板框過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1、熟悉板框過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)。
2、學(xué)會(huì)板框過(guò)濾機(jī)的操作方法。
3、測(cè)定一定物料恒壓過(guò)濾方程中的過(guò)濾常數(shù)K和qe,確定恒壓過(guò)濾方程。
二、實(shí)驗(yàn)原理
過(guò)濾是一種能將固體物截流而讓流體通過(guò)的多孔介質(zhì)，將固體從液體或氣體中分離出來(lái)的過(guò)程。在勢(shì)能差Δ（p+ρgz)不變的情況下，過(guò)濾速度在不斷地降低，即u=dV/(Adτ)在不斷地減小。式中A代表過(guò)濾面積，τ代表過(guò)濾時(shí)間，V代表濾液量。
影響過(guò)濾速度的主要因素初勢(shì)能差、濾餅厚度外，還有濾餅和懸浮液的性質(zhì)、懸浮液溫度、過(guò)濾介質(zhì)的阻力等。
利用流體通過(guò)固體床壓降的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，尋求濾液量q與時(shí)間τ的關(guān)系。在低雷諾數(shù)下，可用康采尼的計(jì)算式，即：
三、實(shí)驗(yàn)裝置和流程
1、裝置
實(shí)驗(yàn)裝置由配料桶、供料泵、圓形過(guò)濾機(jī)、過(guò)濾機(jī)量筒及空氣壓縮機(jī)等組成?？蛇M(jìn)行過(guò)濾、洗滌和吹干三項(xiàng)操作過(guò)程。碳酸鈣（CaCO3）或碳酸鎂（MgCO3）的懸浮液在配料桶內(nèi)配制成一定濃度后，為阻止沉淀，料液有供料泵管路循環(huán)。配料桶中用壓縮空氣攪拌，漿液經(jīng)過(guò)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾后，濾液流入計(jì)量筒。過(guò)濾完畢后，亦可用洗滌水洗滌和壓縮空氣吹干。
2、實(shí)驗(yàn)流程
本實(shí)驗(yàn)的流程如下圖所示。圖中給出了兩套裝置的流程。
對(duì)于不可壓縮的濾餅，由上式可以導(dǎo)出過(guò)濾速度的計(jì)算式為：
式中：qe=Ve/A,Ve為形成與過(guò)濾介質(zhì)阻力相等的濾餅層所得的濾液量m3；r為濾餅的比阻1/m2;v為單位體積濾液所得到的濾餅的體積m3/m3;μ為濾液的粘度Pa·s；K為過(guò)濾常數(shù)m2/s。
在恒壓差過(guò)濾時(shí)，上述微分方程積分后可得：q2+2qqe=Kτ。
由上述方程可計(jì)算在過(guò)濾設(shè)備、過(guò)濾條件一定時(shí)，過(guò)濾一定濾液量所需要的時(shí)間或者在過(guò)濾時(shí)間、過(guò)濾條件一定是為了完成一定生產(chǎn)任務(wù)，所需要的過(guò)濾設(shè)備大小。
在利用上述方程計(jì)算時(shí)，需要知道K、qe等常數(shù)，而K、qe常數(shù)只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能測(cè)定。在用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定過(guò)濾常數(shù)時(shí)，需將上述方程變換成如下形式：
qe
因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)只要維持操作壓強(qiáng)恒定，計(jì)取過(guò)濾時(shí)間和相應(yīng)的濾液量以τ/q~q作圖得直線。讀取直線斜率1/K和截距2qe/K值，進(jìn)而計(jì)算K和qe的值。
若在恒壓過(guò)濾的時(shí)間內(nèi)已通過(guò)單位過(guò)濾面的濾液q1，則在τ1和τ2及q1至q2范圍內(nèi)將上述微積分方程積分整理后得：
(q-q1)+(q1+qe)
上述表明q-q1和（τ-τ1）/（q-q1）為線性關(guān)系，從而能方便地求出過(guò)濾常數(shù)K和qe。
用最小二乘法回歸直線方程時(shí)，設(shè)回歸方程為y=α+βx,則β=[(xy)平均-x平均y平均]/[(x2)平均-(x平均)2]，α=y平均-βx平均。
四、實(shí)驗(yàn)操作步驟及要點(diǎn)
1、實(shí)驗(yàn)可選用CaCO3粉末配制成濾漿，其量約占料桶的2/3左右，配制濃度在8.0B°左右（約10%，wt）
2、料桶內(nèi)濾漿可用壓縮空氣和循環(huán)泵進(jìn)行攪拌，桶內(nèi)表壓強(qiáng)控制在0~0.1MPa，不能超過(guò)料桶承受的壓強(qiáng)0.14MPa。
3、濾布在裝上之前要先用水浸濕。
4、實(shí)驗(yàn)操作前，應(yīng)先讓供料泵通過(guò)循環(huán)管路，循環(huán)操作一段時(shí)間，過(guò)濾時(shí)也要保證料液循環(huán)。結(jié)束后，應(yīng)關(guān)閉料桶上的出料閥，打開(kāi)旁路上清水管路清洗供料泵，以防止CaCO3在泵體內(nèi)沉積。
5、實(shí)驗(yàn)初始階段不是恒壓操作。因此可采用二只秒表交替計(jì)時(shí)，記下時(shí)間和濾液量，并確定恒壓開(kāi)始時(shí)間τ1和相應(yīng)的濾液量q1。過(guò)濾壓強(qiáng)不要超過(guò)0.08MPa。
6、當(dāng)濾液量很少時(shí)，濾渣已充滿(mǎn)濾框后，過(guò)濾階段可結(jié)束。
五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄
