板框及动态过滤实验报告

北 方 民 族 大 学 学生实验报告

院（部）： 化学与化学工程

姓 名： 郭俊雄 学 号： 20082995 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 081 同组人员： 林艺明、 胡鹏、 秦开勉 课程名称： 化工原理实验 实验名称： 板框及动态过滤实验 实验日期： 2010.12.19 批阅日期： 成 绩： 教师签名：

北方民族大学教务处制

实验名称：板框过滤实验

一、目的及任务

1.熟悉板框过滤机的结构和操作方法； 2.测定在恒压过滤操作时的过滤常数； 3.掌握过滤问题的简化工程处理方法。

二、基本原理

过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（滤布和滤渣），使悬浮液中的固、液得到分离的单元操作。过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是，该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。过滤操作可分为恒压过滤和恒速过滤。当恒压操作时，过滤介质两侧的压差维持不变，则单位时间通过过滤介质的滤液量会不断下降；当恒速操作时，即保持过滤速度不变。

过滤速率基本方程的一般形式为：

dVA2P1s



dr'vVVe式中： V——τ时间内的滤液量，m3；

Ve——过滤介质的当量滤液体积，它是形成相当于滤布阻力的一层滤渣

所得的滤液体积，m3；

A——过滤面积，m2；

ΔP——过滤的压力降，Pa； μ——滤液粘度，Pa·s；

v——滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次； r′——单位压差下滤饼的比阻，1/ m2；

s——滤饼的压缩指数，无因次。一般情况下，s=0～1，对于不可压缩的

滤饼，s=0。

恒压过滤时，对上式积分可得：

qqe2Ke

式中： q——单位过滤面积的滤液量，q=V/A，m3/ m2； qe——单位过滤面积的虚拟滤液量，m3/ m2；

2P1s

K——过滤常数，即K，m2/s。

r'v对上式微分可得：

d2q2qe

 dqKK

该式表明dτ/dq～q为直线，其斜率为2/K，截距为2qe /K，为便于测定数据

计算速率常数，可用Δτ/Δq替代dτ/dq，则上式可写成：

2q2qe

 qKK

将Δτ/Δq对q标绘（q取各时间间隔内的平均值），在正常情况下，各点均应在同一直线上，直线的斜率为2/K=a/b，截距为2qe/K=c，由此可求出K和qe。

三、装置和流程

实验流程如图1所示，分别可进行过滤、洗涤和吹干三项操作。

板框过滤实验流程图

1 压缩机 2 配料釜 3 供料泵 4 圆形板框过滤机 5 压力控制阀 6 旁路阀

碳酸钙悬浮液在配料釜内配置，搅拌均匀后，用供料泵送至板框过滤机进行过滤，滤液流入计量筒，碳酸钙则在滤布上形成滤饼。为调节不同操作压力，管路上还装有旁路阀。

板框过滤机的板框结构如图2所示，滤板厚度为12mm，每个滤板的面积（双面）为0.0216m2。本实验引入了计算机在线数据采集和控制技术，加快了数据记录和处理速度。

滤液入管

板框结构示意图

四、操作要点

排好板和框的位置和次序，装好滤布，不同的板和框用橡胶垫隔开，然后压紧板框。 1、清水实验

①将滤机上的进出口阀按需要打开或关闭，用清水实验（是否漏，哪些地方漏，漏的地方是否影响实验结果）并以清水练习计量及调节压力的操作；

②用清水实验时，因过滤介质的阻力不变，属恒压恒速过程；

③用清水实验的数据作图可得一条平行于横轴的直线，由此可准确地求出过滤方程微分式的截距，准确地求出qe 。

需要指出，滤布的洗净程度对截距值影响很大，因此，滤布必须用洁净的清水充分洗净，并要铺平，孔要对正，选用压力与过滤时压力相同。 2、过滤实验

①悬浮液的配制：浓度为3～5%（重量）较为适宜，配制好开动压缩机将其送入贮浆罐中，使滤液均匀搅拌；

②滤布应先湿透，滤布孔要对准，表面服贴平展无皱纹，否则会漏； ③装好滤布，排好板框，然后压紧板框；

④检查阀门，应注意将悬浮液进过滤机的进口旋塞先关闭； ⑤启动后打开悬浮液的进口阀，将压力调至指定的工作压力； ⑥滤液由接受器收集，并用电子天平计量； ⑦待滤渣装满框时即可停止过滤。 3、测定洗涤速率

