀 4、6、10、12、13、16─球阀 5、7─压力表 8─板框过滤机 9─压紧装置 11─计量桶 14─旋涡泵 17─滤浆槽2．板框过滤机板、框排列顺序为：固定头－非洗涤板－框－洗涤板－框－非洗涤板－可动头。

用压紧装置压紧后待用。

2 洗涤过程流程示意图图3 板框过滤机固定头管路分布图3．使阀门（3）、（10）、（15）处于全开、其它阀门处于全关状态。

启动旋涡泵（14），调节阀门（3）使压力表（5）达到规定值。

4．待压力表（5）稳定后，打开过滤入口阀（6），过滤开始。

当计量桶11内见到第一滴液体时按秒表计时。

记录滤液每达到一定量时所用的时间。

当测定完所需的数据，停止计时，并立即关闭入口阀（6）。

5．调节阀门（3）使压力表（5）指示值下降。

开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干净。

放出计量桶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。

6．改变压力或其它条件，从第3步开始重复上述实验。

7．若需测定洗涤时间和洗水量，则每组实验结束后应用洗水管路对滤饼进行洗涤。

洗涤流程见图2。

8．实验结束时关闭阀门（3）和（15），阀门（16）接上自来水、阀门（13）接通下水，对泵进行冲洗。

关闭阀门（13），阀门（4）接通下水，阀门（6）打开，对滤浆进出口管进行冲洗。

六．操作注意事项1．过滤板与框之间的密封垫应注意放正，过滤板与框的滤液进出口对齐。

用摇柄把过滤设备压紧，以免漏液。

2．计量桶的流液管口应贴桶壁，否则液面波动影响读数。

3．实验结束时关闭阀门3和15。

用阀门16接通自来水对泵及滤浆进出口管进行冲洗。

切忌将自来水灌入储料槽中。

4．电动搅拌器为无级调速。

使用时首先接上系统电源，打开调速器开关，调速钮一定由小到大缓慢调节，切勿反方向调节或调节过快损坏电机。

5．启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。

七、实验报告要求选做实验任务一：——测定恒压过滤参数K 和过滤介质的qe 、θe （过滤面积A 为常数） 实验原始数据记录表一： 过滤压力差Δp 1 = MPa方法一：根据：e q Kq K q 22111+=∆∆θ ① e q Kq K q 22222+=∆∆θ ② 解方程组①、②可得： K 和 q e由 e e K q θ=2解得： θe 方法二：根据e q Kq K q 22+=∆∆θ （直线方程） 由测出过滤时间θ及滤液累计量q 的数据，在直角坐标纸上标绘q∆∆θ对 q 的关系，所得直线斜率为K2，截距为 e q K 2，从而求出 K 和 e q ，进而求得θe 。

选做实验任务二——改变压力，测定压缩性指数S 和物料特性常数k （过滤面积A 为常数）实验原始数据记录表二： 过滤压力差Δp 2 = MPa实验原始数据记录表三： 过滤压力差Δp 3 = MPa实验数据整理记录表四：根据： sp k K-∆=12即 ()()()k Lg p Lg s LgK 21+∆-=方法一：图解法（双对数坐标系：lgK 为纵坐标，lg Δp 为横坐标）求取：1-S =S XY⇒∆∆ 和 k b k ⇒=)(2lg 截距k方法二：应用最小二乘法求取()2112111][lg lg lg lg 1∑∑∑∑∑=====∆-∆∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=-n i ni i i n i ni ii i ni p p n p K p K n S()()()211211211][lg lg lg lg lg lg 2lg ∑∑∑∑∑∑======∆-∆⨯∆-∆⨯∆=ni ni i i n i ni ii in i ni ip p n K p n p K p k八、实验结果与讨论（1）、板框压滤机选型的结果或回转真空过滤机设计的结果（2）对实验中出现的现象，计算过程中出现的问题进行讨论。

