一、实验目的
（1）掌握恒压过滤常数K、qe、te的测定方法，加深对K、qe、te的概念和影响因素的理解。
（2）学习滤饼的压缩性指数s和物料常数k的测定方法。
（3）学习对实验结果进行科学的分析，分析出每个因素重要性的大小，指出实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、实验原理
1.恒压过滤常数K、qe、te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，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，从而使流体流动阻力增加。故在恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤的进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。
恒压过滤方程，如式（3-37）所示。
式中 q——单位过滤面积获得的滤液体积，m3/m2；
qe——单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3/m2；
t——实际过滤时间，s；
te——虚拟过滤时间，s；
K——过滤常数，m2/s。
将式（3-37）进行微分可得：
用差分代替微分，得式（3-38）。
式中 Δq——每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m3/m2；
Δt——每次测定的滤液体积Δq所对应的时间，s；
q-——相邻两个q值的算术平均值，m3/m2。
式（3-38）是一个直线方程式，于普通坐标上以Δt/Δq为纵坐标，q—为横坐标，将式（3-38）标绘成一直线，可得该直线的斜率
和截距
，从而求出K、qe。至于te可由式（3-39）求出：
2.压缩指数s及物料特性常数k的测定方法
改变过滤压差Δp，重复上述操作，可求得对应的K。
由过滤常数的定义式，如（3-40）所示：
两边取对数，得式（3-41）。
因
=常数，故K与Δp的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为1-s，由此可求得滤饼的压缩性指数s，截距为lg（2k），由此可求得物料特性常数k。
三、实验装置
本实验装置由空压机、配料槽、压力料槽、板框压滤机等组成，其流程示意如图3-14所示。
图3-14 板框压滤机过滤流程
1—空气压缩机 2—压力罐 3—安全阀 4、5—压力表 6—清水罐 7—滤框
8—滤板 9—手轮 10—通孔切换阀 11—调压阀 12—量筒 13—配料罐 14—地沟
CaCO3的悬浮液在配料桶内配制到一定浓度后，利用压差被送入压力料槽中，用压缩空气加以搅拌使CaCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽上的排空管排出。板框压滤机的结构尺寸：框厚度20mm，每个框过滤面积0.0177m2，框数2个。空气压缩机规格型号：风量0.06m3/min，最大气压0.8MPa。(www.xing528.com)
四、实验步骤
（1）实验准备
①配料：在配料罐内配制含CaCO310%～30%（质量分数）的水悬浮液，碳酸钙事先由天平称重，水位高度按标尺示意，筒身直径35mm。配置时，应将配料罐底部阀门关闭。
②搅拌：开启空压机，将压缩空气通入配料罐（空压机的出口小球阀保持半开，进入配料罐的两个阀门保持适当开度），使CaCO3悬浮液被搅拌均匀。搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。
③设定压力：分别打开进压力灌的三路阀门，空压机过来的压缩空气经各定值调节阀分别设定为0.1、0.2和0.25MPa（出厂已设定，实验时不需要再调压。若欲作0.25MPa以上压力过滤，需调节压力罐安全阀）。设定定值调节阀时，压力灌泄压阀可略开。
④装板框：正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿，滤布要绷紧，不能起皱。滤布紧贴滤板，密封垫贴紧滤布。（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。
⑤灌清水：向清水罐通入自来水，液面达视镜2/3高度左右。灌清水时，应将安全阀处的泄压阀打开。
⑥灌料：在压力罐泄压阀打开的情况下，打开配料罐和压力罐间的进料阀门，使料浆自动由配料桶流入压力罐至其视镜1/2～2/3处，关闭进料阀门。
（2）过滤过程
①鼓泡：通压缩空气至压力罐，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀应不断排气，但又不能喷浆。
②过滤：将中间双面板下通孔切换阀开到通孔通路状态。打开进板框前料液进口的两个阀门，打开出板框后清液出口球阀。此时，压力表指示过滤压力，清液出口流出滤液。
每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次ΔV取800mL左右。记录相应的过滤时间Δt。每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。若欲得到干而厚的滤饼，则应在每个压力下做到没有清液流出为止。量筒交换接滤液时不要流失滤液，等量筒内滤液静止后读出ΔV值。
一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。注意若清水罐水不足，可补充一定水源，补水时仍应打开该罐的泄压阀。
五、结果与讨论
（1）做好实验过程记录。
（2）由恒压过滤实验数据求过滤常数K、qe、te。
（3）比较几种压差下的K、qe、te值，讨论压差变化对以上参数数值的影响。
（4）在直角坐标纸上绘制lgK-lgΔp关系曲线，求出s。
六、注意事项
（1）搅拌过程中，应合上配料罐的顶盖，防止悬浮液溅出。
（2）安装滤板和滤框用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧。
（3）ΔV约800mL时替换量筒，这时量筒内滤液量并非正好800mL，要事先熟悉量筒刻度，不要打碎量筒。此外，要熟练双秒表轮流读数的方法。
思考题
1.为什么测取数据之前要排净系统中的气体，否则有何影响。
2.直管阻力和局部阻力产生的原因是什么？都与哪些因素有关？
[1]赵思明．食品工程原理[M].2版．北京：科学出版社，2016.
[2]赵黎明．食品工程原理[M].北京：中国纺织出版社，2013.
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