若操作压力增加一倍过滤常数

A. 恒压过滤常数的测定实验怎样进行误差分析

一、实验目的

⒈ 掌握恒压过滤常数 、 、 的测定方法，加深对 、 、 的概念和影响因素的理解。

⒉ 学习滤饼的压缩性指数s和物料常数 的测定方法。

⒊ 学习 一类关系的实验确定方法。

⒋ 学习用正交试验法来安排实验，达到最大限度地减小实验工作量的目的。

⒌ 学习对正交试验法的实验结果进行科学的分析，分析出每个因素重要性的大小，指出试验指标随各因素变化的趋势，了解适宜操作条件的确定方法。

二、实验内容

⒈ 设定试验指标、因素和水平。因课时限制，必须合作共同完成一个正交表。故统一规定试验指标为恒压过滤常数 ，实验室提供的实验条件可以设定的因素及其水平如表3-1所示，其中除滤浆浓度可以选二水平或四水平外，其余因素的水平必须按表3-1选取。并假定各因素之间无交互作用。

⒉ 统一选择正交表，按所选正交表的表头设计，填入与各因素水平对应的数据，使它变成直观的“实验方案”表格。

⒊ 分小组进行实验，测定每个实验条件下的过滤常数 、 、 。

⒋ 对试验指标 进行极差分析和方差分析；指出各个因素重要性的大小；讨论 随其影响因素的变化趋势；以提高过滤速度为目标，确定适宜的操作条件。

三、实验原理

⒈ 恒压过滤常数 、 、 的测定方法

过滤是利用过滤介质进行液—固系统的分离过程，过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力的作用下液体通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质表面上，从而使液固两相分离。

在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体流动阻力增加。故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。

恒压过滤方程

（3-1）

式中： —单位过滤面积获得的滤液体积，m3 / m2；

—单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3 / m2；

—实际过滤时间，s；

—虚拟过滤时间，s；

—过滤常数，m2/s。

将式（3-1）进行微分可得：

（3-2）

这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘 的关系，可得直线。其斜率为 ，截距为 ，从而求出 、 。至于 可由下式求出：

（3-3）

当各数据点的时间间隔不大时， 可用增量之比 来代替。

在本实验装置中，若在计量瓶中收集的滤液量达到100ml时作为恒压过滤时间的零点。

那么，在此之前从真空吸滤器出口到计量瓶之间的管线中已有的滤液再加上计量瓶中100ml滤液，这两部分滤液可视为常量（用 表示），这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质。在整理数据时，应考虑进去，则方程式（3-2）变为：

（各套 为200ml）

过滤常数的定义式：

（3-4）

两边取对数

(3-5)

因 ，故 与 的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为 ，由此可得滤饼的压缩性指数 ，然后代入式（3-4）求物料特性常数 。

⒉ 正交试验法原理，参阅《化工基础实验》第3章。

四、实验装置

⒈ 本实验共有八套装置，设备流程如图3-1所示，滤浆槽内放有已配制有一定浓度的硅藻土～水悬浮液。用电动搅拌器进行搅拌使滤浆浓度均匀（但不要使流体旋涡太大，使空气被混入液体的现象），用真空泵使系统产生真空，作为过滤推动力。滤液在计量瓶内计量。

⒉ 滤浆升温靠电热，用调压变压器即时调节电热器的加热电压来控温。每个滤浆内有电热器两个。

⒊ 滤浆浓度的水平分别指存放在滤浆槽内浓度不同的滤浆。

⒋ 过滤介质的水平1、2分别指真空吸滤器（玻璃漏斗）G2、G3（G2、G3是玻璃漏斗的型号，出厂时标注在漏斗上）。真空吸滤器的过滤面积为0.00385m2。

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

2

3

1

图3-1 正交试验法在过滤研究实验中的应用的流程图

1—搅拌装置；2—温度显示仪；3—真空吸滤器；4—电热棒；5—调节阀；6—滤液计量瓶；7—放液阀；

8—放液阀；9—真空表；10—进气阀；11—缓冲罐；12—调节阀；13—真空泵；14—滤浆槽

五、实验方法

⒈ 每个小组完成正交表中两个试验号的试验，每个大组负责完成一个正交表的全部试验。

⒉ 同一滤浆槽内，先做低温，后做高温。两个滤浆槽内同一水平的温度应相等。

⒊ 每组先把低温下的实验数据输入计算机回归过滤常数。当回归相关系数大于0.95时，该组实验合格，否则重新实验。使用同一滤浆槽的两组实验均合格后，才能升温。

⒋ 每一大组用同一台计算机汇总并整理全部实验数据，每个小组打印一份结果。

⒌ 每个实验的操作步骤：

⑴ 开动电动搅拌器将滤浆槽内硅藻土料浆搅拌均匀。将真空吸滤器按图示安装好，放入滤浆槽中，注意滤浆要浸没吸滤器。

⑵ 打开进气阀，关闭调节阀5。然后接通真空泵电闸。

⑶ 调节进气阀10，使真空表读数恒定于指定值，然后打开调节阀5，进行抽滤，待计量瓶中收集的滤液量达到100ml时，按表计时，作为恒压过滤零点。记录滤液每增加100ml所用的时间。当计量瓶读数为800ml时停表并立即关闭调节阀5。

