若操作壓力增加一倍過濾常數

A. 恆壓過濾常數的測定實驗怎樣進行誤差分析

一、實驗目的

⒈ 掌握恆壓過濾常數 、 、 的測定方法，加深對 、 、 的概念和影響因素的理解。

⒉ 學習濾餅的壓縮性指數s和物料常數 的測定方法。

⒊ 學習 一類關系的實驗確定方法。

⒋ 學慣用正交試驗法來安排實驗，達到最大限度地減小實驗工作量的目的。

⒌ 學習對正交試驗法的實驗結果進行科學的分析，分析出每個因素重要性的大小，指出試驗指標隨各因素變化的趨勢，了解適宜操作條件的確定方法。

二、實驗內容

⒈ 設定試驗指標、因素和水平。因課時限制，必須合作共同完成一個正交表。故統一規定試驗指標為恆壓過濾常數 ，實驗室提供的實驗條件可以設定的因素及其水平如表3-1所示，其中除濾漿濃度可以選二水平或四水平外，其餘因素的水平必須按表3-1選取。並假定各因素之間無交互作用。

⒉ 統一選擇正交表，按所選正交表的表頭設計，填入與各因素水平對應的數據，使它變成直觀的「實驗方案」表格。

⒊ 分小組進行實驗，測定每個實驗條件下的過濾常數 、 、 。

⒋ 對試驗指標 進行極差分析和方差分析；指出各個因素重要性的大小；討論 隨其影響因素的變化趨勢；以提高過濾速度為目標，確定適宜的操作條件。

三、實驗原理

⒈ 恆壓過濾常數 、 、 的測定方法

過濾是利用過濾介質進行液—固系統的分離過程，過濾介質通常採用帶有許多毛細孔的物質如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固體顆粒的懸浮液在一定壓力的作用下液體通過過濾介質，固體顆粒被截留在介質表面上，從而使液固兩相分離。

在過濾過程中，由於固體顆粒不斷地被截留在介質表面上，濾餅厚度增加，液體流過固體顆粒之間的孔道加長，而使流體流動阻力增加。故恆壓過濾時，過濾速率逐漸下降。隨著過濾進行，若得到相同的濾液量，則過濾時間增加。

恆壓過濾方程

（3-1）

式中： —單位過濾面積獲得的濾液體積，m3 / m2；

—單位過濾面積上的虛擬濾液體積，m3 / m2；

—實際過濾時間，s；

—虛擬過濾時間，s；

—過濾常數，m2/s。

將式（3-1）進行微分可得：

（3-2）

這是一個直線方程式，於普通坐標上標繪 的關系，可得直線。其斜率為 ，截距為 ，從而求出 、 。至於 可由下式求出：

（3-3）

當各數據點的時間間隔不大時， 可用增量之比 來代替。

在本實驗裝置中，若在計量瓶中收集的濾液量達到100ml時作為恆壓過濾時間的零點。

那麼，在此之前從真空吸濾器出口到計量瓶之間的管線中已有的濾液再加上計量瓶中100ml濾液，這兩部分濾液可視為常量（用 表示），這些濾液對應的濾餅視為過濾介質以外的另一層過濾介質。在整理數據時，應考慮進去，則方程式（3-2）變為：

（各套 為200ml）

過濾常數的定義式：

（3-4）

兩邊取對數

(3-5)

因 ，故 與 的關系在對數坐標上標繪時應是一條直線，直線的斜率為 ，由此可得濾餅的壓縮性指數 ，然後代入式（3-4）求物料特性常數 。

⒉ 正交試驗法原理，參閱《化工基礎實驗》第3章。

四、實驗裝置

⒈ 本實驗共有八套裝置，設備流程如圖3-1所示，濾漿槽內放有已配製有一定濃度的硅藻土～水懸浮液。用電動攪拌器進行攪拌使濾漿濃度均勻（但不要使流體旋渦太大，使空氣被混入液體的現象），用真空泵使系統產生真空，作為過濾推動力。濾液在計量瓶內計量。

