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恒压过滤参数的测定实验报告
前言

1.过滤介质
过滤是在推动力的作用下，位于一侧的悬浮液（或含尘气）中的流体通过多
孔介质的孔道向 另一侧流动。颗粒则被截留，从而实现流体与颗粒的分离操作过
程。被过滤的悬浮液又称为滤浆，过滤时 截留下的颗粒层称为滤饼，过滤的清液
称为滤液。
过滤介质即为使流体通过而颗粒被截留 的多孔介质。无论采用何种过滤方
式，过滤介质总是必须的，因此过程介质是过滤操作的要素之一。
多ZJ系列真空净油机过滤介质的共性要求是多空、理化性质稳定、耐用和
可反复利用等。 可用作过滤介质的材料很多，主要可以分为：
（1）织物介质
织物是非常常用的过滤介质。 工业上称为滤布（网），由天然纤维、玻璃纤
维、合成纤维或者金属丝组 织而成。可截留的最小颗粒视网孔大小而定，一般在
几到几十微米的范围。
（2）多孔材料
制成片、板或管的各种多孔性固体材料，如素瓷、烧结金属和玻璃、多孔性
塑料以及过滤和压紧的毡与棉等。此滤油机类介质较厚，孔道细，能截留1~3μm
的微小颗粒。
（3）固体颗粒床层
由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层，称为率床。用做过滤介质使含
少量悬浮物的液体澄清。
（4）多孔膜
过滤是使水通过滤料时去除水中悬浮物和微生物等的净水过程。滤池通 常设
在沉淀池或澄清池之后。目的是使滤后水的浊度达到水质标准的要求。水经过滤
后，残留的 细菌、病毒失去了悬浮物的保护作用，从而为过滤后消毒创造了条件。
所以，在以地面水为水源的饮用水 净化中，有时可省去沉淀或澄清，但过滤是不
可缺少的。
由特殊工艺合成的聚合物薄膜， 最常见的是醋酸纤维膜与聚酰胺膜。膜过滤
属精密过滤（ultrafiltration），可分离5 nm的微粒。
2.滤饼过滤与深层过滤
根据过滤过程的机理有滤饼过滤和深层过滤 之分。滤饼过滤又称为表面过
滤。使用织物、多孔材料或膜等作为过滤介质。过滤介质的孔径不一定要小 于最
小颗粒的粒径。过滤开始时，部分小颗粒可以进入甚至穿过介质的小孔。但很快
由颗粒的架 桥作用使介质的孔径缩小形成有效的阻挡。被截留在介质表面的颗粒
形成称为滤饼的滤渣层，透过滤饼层 的则是被净化了的滤液。随着滤饼的形成真
正起过滤介质作用的是滤饼本身，因此称为滤饼过滤。滤饼过 滤主要适用于含固
量较大（>过滤纸;1%）的场合。
深层过滤一般应用介质层较厚的滤 床类（如沙层、硅藻土等）作为过滤介质。
颗粒小于介质空隙进入到介质内部，而长而曲折的孔道中被截 留并附着于介质之
上。深层过滤无滤饼形成，主要用于净化含固量很少（<0.1%）的流体，如水的< /p>

