华南农业大学过滤实验一、实验目的1. 了解板框过滤机的构造、流程和操作方法。
2. 测定某一压力下过滤方程中的过滤常数K 、q e 、τe值，增进对过滤理论的理解。
3. 测定洗涤速率与最终过滤速率间的关系。
二、基本原理恒压过滤是在恒定压力下，使悬浮液中的液体通过介质（称为滤液），而固体粒子被介质截留，形成滤饼，从而达到液—固分离目的的操作。
过滤速度由过滤介质两侧的压差及过滤阻力决定。
因为过滤过程滤渣厚度不断增加，过滤阻力亦不断增大，故恒压过滤速度随过滤时间而降低。
当过滤介质阻力及滤饼阻力均应计入时，恒压过滤方程如下：（1）式中：V —在τ时间内获得的滤液量，m 3；V e —虚拟滤液体积，它是形成相当于滤布阻力的一层滤渣时，应得到的滤液量，m 3；A —过滤面积，m 2; K —过滤常数，m 2/s ； τ—过滤时间，s ；)()(22e e ττKA V V +=+τe —相当于得到滤液V e 的过滤时间，s 。
式（1）中也可写成如下形式：（2）式中，q=V/A ，是过滤时间为τ时，单位过滤面积的滤液量，m 3/m 2； q e = V e /A ，为单位过滤面积上的当量过滤量，m 3/m 2。
1、过滤常数K 、q e 、τe 的测定方法 将式（2）微分，得：（3） 式（3）为一直线，以对q 在普遍坐标纸上标绘，可得一直线。
直线斜率为2/K ，截距为，便可求得K 、q e 、τe 。
但难以测得，实际可用Δτ/Δq 代替。
即（4） 因此，只需在恒压下进行过滤实验，测取一系列的Δτ、Δq 值，然后以为纵坐标，以q 为横坐标（q 取各时间间隔的平均值）作图，即可得到一直线。
这直线的斜率为2/K ，截距为，进而可算出K 、q e 的值；再以q=0，τ=0代入式（2），即可求得τe 。
2、洗涤速率与最终过滤速率的测定在一定压力下洗涤速率是恒定不变的。
因此它的测定比较容易可以在水基流出正常后开始计量，计量多少可根据需要决定。
洗涤速率为单位时间所得的洗液量。
显然：)()(2e e ττK q q +=+τKd dq q q e =+)(2e q Kq K dq τd 22+=dqτd e q K 2dq τd e q Kq K q τ22ΔΔ+=qτΔΔe q K 2w τd dV)(= （5） 式中：V w —洗液量，m 3；τw —洗涤时间，s 。
根据恒压过滤方程，可得恒压过滤方程的最终过滤速率为： = （6） 式中：V —整个过滤时间内所得的滤液总量；Q —整个过滤时间内通过单位面积所得的滤液总量。
三、实验装置与流程本实验装置GL200B 由空压机、配料槽、压力料槽、板框过滤机等组成，其流程示意如图1。
MgCO 3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力料槽中，用压缩空气加以搅拌使MgCO 3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽上排空管中排出。
板框压滤机的结构尺寸：框厚度20mm ，每个框过滤面积0.0177m 2，框数2个。
空气压缩机规格型号：风量0.06m 3/min ，最大气压0.8MPa 。
图1 板框压滤机过滤流程w τd dV )(ww τVE τd dV)(E τd dV )()(2)(22e e q q KA V V KA +=+四、实验步骤1、实验准备（1）配料：在配料罐内配制含MgCO3 2%～3%Be的水悬浮液，MgCO3事先由天平称重，水位高度按标尺示意，桶身直径35mm。
配制时，应将配料罐底部阀门关闭。
（2）搅拌：开启空压机，将压缩空气通入配料罐（空压机的出口小球阀保持半开，进入配料罐的两个阀门保持适度开度），使MgCO3悬浮液搅拌均匀。
搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。
（3）设定压力：分别打开进压力罐的三路阀门，空压机过来的压缩空气经各定值调节阀分别设定为0.1MPa和0.2MPa。
设定定值调节阀时，压力罐泄压阀可略开。
建议第一次操作压力控制在0.1MPa（表压），第二次控制在0.2MPa（表压）。
（4）装板框：按板、框的钮数为1—2—3—2—1—2—3……的顺序排列好板框过滤机的板和框。
正确装好滤板、滤框及滤布。
滤布使用前用水浸湿，滤布要绷紧，不能起皱。
滤布紧贴滤板，密封垫贴紧滤布，以免漏液，然后用压紧螺杆压紧板和框。
（5）灌清水：向清水罐通入自来水，液面达视镜2/3高度左右。
灌清水时，应将安全阀处的泄压阀打开。
（6）灌料：在压力罐泄压阀打开的情况下，打开配料罐和压力罐间的进料阀门，使料浆自动由配料桶流入压力罐至其视镜1/2～2/3处，关闭进料阀门。
2、过滤过程（1）鼓泡：通压缩空气至压力罐，使容器内料浆不断搅拌。
压力料槽的排气阀应不断排气，但又不能喷浆。
（2）过滤：将中间双面板下通孔切换阀开到通孔通路状态。
打开进板框前料液进口的两个阀门，打开出板框后清夜出口球阀。
此时，压力表指示过滤压力，清夜出口流出滤液。
每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，开始用秒表记录时间，计量筒中液面升至600ml记录一次时间，使时间不至于中断。
即每次ΔV取600ml，记录相应的过滤时间Δτ。
当滤液流速渐慢，呈细线状流出，表明滤渣已充满整个滤框，关闭滤浆进口阀门，停止过滤实验。
量筒交换接滤液时不要流失滤液，等量筒内滤液静止后读出ΔV值，此外，要熟练双秒表轮流读数的方法。