⒉ 濾漿升溫靠電熱，用調壓變壓器即時調節電熱器的加熱電壓來控溫。每個濾漿內有電熱器兩個。

⒊ 濾漿濃度的水平分別指存放在濾漿槽內濃度不同的濾漿。

⒋ 過濾介質的水平1、2分別指真空吸濾器（玻璃漏斗）G2、G3（G2、G3是玻璃漏斗的型號，出廠時標注在漏鬥上）。真空吸濾器的過濾面積為0.00385m2。

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

2

3

1

圖3-1 正交試驗法在過濾研究實驗中的應用的流程圖

1—攪拌裝置；2—溫度顯示儀；3—真空吸濾器；4—電熱棒；5—調節閥；6—濾液計量瓶；7—放液閥；

8—放液閥；9—真空表；10—進氣閥；11—緩沖罐；12—調節閥；13—真空泵；14—濾漿槽

五、實驗方法

⒈ 每個小組完成正交表中兩個試驗號的試驗，每個大組負責完成一個正交表的全部試驗。

⒉ 同一濾漿槽內，先做低溫，後做高溫。兩個濾漿槽內同一水平的溫度應相等。

⒊ 每組先把低溫下的實驗數據輸入計算機回歸過濾常數。當回歸相關系數大於0.95時，該組實驗合格，否則重新實驗。使用同一濾漿槽的兩組實驗均合格後，才能升溫。

⒋ 每一大組用同一台計算機匯總並整理全部實驗數據，每個小組列印一份結果。

⒌ 每個實驗的操作步驟：

⑴ 開動電動攪拌器將濾漿槽內硅藻土料漿攪拌均勻。將真空吸濾器按圖示安裝好，放入濾漿槽中，注意濾漿要浸沒吸濾器。

⑵ 打開進氣閥，關閉調節閥5。然後接通真空泵電閘。

⑶ 調節進氣閥10，使真空表讀數恆定於指定值，然後打開調節閥5，進行抽濾，待計量瓶中收集的濾液量達到100ml時，按表計時，作為恆壓過濾零點。記錄濾液每增加100ml所用的時間。當計量瓶讀數為800ml時停表並立即關閉調節閥5。

⑷ 打開進氣閥10和8，待真空表讀數降到零時，停真空泵。打開調節閥5，利用系統內大氣壓把吸附在吸濾器上濾餅卸到槽內。放出計量瓶內濾液，並倒回濾漿槽內。卸下吸濾器清洗待用。