若需测定洗涤速率和过滤最终速率的关系，则可通入洗涤水（记住要将旁路阀关闭），并记录洗涤水量和时间；若需吹干滤饼，则通入压缩空气。实验结束后，停止空气压缩机，关闭供料泵，拆开过滤机，取出滤饼，并将滤布洗净。如长期停机，则可在配料釜搅拌及供料泵起动情况下，打开放净阀，将剩余浆料排除，并通入部分清水，清洗釜、供料泵及管道。

五、数据处理

原始数据记录见表1,2。

表1.清水实验数据记录表

表2.悬浮液过滤实验数据记录表

计算示例

1． 清水实验

根据式子，单次过滤的体积V

m



，过滤面积A=0.0216×5=0.108m2，再由式子

q

V

, 所得数据见表3,再由q作图1。 Aq

表3. 清水实验计算结果表

2、板框过滤实验

数据处理方法与清水实验类似， 如q

V

q作图2. 等，所得数据见表4，再由

Aq

根据图2的截距与斜率求得

qe0.224m3/m2,k1.87104(m2/s)。

再由式子(qqe)2K(te}，因此可以求得e485.6s，故而得过滤方程式：

(q0.224)21.87104(485.6)。

六、实验结论

图1.清水实验图

图2.悬浮液过滤实验图

实验名称：动态过滤

一、目的及任务

1、 熟悉烛芯动态过滤器的结构与操作方法；

2、 测定不同压差、流速及悬浮液浓度对过滤速率的影响。

二、基本原理

传统过滤中，滤饼不受搅动并不断增厚，固体颗粒连同悬浮液都以过滤介质为其流动终端，垂直流向操作，故又称终端过滤。这种过滤的主要阻力来自滤饼，为了保持过滤初始阶段的高过滤速率，可采用诸如机械的、水力的或电场的人为干扰限制滤饼增长，这种有别于传统的过滤称为动态过滤。

本动态过滤实验是借助一个流速较高的主体流动平行流过过滤介质，抑止滤饼层的增长，从而实现稳定的高过滤速率。

动态过滤特别适用于下列情况：1、将分批过滤操作改为动态过滤，这样，不仅操作可连续化，同时，最终浆料的固含量可提高；2、难以过滤的物料，如可压缩性较大、分散性较高或稍许形成滤饼即形成很大过滤阻力的浆料及浆料粘度大的假塑性物料（流动状态下粘度会降低）等；3、在操作极限浓度内滤渣呈流动状态流出，省去卸料装置带来的问题；4、洗涤效率要求高的场合。

三、装置和流程

实验流程如图所示：

动态过滤实验流程

1、压缩机 2、磁力泵 3、原料罐 4、小储罐 5、旋涡泵 6、电子天平 7、烧杯 8、烛芯过滤器 9、

进料调节阀 10、孔板流量计 11、旁路阀 12、电磁阀

碳酸钙悬浮液在原料罐中配制，搅拌均匀后，用旋涡泵送至烛芯过滤器过滤。

滤液由接受器收集，并用电子天平计量后，再倒入小储罐，并用磁力泵送回原料罐，以保持浆料浓度不变。浆料的流量和压力靠阀9、10和电磁阀12来调节和控制，并用孔板流量计10计量。

本实验烛芯过滤器内管采用不锈钢烧结微孔过滤棒作为过滤元件，其外径为25mm，长300mm ，微孔平均孔径为10μm 。外管为Φ40×2.5mm不锈钢管。 四、操作要点

1、 悬浮液固体含量以1～5%；压力以3～10kPa；流速以0.5～2.5m/s为宜。 2、做正式实验前，建议先做出动态过滤速度趋势图（即滤液量与过滤时间的关系图），找到“拟稳态阶段”的起始时间，然后再开始测取数据，以保证数据的正确。

3、每做完一轮数据（一般5～6点即可），可用压缩空气（由烛芯过滤器顶部进入）吹扫滤饼，并启动旋涡泵，用浆料将滤饼送返原料罐，再配制高浓度浆料后，开始下一轮实验。

4、实验结束后，如长期停机，则可在原料罐、搅拌罐及旋涡泵工作情况下，打开放净口阀，将浆料排出，存放，再通入部分清水，清洗罐、泵、过滤器。

五、数据处理

根据单次产品质量m=产品量×时间，并随时间的变化算得产品的累积质量，用t—m作图3，曲线的斜率就是动态过滤速率。其相关结果见表5，可以此作图4.