⑷ 打开进气阀10和8，待真空表读数降到零时，停真空泵。打开调节阀5，利用系统内大气压把吸附在吸滤器上滤饼卸到槽内。放出计量瓶内滤液，并倒回滤浆槽内。卸下吸滤器清洗待用。

⒍ 结束实验后，切断真空泵、电动搅拌器电源，清洗真空吸滤器并使设备复原。

六、注意事项

⒈ 每次实验前都必须认真核对将做的实验是否符合正交表中因素和水平的规定。

⒉ 每个人实验的好坏，都会对整个大组的实验结果产生重大影响。因此，每个人都应认真实验，切不可粗心大意！

⒊ 放置真空吸滤器时，一定要把它浸没在滤浆中，并且要垂直放置，防止气体吸入，破坏物料连续进入系统和避免在器内形成滤饼厚度不均匀的现象。

⒋ 开关玻璃旋塞时，不要用力过猛，不许向外拔，以免损坏。

⒌ 每次实验后应该把吸滤器清洗干净。

⒍ 加热滤浆时加热电压不能超过220V。当滤浆温度快升到温度的水平2所规定温度时，加热电压应迅速降到40～50V。然后再酌情调节电压进行升温或保温。

七、报告内容

⒈ 列出全部过滤操作的原始数据，表格由各组统一设计。

⒉ 用最小二乘法或作图法求解正交表中一个试验的 、 、 。

⒊ 把计算机输出的恒压过滤常数 、 、 填入实验结果表中。

⒋ 对试验指标K进行极差分析和方差分析，并写出表中某列值的计算举例。

⒌ 画出表示K随各因素水平变化趋势的线图，并做理论分析。

⒍ 由本次正交试验可得出的结论。

⒎ 回答下列思考题

⑴ 为什么每次实验结束后，都得把滤饼和滤液倒回滤浆槽内？

⑵ 本实验装置真空表的读数是否真正反映实际过滤推动力？为什么？

表3-1 正交试验的因素和水平

因素

水平
压强差△P（Mpa）
过滤温度t℃
滤浆浓度C
过滤介质M

1
0.03
室温： ℃
5%
G2

2
0.04
室温+10℃
10%
G3

3
0.05

15%

4
0.06

20%

B. 在恒压过虑实验常数的测定实验中，为什么将过滤压力增大一倍，它的过滤体积会缩小一倍呢

如图。

C. 恒压过滤常数测定实验中数学模型方法的作用体现在哪些方面

恒压过滤常数测定实验

一、实验目的

1.
熟悉板框压滤机的构造和操作方法。

2.
通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。

3.
学会测定过滤常数
K
、
q
e
、
τ
e
及压缩性指数
s
的方法。

4.
了解过滤压力对过滤速率的影响。

二、基本原理

过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬
浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，从而实现
固、液分离。因此，过滤操作本质上是流体通过固体颗粒层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随
着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。

过滤速度
u
定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。
影响过滤速度的主要因素除过滤推动
力（压强差）△
p
，滤饼厚度
L
外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等。

过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，因此，可利用流体通过固定床
压降的简化模型，寻求滤液量与时间的关系，可得过滤速度计算式：

（
1
）

式中：
u
—
过滤速度，
m/s
；

V
—
通过过滤介质的滤液量，
m
3
；

A
—
过滤面积，
m
2
；

τ —
过滤时间，
s
；

q
—
通过单位面积过滤介质的滤液量，
m
3
/m
2
；

△
p
—
过滤压力（表压）
pa
；

s
—
滤渣压缩性系数；

μ
—
滤液的粘度，
Pa.s
；

r
—
滤渣比阻，
1/m
2
；

C
—
单位滤液体积的滤渣体积，
m
3
/m
3
；

Ve
—
过滤介质的当量滤液体积，
m
3
；

r
′ —
滤渣比阻，
m/kg
；

C
—
单位滤液体积的滤渣质量，
kg/m
3
。

对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，
μ
、
r
、
C
和△
p
都恒定，为此令

D. 关于板框压滤机过滤常数的测定

开始滤布表面没有附着滤饼，所以开始滤液会浑浊，新滤布的话，会更明显。
实验数据的内第一点，你指容什么？如果滤浆一样，滤布一样，进料压力一样的话，应该会准确的。
理论上滤液浓度越大过滤过程会越快，但出来的滤液不会多。一般压力越大，过滤速度会越快，但都是有限度的，所以过滤压力不可能无限度的加大，再说物料不一样，加大压力的过滤速度效果就不一样。说的不对之处，请批评！