每个压力下，测量8～10个读数即可。
3、洗涤过程（1）关闭板框过滤的进出口阀门。
将中间双面板下通孔切换阀开到通孔关闭状态（阀门手柄与滤板平行为过滤状态，垂直为洗涤状态）。
（2）维持洗涤压力与过滤时压力相同，开启洗水进出口阀（板框前两个进口阀，板框后一个出口阀）进行洗涤。
洗水穿过滤渣后由滤液出口流出，并流入计量筒，同时记录时间，测取有关数据。
洗涤速度比同压力下过滤速度小很多。
每次ΔV取200ml左右。
记录两组数据即可。
（3）洗涤完毕，关闭洗液进板框的阀门、关闭进气阀门。
一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。
放开压紧螺杆将滤框拉开，卸出滤渣，清洗滤布，清洗时滤布不要折，重新组装。
调节另一压力数值进行另一次实验。
注意若清水罐水不足，可补充一定水源，补水时仍应打开该罐的泄压阀。
4、实验结束（1）先关闭空压机出口球阀，关闭空压机电源。
（2）打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。
（3）卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。
五：实验数据处理1．实验记录及处理表格过滤机类型：板框过滤机滤框个数：2个滤布种类：帆布滤框尺寸：0.177m2×20mm过滤总面积：4×0.0177m2虑浆名称：MgC O3溶液温度：24℃表1. 过滤实验记录表过滤面积：A=0.0177×2=0.0354 m2∆V1=575×10−6 m3;∆τ1=26.2 s∆V2=590×10−6 m3;∆τ2=48.4 s∆q1=∆V1/A=575×10−6/0.0354=0.01624 m3/m2∆q2=∆V2/A=590×10−6/0.0354=0.01667 m3/m2∆τ1/∆q1=26.2÷0.01624=1613.0 m2∆τ2/∆q2=48.4÷0.01667=2904.0 m2q=VA =575×10−62×0.0177=0.01624m3/m2依次算出多组△τ/△q及q；在坐标系中绘制△τ/△q～q的关系曲线，如图2和图3所示，从该图中读出斜率。
由图2得：y1=58123x+1005.3由图3得：y2=38860x +602.32由k=2K ，K1=258123=3.144×10−5m2/sK2=238860=5.15×10−5m2/s由截距=2K q e,q e1=1005.358123=0.01730 m3/m2q e2=602.3238860=0.01550 m3/m2以q=0，τ=0代入式,，得：0+q e12=K1×τe1即（0.01730）2=3.144×10−5×τe1得：τe1=8.70 s)()(2eeττKqq+=+(dV dτ)E1=K1A2(q1+q e1)=3.144×10−5×0.03542(0.13291+0.01730)=4.05×10−6(dV dτ)E2=K2A2(q2+q e2)= 5.15×10−5×0.03542(0.13641+0.01550)=6.00×10−6(dV dτ)w1=V w1τw1=250×10−613.7=0.45 s六、结果与分析1.实验结果如下表2，表3，图2，图3所示表3.过滤实验数据整理表图2. 0.1MPa时的△τ/△q～q图图3. 0.2MPa△τ/△q～q的关系曲线2.实验结论（1）由实验结果计算得到：在0.1MPa和0.2MPa压力下的K、q e、τe，从数值上可以大体看出，随着压力的增大，τe值减小，K值增大，而q e值在误差范围内不随压强的改变而改变，是与压强无关的量。
（2）在过滤初期，过滤液先浑浊，一段时间后变得清澈。
这是由于刚开始过滤时，滤饼还未完全形成，过滤介质不能完全阻挡滤浆中的颗粒，造成浑浊现象，一段时间后，滤饼逐渐形成，基本上可以截留住所有的颗粒，所以滤液又会逐渐变得澄清。
（3）由实验得到，当压力从0.1MPa上升到0.2MPa压力时，过滤压力增大一倍，得到同一滤液量所需要的时间并没有减半。
由此可验证观察过滤基本方程，他们之间不是线性关系。
（4）由图2，图3，发现实验的第一点△τ/Δq会偏低。
因为我们是从看到计量桶出现第一滴滤液时开始计时，在有液体流出前管道里还会产生少量滤液，而试验中管道里的液体体积产生所需要的时间并没有进入计算，从而造成所得曲线第一点往往有较大偏差。
（5）影响过滤速率的主要因素有过滤压强、过滤介质、过滤面积、仪器阻力、滤饼阻力和滤液物性等。
七、思考题1、板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？答：板框过滤机的优点是结构简单、制造容易、设备紧凑、过滤面积大而占地面积小、操作压力高、滤饼含水量少、对各种物料的适用能力强，缺点是间歇操作，劳动强度大，生产效率低。
适用于间歇操作的场合。
2、板框压滤机的操作分哪几个阶段？板框压滤机的操作分为，装板框，压实，过滤，重装，用清水灌横穿洗涤。
3、为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清？答：开始过滤时，滤饼还未形成，空隙较大的滤布使较小的颗粒得以漏过，使滤液浑浊，但当形成较密的滤饼后，颗粒无法通过，滤液变清。
4、影响过滤速率的主要因素有哪些？当你在某一恒压下所测得的K、qe、τe 值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？答：过滤压差、过滤介质的性质、构成滤饼的颗粒特性，滤饼的厚度。