⒍ 結束實驗後，切斷真空泵、電動攪拌器電源，清洗真空吸濾器並使設備復原。

六、注意事項

⒈ 每次實驗前都必須認真核對將做的實驗是否符合正交表中因素和水平的規定。

⒉ 每個人實驗的好壞，都會對整個大組的實驗結果產生重大影響。因此，每個人都應認真實驗，切不可粗心大意！

⒊ 放置真空吸濾器時，一定要把它浸沒在濾漿中，並且要垂直放置，防止氣體吸入，破壞物料連續進入系統和避免在器內形成濾餅厚度不均勻的現象。

⒋ 開關玻璃旋塞時，不要用力過猛，不許向外拔，以免損壞。

⒌ 每次實驗後應該把吸濾器清洗干凈。

⒍ 加熱濾漿時加熱電壓不能超過220V。當濾漿溫度快升到溫度的水平2所規定溫度時，加熱電壓應迅速降到40～50V。然後再酌情調節電壓進行升溫或保溫。

七、報告內容

⒈ 列出全部過濾操作的原始數據，表格由各組統一設計。

⒉ 用最小二乘法或作圖法求解正交表中一個試驗的 、 、 。

⒊ 把計算機輸出的恆壓過濾常數 、 、 填入實驗結果表中。

⒋ 對試驗指標K進行極差分析和方差分析，並寫出表中某列值的計算舉例。

⒌ 畫出表示K隨各因素水平變化趨勢的線圖，並做理論分析。

⒍ 由本次正交試驗可得出的結論。

⒎ 回答下列思考題

⑴ 為什麼每次實驗結束後，都得把濾餅和濾液倒回濾漿槽內？

⑵ 本實驗裝置真空表的讀數是否真正反映實際過濾推動力？為什麼？

表3-1 正交試驗的因素和水平

因素

水平
壓強差△P（Mpa）
過濾溫度t℃
濾漿濃度C
過濾介質M

1
0.03
室溫： ℃
5%
G2

2
0.04
室溫+10℃
10%
G3

3
0.05

15%

4
0.06

20%

B. 在恆壓過慮實驗常數的測定實驗中，為什麼將過濾壓力增大一倍，它的過濾體積會縮小一倍呢

如圖。

C. 恆壓過濾常數測定實驗中數學模型方法的作用體現在哪些方面

恆壓過濾常數測定實驗

一、實驗目的

1.
熟悉板框壓濾機的構造和操作方法。

2.
通過恆壓過濾實驗，驗證過濾基本理論。

3.
學會測定過濾常數
K
、
q
e
、
τ
e
及壓縮性指數
s
的方法。

4.
了解過濾壓力對過濾速率的影響。

二、基本原理

過濾是以某種多孔物質為介質來處理懸浮液以達到固、液分離的一種操作過程，即在外力的作用下，懸
浮液中的液體通過固體顆粒層（即濾渣層）及多孔介質的孔道而固體顆粒被截留下來形成濾渣層，從而實現
固、液分離。因此，過濾操作本質上是流體通過固體顆粒層的流動，而這個固體顆粒層（濾渣層）的厚度隨
著過濾的進行而不斷增加，故在恆壓過濾操作中，過濾速度不斷降低。

過濾速度
u
定義為單位時間單位過濾面積內通過過濾介質的濾液量。
影響過濾速度的主要因素除過濾推動
力（壓強差）△
p
，濾餅厚度
L
外，還有濾餅和懸浮液的性質，懸浮液溫度，過濾介質的阻力等。

過濾時濾液流過濾渣和過濾介質的流動過程基本上處在層流流動范圍內，因此，可利用流體通過固定床
壓降的簡化模型，尋求濾液量與時間的關系，可得過濾速度計算式：

（
1
）

式中：
u
—
過濾速度，
m/s
；

V
—
通過過濾介質的濾液量，
m
3
；

A
—
過濾面積，
m
2
；

τ —
過濾時間，
s
；

q
—
通過單位面積過濾介質的濾液量，
m
3
/m
2
；

△
p
—
過濾壓力（表壓）
pa
；

s
—
濾渣壓縮性系數；

μ
—
濾液的粘度，
Pa.s
；

r
—
濾渣比阻，
1/m
2
；

C
—
單位濾液體積的濾渣體積，
m
3
/m
3
；

Ve
—
過濾介質的當量濾液體積，
m
3
；

r
′ —
濾渣比阻，
m/kg
；

C
—
單位濾液體積的濾渣質量，
kg/m
3
。

對於一定的懸浮液，在恆溫和恆壓下過濾時，
μ
、
r
、
C
和△
p
都恆定，為此令

D. 關於板框壓濾機過濾常數的測定

開始濾布表面沒有附著濾餅，所以開始濾液會渾濁，新濾布的話，會更明顯。
實驗數據的內第一點，你指容什麼？如果濾漿一樣，濾布一樣，進料壓力一樣的話，應該會准確的。
理論上濾液濃度越大過濾過程會越快，但出來的濾液不會多。一般壓力越大，過濾速度會越快，但都是有限度的，所以過濾壓力不可能無限度的加大，再說物料不一樣，加大壓力的過濾速度效果就不一樣。說的不對之處，請批評！