E. 过滤常数与哪些因素有关加快过滤速率的途径有哪些

1.过滤速率与过滤速度过滤速率是指过滤设备单位时间所能获得的滤液体积,表明了过滤设备的生产能力；过滤速度是指单位时间单位过滤面积所能获得的滤液体积,表明了过滤设备的生产强度,即设备性能的优劣.过滤速率与过滤推动力成正比与过滤阻力成反比.在压差过滤中,推动力就是压差,阻力则与滤饼的结构、厚度以及滤液的性质等诸多因素有关,比较复杂.\x0d2.恒压过滤与恒速过滤在恒定压差下进行的过滤称为恒压过滤.此时,由于随着过滤的进行,滤饼厚度逐渐增加,阻力随之上升,过滤速率则不断下降.维持过滤速率不变的过滤称为恒速过滤.为了维持过滤速率恒定,必须相应地不断增大压差,以克服由于滤饼增厚而上升的阻力.由于压差要不断变化,因而恒速过滤较难控制,所以生产中一般采用恒压过滤,有时为避免过滤初期因压差过高引起滤布堵塞和破损,也可以采用先恒速后恒压的操作方式,过滤开始后,压差由较小值缓慢增大,过滤速率基本维持不变,当压差增大至系统允许的最大值后,维持压差不变,进行恒压过滤.\x0d①悬浮液的性质悬浮液的粘度对过滤速率有较大影响.粘度越小,过滤速率越快.因此对热料浆不应在冷却后再过滤,有时还可将滤浆先适当预热；由于滤浆浓度越大,其粘度也越大,为了降低滤浆的粘度,某些情况下也可以将滤浆加以稀释再进行过滤,但这样会过滤容积增加,同时稀释滤浆也只能在不影响滤液的前提下进行.\x0d②过滤推动力要使过滤操作得以进行,必须保持一定的推动力,即在滤饼和介质的两侧之间保持有一定的压差.如果压差是靠悬浮液自身重力作用形成的,则称为重力过滤,如化学实验中常见的过滤；如果压差是通过在介质上游加压形成的,则称为加压过滤；如果压差是在过滤介质的下游抽真空形成的,则称为减压过滤（或真空抽滤）；如果压差是利用离心力的作用形成的,则称为离心过滤.重力过滤设备简单,但推动力小,过滤速率慢,一般仅用来处理固体含量少且容易过滤的悬浮液；加压过滤可获得较大的推动力,过滤速率快,并可根据需要控制压差大小,但压差越大,对设备的密封性和强度要求越高,即使设备强度允许,也还受到滤布强度、滤饼的压缩性等因素的限制,因此,加压操作的压力不能太大,以不超过500kPa为宜.真空过滤也能获得较大的过滤速率,但操作的真空度受到液体沸点等因素的限制,不能过高,一般在85kPa以下.离心过滤的过滤速率快,但设备复杂,投资费用和动力消耗都较大,多用于颗粒粒度相对较大、液体含量较少的悬浮液的分离.一般说来,对不可压缩滤饼,增大推动力可提高过滤速率,但对可压缩滤饼,加压却不能有效地提高过程的速率.\x0d③过滤介质与滤饼的性质过滤介质的影响主要表现在对过程的阻力和过滤效率上,\x0d金属网与棉毛织品的空隙大小相差很大,生产能力和滤液的澄清度的差别也就很大.因此,要根据悬浮液中颗粒的大小来选择合适的过滤介质.滤饼的影响因素主要有颗粒的形状、大小、滤饼紧密度和厚度等,显然,颗粒越细,滤饼越紧密、越厚,其阻力越大.当滤饼厚度增大到一定程度,过滤速率会变得很慢,操作再进行下去是不经济的,这时只有将滤饼卸去,进行下一个周期的操作.

F. 滤浆浓度和过滤压力对k值，qe及 各有何影响

滤浆浓度越大， 过滤常数 K 值越小。 操作压强越大， 过滤常数 K 值越大。

G. 滤浆浓度和操作压强对过滤常数K有何影响

K=2kΔp^(1-s),s为滤屏压抄缩性指数，对不可压缩滤饼，s=0.

k=1/（μrc),μ为滤液黏度，r为比阻，c为浓度。

所以一般地讲，滤浆浓度越大，过滤常数K越小，滤浆浓度越小，K越大。

过滤压强Δp越大，过滤常数K也越大，反之则越小。

H. 恒压过滤实验中滤浆浓度和操作压强对过滤常数有何影响

浓度越大k值越小 压强越大k值越大