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实验十六 过滤实验 一、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的操作方法。 二、基本原理 过滤是借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。过滤速度u的定义是单位时间单位过滤面积内通过过滤介持的滤液量，即： （式16-1） 式中 A 过滤面积m2； 过滤时间S； V 通过过滤介质的滤液量m3。 可以预测，在恒定压差下，过滤速率与过滤时间之间有如图16-1a所示的关系，单位面积的累计滤液量q和的关系有如图16-1b所示的关系。 影响过滤速度的主要因素除势能差（△p）、滤饼厚度外，尚有滤饼，悬浮液（含有固体粒子的流体）性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，故难以用严格的流体力学方法处理。 比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速率即为流体经过固定床的表现速度u。同时，液体在由细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺数范围。 因此，可利用流体通过固定床压降的简化数学模型，寻求滤液量q与时间的关系，在低雷诺数下，可采用康采尼（Kozeny）的计算式，即 。 (式16-2) 对于不可压缩滤饼，由上式可以导得过滤速率的计算式为 （式16-3） 式中：； 为形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量m3； r滤饼的比阻m3/kg； c悬浮液中单位体积净液中所带有的固体颗粒量m3/kg清液； μ液体粘度Pa·s； K过滤常数m2/s。 在恒定差过滤时，上述微分方程积分后，可得 (式16-4) 由上述方程可计算在过滤设备、过滤条件一定时，过滤一定滤液量所需要的时间，或者在过滤时间、过滤条件一定时为了完成一定生产任务，所需要的过滤设备大小。 利用上述方程计算时，需要知道K，等常数，而K，常数只有通过实验才能测定。 在用实验方法测定过滤常数时，需将上述方程变换成如下形式： 。 （式16-5） 因此实验时，只要维持操作压强恒定，计取过滤时间和相应的滤液量。以作图得一直线，读取直线斜率和截距求取常数K和，或者将和的数据用最小二乘法求取和值，进而计算K和值。 若在恒压过滤之前的时间内已通过单位过滤面的滤液，则在至及至范围内将式16-3积分，整理后得 。 （式16-6） 上式表明和为线性关系，从而能方便地求出过滤常数K和值。 三、实验装置与流程 实验装置图如图16-2所示： 图16-2 过滤实验装置图 本实验装置由配料桶、供料泵、卧式园形过滤机、滤液计量筒及空气压缩机（自配）等组成。可进行过滤、洗涤和吹干三项操作过程。 碳酸钙（CaCO3）或碳酸镁（MgCO3）是悬浮液在配料桶内配制成一定浓度后，为阻止沉淀，料液由供料泵管路循环。配料桶中用压缩空气搅拌，浆液经过滤机过滤后，滤液流入计量筒。过滤完毕后，亦可用洗涤水洗涤和压缩空气吹干。 四、操作步骤及注意事项 1、实验可选用CaCO3粉末配制成滤浆，其量约占料桶的2/3左右，配制浓度在8.0B°左右。 2、料桶内滤浆可用压缩空气和循环泵进行搅拌，桶内压力控制在0.1～0.2Mpa。 3、滤布在装上之前要先用水浸湿。 4、实验操作前，应先让供料泵通过循环管路，循环操作一段时间，过滤结束后，应关闭料桶上的出料阀，打开旁路上清水管路清洗供料泵，以防止CaCO3在泵体内沉积。 5、实验初始阶段不是恒定操作。因此可采用二只秒表交替计时，记下时间和滤液量，并确定恒压开始时间和相应的滤液量q1。 6、当滤液量很少时，滤渣已充满滤框后，过滤阶段可结束。 五、数据记录与处理 圆板过滤器直径： 操作压力： 浓度： 温度： 序号 时间S（秒） 体积（毫升） 0 1 2 3 4 5 6 7 六、实验报告： 测定恒定操作下过滤常数及也可测洗涤速率。 1、以累计滤液量q和作图。 2、以对（）作图。求出及并写出完整的过滤方程式。 七、思考题 （1）过滤刚开始时，为什么滤液经常是浑浊的？ （2）在恒定过滤中，初始阶段为什么不采取恒定操作？ （3）如果滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过滤速率？ （4）当操作压强增加一倍，其K值是否也增加一倍，是得到同样的过滤量时，其过滤时间是否缩短一半？ 过滤速率 时间 时间 （a） （b） 图16-1a 过滤速率和时间关系 图16-1b累计滤液量和时间关系 累计滤液量