表5.动态过滤相关数据及计算结果表

六、实验结论

图3.动态过滤速率图

图4.动态过滤速率与时间关系图

北 方 民 族 大 学 学生实验报告

院（部）： 化学与化学工程

姓 名： 郭俊雄 学 号： 20082995 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 081 同组人员： 林艺明、 胡鹏、 秦开勉 课程名称： 化工原理实验 实验名称： 板框及动态过滤实验 实验日期： 2010.12.19 批阅日期： 成 绩： 教师签名：

北方民族大学教务处制

实验名称：板框过滤实验

一、目的及任务

1.熟悉板框过滤机的结构和操作方法； 2.测定在恒压过滤操作时的过滤常数； 3.掌握过滤问题的简化工程处理方法。

二、基本原理

过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（滤布和滤渣），使悬浮液中的固、液得到分离的单元操作。过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是，该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。过滤操作可分为恒压过滤和恒速过滤。当恒压操作时，过滤介质两侧的压差维持不变，则单位时间通过过滤介质的滤液量会不断下降；当恒速操作时，即保持过滤速度不变。

过滤速率基本方程的一般形式为：

dVA2P1s



dr'vVVe式中： V——τ时间内的滤液量，m3；

Ve——过滤介质的当量滤液体积，它是形成相当于滤布阻力的一层滤渣

所得的滤液体积，m3；

A——过滤面积，m2；

ΔP——过滤的压力降，Pa； μ——滤液粘度，Pa·s；

v——滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次； r′——单位压差下滤饼的比阻，1/ m2；

s——滤饼的压缩指数，无因次。一般情况下，s=0～1，对于不可压缩的

滤饼，s=0。

恒压过滤时，对上式积分可得：

qqe2Ke

式中： q——单位过滤面积的滤液量，q=V/A，m3/ m2； qe——单位过滤面积的虚拟滤液量，m3/ m2；

2P1s

K——过滤常数，即K，m2/s。

r'v对上式微分可得：

d2q2qe

 dqKK

该式表明dτ/dq～q为直线，其斜率为2/K，截距为2qe /K，为便于测定数据

计算速率常数，可用Δτ/Δq替代dτ/dq，则上式可写成：

2q2qe

 qKK

将Δτ/Δq对q标绘（q取各时间间隔内的平均值），在正常情况下，各点均应在同一直线上，直线的斜率为2/K=a/b，截距为2qe/K=c，由此可求出K和qe。

三、装置和流程

实验流程如图1所示，分别可进行过滤、洗涤和吹干三项操作。

板框过滤实验流程图

1 压缩机 2 配料釜 3 供料泵 4 圆形板框过滤机 5 压力控制阀 6 旁路阀

碳酸钙悬浮液在配料釜内配置，搅拌均匀后，用供料泵送至板框过滤机进行过滤，滤液流入计量筒，碳酸钙则在滤布上形成滤饼。为调节不同操作压力，管路上还装有旁路阀。

板框过滤机的板框结构如图2所示，滤板厚度为12mm，每个滤板的面积（双面）为0.0216m2。本实验引入了计算机在线数据采集和控制技术，加快了数据记录和处理速度。

滤液入管

板框结构示意图

四、操作要点

排好板和框的位置和次序，装好滤布，不同的板和框用橡胶垫隔开，然后压紧板框。 1、清水实验

①将滤机上的进出口阀按需要打开或关闭，用清水实验（是否漏，哪些地方漏，漏的地方是否影响实验结果）并以清水练习计量及调节压力的操作；

②用清水实验时，因过滤介质的阻力不变，属恒压恒速过程；

③用清水实验的数据作图可得一条平行于横轴的直线，由此可准确地求出过滤方程微分式的截距，准确地求出qe 。

需要指出，滤布的洗净程度对截距值影响很大，因此，滤布必须用洁净的清水充分洗净，并要铺平，孔要对正，选用压力与过滤时压力相同。 2、过滤实验

①悬浮液的配制：浓度为3～5%（重量）较为适宜，配制好开动压缩机将其送入贮浆罐中，使滤液均匀搅拌；

②滤布应先湿透，滤布孔要对准，表面服贴平展无皱纹，否则会漏； ③装好滤布，排好板框，然后压紧板框；

④检查阀门，应注意将悬浮液进过滤机的进口旋塞先关闭； ⑤启动后打开悬浮液的进口阀，将压力调至指定的工作压力； ⑥滤液由接受器收集，并用电子天平计量； ⑦待滤渣装满框时即可停止过滤。 3、测定洗涤速率

