实验六 过滤

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测定；

2、了解过滤设备的构造和操作方法。

二、基本原理

过滤是借一种能将固体物截留而让流体通过的多孔介质将固体物从液体或气体中分离出来的过程，因此过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流动，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加，因此在势能差不变的情况下，单位时间内通过过滤介质的液体量也在不断下降，即过滤速率不断降低。过滤速率V的定义是单位时间、单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量，即：

??dvdq? Ad?d?式中： A——过滤面积 m2，?——过滤时间， V——通过过滤介质的滤液量 m3

影响过滤速度的主要因素除势能差（?P）滤饼厚度外，还有滤饼、悬浮液性质、悬浮体温度、过滤介质的阻力等，故难以用严格的流体力学方法处理。

比较过滤过程与流体经过固体床的流动可知：过滤速度，即为流体经过固体床的表现速度?0，同时，液体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺范围。

因此，可以用流体通过固体床压降的简化数学模型，寻求滤液量q与时间?的关系，在低雷诺数下，可用康采尼（Kozney）的计算式，即：

dq?31?p ?? ???221d?(1??)aK?L对于不可压缩滤饼，由上式可以导出过滤速率的计算式为：dq?PK?? dzr??(q?qe)2(q?qe)式中：qe?

Ve A16

Ve——为形成与滤饼介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量 m3

r ——滤饼的比阻 m3/kg，? ——悬浮液中单位体积净液体中所带固体颗粒量 m3

? ——液体粘度 Pa?s，K——过滤常数 m2/s

在衡压过滤时，上述微分方程积分后可得：q2?2qqe?k?0

由上述方程可计算在过滤设备、过滤条件一定时，过滤一定滤液量所需要的时间，或者在过滤时间、过滤条件一定时为了完成一定生产任务，所需要的过滤设备大小。

利用上述方程计算时，需要知道k、qe等常数，而k、qe常数只有通过实验才能确定，在用实验方法测定过滤常数时，需将上述方程变换成如下形式：

?q?12q?q KK因此，实验时只要维持操作压强恒定，记取过滤时间及相应的滤液量以?/q?q作图得

1/K直线。读取直线斜率1/K和截距2qe/K，求取常数K和qe，或者将?/q和qe的数

据用最小二乘法求取1/K和2qe/K的值，进而计算K和qe的值。

若在衡压过滤的Z0时间内已通过单位过滤面积的滤液q1，则在?1??2及q1?q2范围内将上述微分方程积分态整理后得：

???1q?q1?12(q?q1)?(q1?qe) KK上式表明q?q1和

???1q?q1为线性关系，从而能方便地求出k、qe的值。

三、实验装置与流程

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水控气图5-3 过滤实验流程

1——供料泵 2——配料桶 3——接板式过滤器

四、实验步骤

1、实验可选用CaCO3粉末配置成滤浆，其量约占料桶的2/3左右，配置浓度在8.0B0

左右。

2、料桶内滤浆可用压缩空气和循环泵进行搅拌，桶内压力控制在0.1-0.2MPa。 3、滤布在安装之前要先用水浸湿。

4、实验操作前，应先让供料泵通过循环管路，循环操作一段时间，过滤结束后，应关闭料桶上的出料阀，打开旁路上清水管路清洗供料泵，以防止CaCO3在泵内沉积。

5、实验初始阶段不是衡压操作。因此可采用两只秒表交替计时，计下时间和滤液量，并确定衡压开始时间?0和相应的滤液量q1。

6、当滤液量很少并且滤渣已充满滤框后，过滤即可结束。

五、实验数据记录

计量筒直径： 园板过滤器直径：

操作压力： 浓度： 温度：

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 六、思考题

1．为什么过滤开始时，滤液常有浑浊，过一定时期才转清？ 2．滤浆浓度和过滤压强对K值有何影响？ 3．有哪些因素影响过滤速率？

4．Δq取大些好，还是取小一些好?同一次实验，Δq取得不同，所得出k、qe之值会不会不同？做

时间S(秒) 计量（1升） ??~q图时，q值为什么取两时间间隔的平均值? ?q

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实验七 列管换热器传热系数的测定

一、实验目的

1、了解换热器的结构，学会换热器的操作方法及换热器传热系数的测定方法；

2、测定列管式换热器的传热系数K

二、基本原理

列管式换热器是一种间壁式换热设备，冷、热流体间的传热过程由热流体对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面与冷流体的对流传热3个传热分过程组成。当忽略污垢热阻时，以热流体侧传热面积为基准的总传热系数与三个传热分过程的关系为：

A11?A1???1 K1?1?Am?2A2式中 K1——以热流体侧传热面积为基准的总传热系数， ?1——热流体的对流传热系数

?2——冷流体的对流传热系数，A1——热流体侧的传热面积， A2——冷流体侧的传热面积，Am——传热壁的平均传热面积；?——传热壁的厚度， ? ——传热壁的导热系

数

对已知的物系和确定的换热器，上式可表示为： K?f(Gn,Gc) 式中 G——流体的质量流量

由此可知，通过分别考察冷热流体对传热系数的影响，从而可达到了解某个对流传热过程的性能。若要了解对流给热过程的定量关系，可由非线性数据处理而得。这种研究方法是过程分解与综合实验研究方法的实例。

传热系数K借助于传热速率方程式和热量衡算方程式求取。 热量衡算方程式，以热空气作衡算： Qh?GhCpA(T进?T出） 传热速率方程式： Q?KAc?tm

式中：

?tm???t??tm逆 ?tm逆(T进?t出）（T出?t进）? T进?t出lnT出?t进20