化工原理实验——恒压过滤

实验四 恒压过滤常数的测定
一、实验装置：见图4-1、图4-2
设备流程如图4-1所示，滤浆槽内放有已配制有一定浓度的碳酸钙～水悬浮液。

用电动搅拌器进行搅拌使滤浆浓度均匀（但不要使流体旋涡太大，使空气被混入液体的现象），用真空泵使系统产生真空，作为过滤推动力。

滤液在计量瓶内计量。

设备参数表
二、实验内容
测定不同压力下恒压过滤的过滤常数K 、e q 、e 。

图4-1 恒压过滤实验流程示意图
1─滤浆槽; 2─过滤漏斗; 3─搅拌电机; 4─真空旋塞. 5─积液瓶; 6─真空压力表; 7─针型放空阀; 8─缓冲罐.
9─真空泵; 10─放液阀; 11─真空胶皮管.
三、实验原理
恒压过滤方程
)()(2e e K q q θθ+=+ （4-1）
式中：q —单位过滤面积获得的滤液体积，m 3/m 2； e q —单位过滤面积上的虚拟滤液体积，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 。

将式（4-1）进行微分可得：
e q K
q K dq d 2
2+=θ （4-2） 这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘q dq d -θ的关系，可得直线。

其斜率为K
2
，截距为
e q K
2
，从而求出K 、e q 。

至于e θ可由下式求出：
e e K q θ=2 （4-3） 当各数据点的时间间隔不大时，
dq
d θ可用增量之比
q
∆∆θ来代替.
在实验中，当计量瓶中的滤液达到100ml 刻度时开始按表计时，作为横压过滤时间的零点。

但是，在此之前吸率早已开始，这部分系统存液量可视为常量，以V ＇表示（V ＇=360ml ），则对单位过滤面积上来说这部分滤液为q ´,
(q ´
=A
V ，
),这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质，在整理数据时应考虑进
去，则方程应改为：
q
∆∆θ=
K 2q+K
2
（e q +q ´） （4-4） 以
q
∆∆θ与相应区间的平均值q 作图。

在普通坐标纸上以q
∆∆θ
为纵坐标，q 为横坐标标绘
q
∆∆θ
~q 关
系，其直线的斜率为：
K 2；直线的截距为：K
2
（e q +q ´）。

过滤常数的定义式： s p k K -∆=12 (4-5)
两边取对数：
)2lg(lg )1(lg k p s K +∆-= (4-6)
因常数='=
ν
μr k 1
，故K 与p ∆的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为s -1，
由此可得滤饼的压缩性指数s，然后代入式（4-5）求物料特性常数k。

四、实验方法及操作步骤
1、操作时应注意的事项
检查一下真空泵内真空泵油是否在视镜液面以上。

过滤漏斗如图4-2安装，在滤浆中潜没一定深度，让过滤介质平行于液面，以防止空气被抽入造成滤饼厚度不均匀。

用放空阀7 调节。

控制系统内的真空度恒定，以保证恒压状态下操作。

电动搅拌器为无级调速使用方法:
A.系统接上电源，打开调速器开关，将调速钮从"小"至"大"位启动，不允许高速挡启动，转速状态下出现异常时或实验完毕后将调速钮恢复最小位。

B.为安全，实验设备应接地线。

C.启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌。

2、操作步骤
(1). 系统接上电源，启动电动搅拌器，待槽内浆液搅拌均匀，将过滤漏斗按流程图所示安装好，固定于浆液槽内。

(2). 打开放空阀7 关闭旋塞4 及放液阀10。

(3). 启动真空泵，用放空阀7 及时调节系统内的真空度，使真空表的读数稍大于指定值，然后打开旋塞 4 进行抽滤。

此后时间内应注意观察真空表的读数应恒定于指定值。

当计量瓶滤液达到100ml刻度时按表计时，做为恒压过滤时间的零点。

记录滤液每增加100 ml所用的时间。

当计量瓶读数为800 ml（900ml）时停止计时，并立即关闭旋塞4。

(4). 把放空阀7 全开，关闭真空泵，打开旋塞4，利用系统内的大气压和液位高度差把吸附在过滤介质上的滤饼压回槽内，放出计量瓶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。

卸下过滤漏斗洗净待用。

(5). 改变真空度重复上述实验。

五、注意事项
⒈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。

⒉计量桶的流液管口应贴桶壁，否则液面波动影响读数。

3 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。

4 启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。

六、实验数据表及计算实例
其中q ’=V ’/A=183.8/0.00423=0.0435
计算实例：以ΔP1=0.045 MPa 数据为例：
①当滤液量达到100ml 时, V=0,ΔV=0ml,q1=0, =(q1+q2)/2=（0+0.023641）/2=0.01182
当滤液增加到200ml, V=100,ΔV=100ml,q2=V/A=100/0.00423=0.023641, Δq =ΔV/A=0.023641, =(q2+q3)/2=0.035461
当滤液增加到300ml, V=200,ΔV=100ml,q3=V/A=0.047281, Δq =ΔV/A=0.023641, =(q3+q4)/2=0.059102
②当滤液量从100ml 开始到200ml ，用时90秒，Δθ/Δq=90/0.023641=3807
q q q
绘制Δθ/Δq---- 关系曲线
q
∆∆θ=
K 2q+K
2
（e q +q ’´） 其斜率为2/K ，截距为（2/K ）（e q +q ’´） 在普通坐标系上绘制Δθ/Δq---- 关系曲线可得直线(见上图)。

K=2/斜率，q e =(截距*K/2)-q ’（q ’=V ’/A=183.8/0.00423=0.0435） θe = q e 2
/K
在双对数坐标系上绘制K=2k ΔP 1-s 2k=0.0006,k=0.0003 1-s=0.657，s=1-0.657=0.343
q q。