若需测定洗涤速率和过滤最终速率的关系，则可通入洗涤水（记住要将旁路阀关闭），并记录洗涤水量和时间；若需吹干滤饼，则通入压缩空气。实验结束后，停止空气压缩机，关闭供料泵，拆开过滤机，取出滤饼，并将滤布洗净。如长期停机，则可在配料釜搅拌及供料泵起动情况下，打开放净阀，将剩余浆料排除，并通入部分清水，清洗釜、供料泵及管道。

五、数据处理

原始数据记录见表1,2。

表1.清水实验数据记录表

表2.悬浮液过滤实验数据记录表

计算示例

1． 清水实验

根据式子，单次过滤的体积V

m



，过滤面积A=0.0216×5=0.108m2，再由式子

q

V

, 所得数据见表3,再由q作图1。 Aq

表3. 清水实验计算结果表

2、板框过滤实验

数据处理方法与清水实验类似， 如q

V

q作图2. 等，所得数据见表4，再由

Aq

根据图2的截距与斜率求得

qe0.224m3/m2,k1.87104(m2/s)。

再由式子(qqe)2K(te}，因此可以求得e485.6s，故而得过滤方程式：

(q0.224)21.87104(485.6)。

六、实验结论

图1.清水实验图

图2.悬浮液过滤实验图

实验名称：动态过滤

一、目的及任务

1、 熟悉烛芯动态过滤器的结构与操作方法；

2、 测定不同压差、流速及悬浮液浓度对过滤速率的影响。

二、基本原理

传统过滤中，滤饼不受搅动并不断增厚，固体颗粒连同悬浮液都以过滤介质为其流动终端，垂直流向操作，故又称终端过滤。这种过滤的主要阻力来自滤饼，为了保持过滤初始阶段的高过滤速率，可采用诸如机械的、水力的或电场的人为干扰限制滤饼增长，这种有别于传统的过滤称为动态过滤。

本动态过滤实验是借助一个流速较高的主体流动平行流过过滤介质，抑止滤饼层的增长，从而实现稳定的高过滤速率。

动态过滤特别适用于下列情况：1、将分批过滤操作改为动态过滤，这样，不仅操作可连续化，同时，最终浆料的固含量可提高；2、难以过滤的物料，如可压缩性较大、分散性较高或稍许形成滤饼即形成很大过滤阻力的浆料及浆料粘度大的假塑性物料（流动状态下粘度会降低）等；3、在操作极限浓度内滤渣呈流动状态流出，省去卸料装置带来的问题；4、洗涤效率要求高的场合。

三、装置和流程

实验流程如图所示：

动态过滤实验流程

1、压缩机 2、磁力泵 3、原料罐 4、小储罐 5、旋涡泵 6、电子天平 7、烧杯 8、烛芯过滤器 9、

进料调节阀 10、孔板流量计 11、旁路阀 12、电磁阀

碳酸钙悬浮液在原料罐中配制，搅拌均匀后，用旋涡泵送至烛芯过滤器过滤。

滤液由接受器收集，并用电子天平计量后，再倒入小储罐，并用磁力泵送回原料罐，以保持浆料浓度不变。浆料的流量和压力靠阀9、10和电磁阀12来调节和控制，并用孔板流量计10计量。

本实验烛芯过滤器内管采用不锈钢烧结微孔过滤棒作为过滤元件，其外径为25mm，长300mm ，微孔平均孔径为10μm 。外管为Φ40×2.5mm不锈钢管。 四、操作要点

1、 悬浮液固体含量以1～5%；压力以3～10kPa；流速以0.5～2.5m/s为宜。 2、做正式实验前，建议先做出动态过滤速度趋势图（即滤液量与过滤时间的关系图），找到“拟稳态阶段”的起始时间，然后再开始测取数据，以保证数据的正确。

3、每做完一轮数据（一般5～6点即可），可用压缩空气（由烛芯过滤器顶部进入）吹扫滤饼，并启动旋涡泵，用浆料将滤饼送返原料罐，再配制高浓度浆料后，开始下一轮实验。

4、实验结束后，如长期停机，则可在原料罐、搅拌罐及旋涡泵工作情况下，打开放净口阀，将浆料排出，存放，再通入部分清水，清洗罐、泵、过滤器。

五、数据处理

根据单次产品质量m=产品量×时间，并随时间的变化算得产品的累积质量，用t—m作图3，曲线的斜率就是动态过滤速率。其相关结果见表5，可以此作图4.

表5.动态过滤相关数据及计算结果表

六、实验结论

图3.动态过滤速率图

图4.动态过滤速率与时间关系图