E. 過濾常數與哪些因素有關加快過濾速率的途徑有哪些

1.過濾速率與過濾速度過濾速率是指過濾設備單位時間所能獲得的濾液體積,表明了過濾設備的生產能力；過濾速度是指單位時間單位過濾面積所能獲得的濾液體積,表明了過濾設備的生產強度,即設備性能的優劣.過濾速率與過濾推動力成正比與過濾阻力成反比.在壓差過濾中,推動力就是壓差,阻力則與濾餅的結構、厚度以及濾液的性質等諸多因素有關,比較復雜.\x0d2.恆壓過濾與恆速過濾在恆定壓差下進行的過濾稱為恆壓過濾.此時,由於隨著過濾的進行,濾餅厚度逐漸增加,阻力隨之上升,過濾速率則不斷下降.維持過濾速率不變的過濾稱為恆速過濾.為了維持過濾速率恆定,必須相應地不斷增大壓差,以克服由於濾餅增厚而上升的阻力.由於壓差要不斷變化,因而恆速過濾較難控制,所以生產中一般採用恆壓過濾,有時為避免過濾初期因壓差過高引起濾布堵塞和破損,也可以採用先恆速後恆壓的操作方式,過濾開始後,壓差由較小值緩慢增大,過濾速率基本維持不變,當壓差增大至系統允許的最大值後,維持壓差不變,進行恆壓過濾.\x0d①懸浮液的性質懸浮液的粘度對過濾速率有較大影響.粘度越小,過濾速率越快.因此對熱料漿不應在冷卻後再過濾,有時還可將濾漿先適當預熱；由於濾漿濃度越大,其粘度也越大,為了降低濾漿的粘度,某些情況下也可以將濾漿加以稀釋再進行過濾,但這樣會過濾容積增加,同時稀釋濾漿也只能在不影響濾液的前提下進行.\x0d②過濾推動力要使過濾操作得以進行,必須保持一定的推動力,即在濾餅和介質的兩側之間保持有一定的壓差.如果壓差是靠懸浮液自身重力作用形成的,則稱為重力過濾,如化學實驗中常見的過濾；如果壓差是通過在介質上游加壓形成的,則稱為加壓過濾；如果壓差是在過濾介質的下游抽真空形成的,則稱為減壓過濾（或真空抽濾）；如果壓差是利用離心力的作用形成的,則稱為離心過濾.重力過濾設備簡單,但推動力小,過濾速率慢,一般僅用來處理固體含量少且容易過濾的懸浮液；加壓過濾可獲得較大的推動力,過濾速率快,並可根據需要控制壓差大小,但壓差越大,對設備的密封性和強度要求越高,即使設備強度允許,也還受到濾布強度、濾餅的壓縮性等因素的限制,因此,加壓操作的壓力不能太大,以不超過500kPa為宜.真空過濾也能獲得較大的過濾速率,但操作的真空度受到液體沸點等因素的限制,不能過高,一般在85kPa以下.離心過濾的過濾速率快,但設備復雜,投資費用和動力消耗都較大,多用於顆粒粒度相對較大、液體含量較少的懸浮液的分離.一般說來,對不可壓縮濾餅,增大推動力可提高過濾速率,但對可壓縮濾餅,加壓卻不能有效地提高過程的速率.\x0d③過濾介質與濾餅的性質過濾介質的影響主要表現在對過程的阻力和過濾效率上,\x0d金屬網與棉毛織品的空隙大小相差很大,生產能力和濾液的澄清度的差別也就很大.因此,要根據懸浮液中顆粒的大小來選擇合適的過濾介質.濾餅的影響因素主要有顆粒的形狀、大小、濾餅緊密度和厚度等,顯然,顆粒越細,濾餅越緊密、越厚,其阻力越大.當濾餅厚度增大到一定程度,過濾速率會變得很慢,操作再進行下去是不經濟的,這時只有將濾餅卸去,進行下一個周期的操作.

F. 濾漿濃度和過濾壓力對k值，qe及 各有何影響

濾漿濃度越大， 過濾常數 K 值越小。 操作壓強越大， 過濾常數 K 值越大。

G. 濾漿濃度和操作壓強對過濾常數K有何影響

K=2kΔp^(1-s),s為濾屏壓抄縮性指數，對不可壓縮濾餅，s=0.

k=1/（μrc),μ為濾液黏度，r為比阻，c為濃度。

所以一般地講，濾漿濃度越大，過濾常數K越小，濾漿濃度越小，K越大。

過濾壓強Δp越大，過濾常數K也越大，反之則越小。

H. 恆壓過濾實驗中濾漿濃度和操作壓強對過濾常數有何影響

濃度越大k值越小 壓強越大k值越大