过滤实验原理、要求
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过滤实验
一、实验目的：
(1)掌握用数学模型化方法简化过滤问题的工程处理方法，以及过
滤常数的测定技能；
(2)了解过滤设备的构造和操作方法。
二、基本原理：
过滤是借助一种能将固体物截留而让流体通过的多孔介质，将固
体物从液体或气体中分离出来的过程。 因此，过滤在本质上是流体通
过固体颗粒层的流动，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过
程的进行不断增加，因此在势能差不变情况下，单位时间通过过滤介
质的液体量也在不断下降，即过滤速度不断降低。
研究过滤过程是采用数学模型化方法。数学模型化方法是一种半
经验半理论的方法，其主要步骤是：
（1）合理简化实际过程，使简化了的物理模型在某一侧面与真实
过程等效，并易于数学描述；
（2）建立数学模型；
（3）通过实验验证所建数学模型的合理性，并测取模型参数。
我们先从固定颗粒床入手。实际过程的特点是：流体流动通道复
杂多变，流体在其间的流动多呈爬流。爬流状态下的流动阻力由单位
体积颗粒床所具有的表面积所决定。据此特点，我们在以下等效性的
前提下，将流体流动通道简化为许多等径（当量直径De）等长（当量
床层高Le）的直通道：（1）所有细管的内表面积等于床层颗粒的全部
表面积；（2）所有细管的流动空间等于颗粒床层的空隙容积。对当量
直径De、当量长度Le的细管列写流动阻力损失关系并经整理，可得康
采尼（Kozeny）方程： LpKaddqu'2231)1(
过滤过程与固定颗粒床的差别主要在两个方面：（1）床层高度随
时间不断增高；（2）存在过滤介质。对第一个差别，采用拟定态下的
物料衡算来解决；对第二个差别，将过滤介质阻力的大小视为通过单
位过滤面积获得某当量滤液量eq所形成的虚拟滤饼层的阻力。由此，
在康采尼方程的基础上可进而推导出过滤速率的数学模型： )(2)(eeqqKqqrpddq 式中，AVqee ；
eV 为形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量, 3m；
r 为滤饼的比阻, kgm/3 ；
为悬浮液中单位体积净液体中所带有的固体颗粒量3/mkg清液；
为液体粘度, sPa；
K 为过滤常数，sm/2。
若在恒压差过滤之前的1时间内通过单位过滤面已获得滤液量
1q，则在1至及1q至q范围内将过滤速率的数学模型积分后，可得： )(2)(11111eqqKqqKqq
上式为线性方程，通过实验可方便地求得模型参数 K 和 eq 。
三、实验装置：
本实验装置由配料桶、供料泵、悬浮液槽、卧式远圆形过滤器，滤
液计量筒以及空气压缩机等组成。
碳酸钙(CaC03)或碳酸镁(MgC03)的悬浮液在配料桶内配制成一定
浓度后由供料泵送入悬浮液槽，在悬浮液槽内用压缩空气搅拌，使浆液
不致沉淀，并利用压缩空气压力将滤浆送入过滤器过滤，清液流入计
量筒计量。过滤过程结束后，如果需要亦可用洗涤水洗涤和压缩空气
吹干滤饼。
四、实验内容：
测定恒压操作下的过滤常数 K 和 eq 。
五、实验操作原则：
（1）正确安装卧式过滤器。自下而上的安装顺序为：底座，支
承板，过滤介质（滤布），滤框，分布板，顶盖，最后拧上螺帽。
（2）恒压过滤前必须排气，但清液量的计时起点不受排气操作影
响（详见“实验操作指导”页）。 （3）恒压操作的压强一般可控制在0.8 Mpa 左右。
（4）采用二只停表交替计时、记下时间和滤液量后，必须及时将暂停的那只秒表复零，以免计时中断。
（5）当清液量很少时（比如不连续了），可判断滤饼已充满滤框，
过滤实验可结束。
（6）滤饼可回收，以便重复使用。