计算中的问题包括 K q e ,,,εμ等的取值和影响因素。

这是实验报告的重点之三。

九、思考题1．你的实验数据中第一点有无偏低或偏高现象？怎样解释？如何对待第一点数据？2. 为什么过滤开始时，滤液常常有一点混浊，过一段时间才转清？3．当操作压强增加一倍时，K 值是否也增加一倍？要得到同样的过滤液，其过滤时间是否缩短了一半？ 4．过滤速率与过滤速度有何不同？5．恒压过滤时，欲增加过滤速率可行的措施有哪些？ 6．若储浆釜未卸压就放出滤液会出现什么现象？ 7．过滤过程计算的基本内容是什么？8．过滤过程一般有哪两种典型的操作方式？ 。

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十、参考文献（略）（一）板框过滤实验1．板框压滤机选型工业用过滤机选型的依据是物料的性能、分离任务和要求。

为使过滤机的选型最为恰当，通常是用同一悬浮液在小型过滤实验设备中进行实验，以取得必要的过滤数据作为主要依据，然后从技术和经济两方面进行综合分析，确定过滤机的种类和型号。

现有某一工厂需过滤含CaCO3 5.0～5.5 %的水悬浮液，过滤温度为25℃，固体CaCO3的密度为2930kg/m3。

工业过滤机在0.28MPa的压强差下进行过滤，规定每一操作循环处理悬浮液10m3，过滤时间为30min，滤饼不洗涤，过滤至框内全部充满滤渣时为止，卸饼、清洗、重装等辅助时间为20min。

请你利用实验室的小型板框压滤机（详见设备流程部分，该过滤机的最高过滤推动力（表压力）为0.2Mpa）进行实验，测定有关的过滤参数，根据表1所提供的过滤机型号与规格，从中选择一种合适型号的压滤机，并确定滤框的数目，求出该过滤机的生产能力，为工厂提供选型的技术依据。

表1 过滤机的型号与规格表1中板框压滤机型号如BMS20/635-25的意义为：B表示板框压滤机，M表示明流式（若为A，则表示暗流式），S表示手动压紧（若为Y，则表示液压压紧），20表示过滤面积为20m2，635表示滤框边长为635mm 的正方形，25表示滤框的厚度为25mm。

2．回转真空过滤机设计设计工业用过滤机时，必须先测定有关的过滤参数，这项工作一般是用同一悬浮液在小型过滤实验设备中进行。

现有某一工厂需过滤含CaCO3 5.0 ～ 5.5 % 的水悬浮液，过滤温度为25℃，固体CaCO3的密度为2930kg/m3。

要求工业回转真空过滤机的操作真空度为600mmHg，以滤液计的生产能力为0.003m3/s。

请你利用实验室的小型板框压滤机进行实验，测定有关的过滤参数，确定回转真空过滤机的转速n，转筒的浸没度 ，转筒直径D和长度L。

（一）选做实验任务1、2的同学实验报告要求如下（其它报告按实验指导教师的要求）：实验报告首页为实验任务书。

实验报告内容应包括如下几个方面：1、实验设计思路这是实验报告的重点之一，要求设计思路清晰，用公式和文字说明。

2、实验方案制定（1）实验流程及其所需的仪器、仪表等。

（2）、实验操作条件：如操作压力、温度、悬浮液的种类、浓度等。

（3）取样点、取样方法等（4）实验原始数据记录表：应列出所有要测的参数及其单位（只需列出表头）。

3、实验数据处理这是实验报告的重点之二。

要有计算方法（示例）、图、表等，为便于比较，结果应尽量用表格形式。

实验原始数据记录表作为附件，但结果表中应含有与之相关的原始数据。

数据处理的每一步均要有小标题。

（二）真空过滤实验本实验装置由我校化工原理实验室自行研制。

实验装Array置见图4。

一．实验内容根据实验指导教师要求，从下列实验任务中选择其中一项实验。

1．某工厂需添置过滤设备来过滤悬浮液A，需要过滤常数、比阻和压缩性指数。