实验四 过滤实验

3.1实验目的

1. 掌握过滤问题的简化工程处理方法及过滤常数的测定 2. 了解过滤设备的构造和操作方法

3. 学会用重量传感器测滤液量和量高度测滤液量的方法 3.2 基本原理

过滤是利用重力或人为造成的压差使悬浮液通过某种多孔性过滤介质，将悬浮液中的固、液两相有效地加以分离的过程，其本质上是流体流过固体颗粒床层的流动。这其中固体颗粒对流动提供了很大的阻力，一方面使流体沿床截面的速度分布均匀，另一方面又造成了很大的压降，后者是工程技术人员感兴趣的。过滤过程的特点：流体通过过滤介质和滤饼空隙的流动乃是流体经过固定床流动的一种具体情况。因流体通过颗粒层的流动多为爬流状态，故单位体积床内层所具有的颗粒表面积对流动阻力有着决定性的作用。从固定床着手，对于复杂的真实过程和简化了的物理模型，假设单位床层体积内表面积相等、空隙率相等，使前后模型不失真(见图1所示)。这样，可以用数学方程式加以描述，最后采用实验测定模型参数的方法来检验模型的有效性。 3.2.1 过滤过程的描述

过滤操作时，床层厚度(滤饼厚度)不断增加，在一定压差下，滤液通过速率随过滤时间的增加、滤饼的增厚而减少，即过滤操作系非定态过程。但是，由于滤饼厚度的增加是

dVdq比较缓慢的，过滤操作可作为拟定态处理。定义：u Add 过滤影响因素：势能差P，滤饼厚度L，过滤温度T，过滤介质特性，滤饼特性，悬

浮液的特性等。

工程处理的困难：影响过程的因素多，难以用严格的流体力学方法处理。 3.2.2 过滤问题的处理方法

(1) 过滤操作是非定态操作，但由于滤饼厚度变化缓慢，可视为拟定态过程。

(2) 过滤操作阻力大，流体通过颗粒床层是一种极慢流动，视为爬流，阻力损失取决于

颗粒表面积。

基于以上2个方面，将过滤过程视作“流体通过固定床的压降”问题处理。这样通过对过滤过程的深刻理解，便能应用数学模型研究过滤过程的工程问题。 3.2.3 数学模型的步骤

Ⅰ 将复杂的真实过程简化成易于用数学方程式表达的物理模型； Ⅱ 对所得的物理模型进行数学描述，即建立数学模型；

Ⅲ 通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数。

3.2.4 过滤问题的数学模型方法

将流体通过真实的滤饼床层的复杂过程简化为流体通过一组平行管束的简单过程，后者一组平行管束即为简化了的物理模型，并假设前后二者：

比表面积a相等； 空隙率相等。

数学模型的建立，对平行管束而言，流体经过平行管束的阻力损失可表示为：

Leu12 hf （1） Pde2 uu1 d4ea(1)

PL(LeL)(1)3u2='(1)a3u2 应用康彩尼公式： '5K' R''代入上式 eRe 对颗粒物料恒算： (VLA)LA(1)p LAV(1)V p(1)p 一并代入得：udVAdPrq过程推动力过程阻力dqd 其中： rK'a2(1)' ； K5 ；

p3 恒压：

dqKd2(qq e) 其中： K2Pr ； qe为虚拟滤液量 对（9）式积分：

11qqK(qq)2qe11K 用1qq对qq12qe1作图，直线的斜率为1K，截距为K。

2）

3）

4） 5）

（6） 7）

（8） （9） （10） （ （ （ （ （ 3.3实验装置图

3.4 实验步骤

1. 将已配好1.03%波美度的轻质碳酸钙悬浮液倒入悬浮液槽，安装好板框过滤器，三

块滤布分别跨上三块滤板，共计6个过滤截面，对准拉齐，然后拧紧摇手板。 2. 在清液槽中倒入一定量的清水，使清液槽中有读数，记下高度h0或g0，以便确定测

量基准。关闭放尽阀17、过滤阀5、进水阀7，全开压力调节阀2，启动泵3，物料循环搅拌均匀。

3. 物料打循环约3分钟后，打开过滤阀5、压力表阀9，关小压力调节阀2，可以调节

压力为0.02～0.06Mpa任意刻度，同时打开过滤器放气阀11，进行排气2～3次。另一人两手各执一只秒表，当有第一滴滤液滴出时（或重量传感器显示仪读数开始上升时），迅速启动一个秒表，待操作压力显示恒定时，再双手同时摁下二只秒表，这时一个秒表走，另一个秒表停，并记下摁秒表时对应的滤液高度（或重量），这时所得的数据为恒压开始操作的时间τ1和h1（或G1），经处理后可得q1。

4. 在恒压的条件下，每上升2cm，交替启动、停止，二只秒表记时和滤液计量，至滤

液每上升1cm时，时间超过近40～60秒时，实验结束。

5. 实验结束时，关闭压力表阀9、过滤阀5，全开阀2，打开空气压缩阀12，使过滤器

滤饼压干，然后拧松摇手板，拆卸过滤器，滤饼回收。 6. 用重量传感器测滤液量时，实验方法和步骤同上。

7. 如果是计算机在线监测与数据处理，完成上述1、2步骤后，第3步骤进行到重量传

感器显示仪读数开始上升时按下鼠标“开始”即可。

3.5 实验数据记录

过滤器直径： mm，清液槽直径： mm，悬浮液波美度： ,操作压力： 。 No 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 间隔时间［Sec］ 液层高度[mm] No 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 间隔时间［Sec］ 清液重量[kg] 3.6结果讨论与分析

1. 在恒压过滤中，初始阶段为什么不采取恒压操作？

2. 为什么过滤开始时，滤液常常有点混浊，过一定时期才转清？ 3. 过滤实验成功的关键是什么？

4. 恒压过滤时,欲增加过滤速率,可行的措施有哪些?