過(guò)濾物系：輕質(zhì)碳酸鈣 計(jì)量筒直徑： 圓板過(guò)濾器直徑：內(nèi)徑150mm
框厚： 過(guò)濾操作壓強(qiáng)： 料液濃度： 料液溫度：
序號(hào) |
時(shí)間間隔（s) |
間隔中的濾液量（L) |
1(恒壓前） |
20.5 |
0.45 |
2 |
15 |
0.65 |
3 |
15 |
0.55 |
4 |
15 |
0.39 |
5 |
15 |
0.38 |
6 |
15 |
0.31 |
7 |
15 |
0.3 |
8 |
15 |
0.27 |
9 |
15 |
0.24 |
10 |
15 |
0.234 |
11 |
15 |
0.21 |
12 |
15 |
0.19 |
13 |
15 |
0.179 |
14 |
15 |
0.164 |
六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表所示，以序號(hào)2為例寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程。
序號(hào) |
時(shí)間間隔Δτ(s) |
間隔濾液量ΔV（ |
累積濾液量V ( |
累積q |
累積時(shí)間τ (s) |
Δτ/Δq |
(q-q1) |
|
1 |
20.5 |
0.00045 |
0.0255 |
0.00045 |
0.0255 |
20.5 |
||
2 |
15 |
0.00065 |
0.0368 |
0.0011 |
0.0623 |
35.5 |
407.84 |
0.0368 |
3 |
15 |
0.00055 |
0.0311 |
0.00165 |
0.0934 |
50.5 |
441.71 |
0.0679 |
4 |
15 |
0.00039 |
0.0221 |
0.00204 |
0.1155 |
65.5 |
500.01 |
0.0900 |
5 |
15 |
0.00038 |
0.0215 |
0.00242 |
0.1370 |
80.5 |
538.05 |
0.1115 |
6 |
15 |
0.00031 |
0.0176 |
0.00273 |
0.1546 |
95.5 |
581.10 |
0.1291 |
7 |
15 |
0.00030 |
0.0170 |
0.00303 |
0.1715 |
110.5 |
616.23 |
0.1460 |
8 |
15 |
0.00027 |
0.0153 |
0.0033 |
0.1868 |
125.5 |
650.81 |
0.1613 |
9 |
15 |
0.00024 |
0.0136 |
0.00354 |
0.2004 |
140.5 |
686.01 |
0.1749 |
10 |
15 |
0.00023 |
0.0132 |
0.003774 |
0.2137 |
155.5 |
717.42 |
0.1882 |
11 |
15 |
0.00021 |
0.0119 |
0.003984 |
0.2256 |
170.5 |
749.77 |
0.2001 |
12 |
15 |
0.00019 |
0.0108 |
0.004174 |
0.2363 |
185.5 |
782.66 |
0.2108 |
13 |
15 |
0.00018 |
0.0101 |
0.004353 |
0.2465 |
200.5 |
814.65 |
0.2210 |
14 |
15 |
0.00016 |
0.0093 |
0.004517 |
0.2557 |
215.5 |
846.94 |
0.2302 |
解：間隔濾液量ΔV=0.65÷1000=0.00065m3
累積濾液量V=ΔV1+ΔV2=0.00045+0.00065=0.0011
累積q=Δq1+Δq2=0.0255+0.0368=0.0623
累積時(shí)間τ=20.5+15=35.5s
q-q1=0.0623-0.0255=0.0368
七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
1、將表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)，根據(jù)直線的斜率和截距求出K和
由圖可知，直線的斜率和截距分別為6051.1和81.922，即
2、用最小二乘法求斜率和截距并求出K和
答：設(shè)Y=
3、本實(shí)驗(yàn)如何洗滌濾餅？
答：采用橫穿洗滌法，洗滌液穿過(guò)兩層濾布及整個(gè)厚度的濾餅，流徑長(zhǎng)度約為過(guò)濾終了時(shí)濾液流動(dòng)路徑的兩倍，而洗滌液流通的面積又僅為過(guò)濾面積的一半。
4、本實(shí)驗(yàn)如何吹干濾餅？
答：隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，被截留在濾紙上的雜質(zhì)越來(lái)越多，使濾餅厚度不斷增加，這樣使過(guò)濾阻力變大，灌內(nèi)氣壓升高，當(dāng)氣壓升高到一定程度時(shí)需要排渣。停止向灌內(nèi)輸入待濾液并將壓縮空氣經(jīng)溢流管吹入罐內(nèi)，將罐內(nèi)待濾液壓入另一臺(tái)過(guò)濾機(jī)或其他容器內(nèi)，并吹干濾餅。
5、在本實(shí)驗(yàn)的裝置上如何測(cè)定濾餅的壓縮指數(shù)s和物料特性常數(shù)k？
答：改變實(shí)驗(yàn)所用的過(guò)濾壓差△p，可測(cè)得不同的K值，由K的定義式兩邊取對(duì)數(shù)得lgK=(1-s)lg(△p)+lg(2k)在實(shí)驗(yàn)壓差范圍內(nèi)，若k為常數(shù)，則lgK~lg(△P)的關(guān)系在直角坐標(biāo)上應(yīng)是一條直線，直線的斜率為（1-s）,可得濾餅壓縮性指數(shù)s，由截矩可得物料特性常數(shù)k。
