化工原理实验讲义部分内容.pdf

3.3 恒压过滤实验 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； 二.实验基本原理 过滤 （Filtration ）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。 图1 过滤床层模型 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比较缓慢的， dV dq 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。 0 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。 基于以上两个方面，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.数学模型的步骤 (1)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； (2)对所得的物理模型进行数学描述，即建立数学模型； (3)通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数。 4.过滤问题的数学模型方法 （1）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： a ．比表面积a 相等；  b．空隙率 相等。 （2 ）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： P L u 2 h  e 1 （1） f  de 2 u u （2 ） 1  4 d （3 ） e a(1) P Le (1) 2 (1)a 2 ( ) 3 u =  3 u （4 ） L L   5 K