净化、烟气除尘等。
3.过滤的操作方式
根据使 用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和产品收集的要求，
过滤操作分为间歇式和连续式两种主 要方式。
根据提供过滤推动力的方式，又有重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过
滤之 分，其目的都是克服过滤阻力。
（1）过滤的净水原理。①筛除作用：水通过滤料时，比滤层孔隙 大的颗粒
被截留；随后，滤层孔隙逐渐变小，较小的颗粒也被截留。②接触凝聚作用：未
被沉淀 去除的细小絮凝体或脱稳颗粒，因与滤料接触而被吸附；滤料吸附絮凝体
后，其吸附作用进一步增强。
（2）过滤的净水效率。取决于进水水质、滤料粒径、滤料层厚度、滤池构
造、滤速和管理 等因素滤速是指每小时通过单位滤池面积的水量。滤速越大，杂
质在滤层中穿透越深。但滤速过大会影响 滤后水质。
（3）对滤料的要求。具有足够的机械强度，不恶化水质，有一定的颗粒级
配，经济易得。
净油机 （4）常用的滤池型式。①普通快滤池，平面为方形或圆形，过滤时，
进水由分配渠流人排水糟 ，然后均匀地分布于滤池表面，再通过滤料层和承托层；
最后由滤管系统收集后经清水管排出。洗砂时， 清水通过滤管系统由下向上反冲
洗，使砂层膨胀浮起，砂数相互摩擦，洗下污泥；污水由配水、排水槽流 至分配
渠，最后由洗池污水渠排出。快滤池运行可靠，并可通过降低滤速改善出水水质；
②双层 和三层滤料滤池，是在石英砂层上面再加一层粒径较大、比重较小的无烟
媒滤料、因无烟煤层的孔隙大， 故截泥能力较快滤池高；③虹吸滤池、无阀滤池
和移动冲洗罩滤池：这些滤池的净水原理与普通快滤池相 同。它们的共同优点是，
减少了阀门，并便于操作管理；但构造复杂。

1、实验目的
1.1在一定真空度下进行恒压过滤，测定其过滤常数K、q
e
、θ
e
。
1.2改变压强重复上述操作，测定压缩性指数s和物料特性常数k。
1.3掌握上述恒压过滤常数的测定方法，加深对过滤操作中各影响因素的理解。
2.实验材料与实验方法
2.1实验装置与试剂
实验装置：真空吸滤器、滤浆槽、搅拌桨、缓冲罐及真空泵
试剂：石灰水
测试装置：计量筒、秒表
2.2实验步骤
1. 熟悉实验装置流程；
2. 实验开始时，采用小的过滤压强差进行恒压过滤实验；
3. 以计量瓶中开始见到清液的时刻作为恒压 过滤的零时刻。然后用秒表计
时，定时读取计量瓶的液位值，并记录；

4.改变压强差，重复第3步。
2.3数据处理方法及其原理
过滤是将悬浮液中的 固液两相有效地进行分离的一种常用的单元操作。在外
力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体 颗粒被截留下来，从而实现固
液分离。因此，过滤在本质上是流体通过颗粒层的流动，所不同的仅仅是固 体颗
粒层厚度随着时间的延长而增加，因而在过滤压差不变的情况下，单位时间得到
的滤液量也 在不断下降，即过滤速度不断降低。
dVdq
u
单位时间透过单位过滤面积的 滤液量成为过滤速度：
Ad

d

式中：A——过滤面积，㎡；

——过滤时间，s；
3
V——透过过滤介质的滤液体积量，m；
dq
——过滤速度，ms；
d

影响过滤速度的主要因素有压强 差Δp，滤饼厚度L，滤饼和悬浮液的性质，
悬浮液温度等。
dVA
2
P
1S
过滤基本方程式的一般形式是：
< br>d

r


(VV
e
)
其中： r ——滤饼比阻，1㎡；

r

——单位压强差下滤饼的比阻，1㎡；
S ——滤饼的压缩指数，无因次；
υ——滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次；
V——滤液量，㎡；

V
e
——虚拟滤液量，㎡；
恒压过滤时，对上式积分可得：
qq
e

K




e


2
其中：q ——单位滤饼面积的滤液量，q=VA，m
3
m
2
；


——过滤时间，s；

q
e
、

e
——介质常数，反映过滤介质阻力大小；
K——滤饼常数，由物料特性及过滤压差所决定的常数。
K2kP
1S
，其中
k
1


μr

将

qq
e

K
< br>


e

微分
2
d

2 2


d

qq
e
,以代替，在过滤面积A< br>dqKKdq
q
上对待测的悬浮液料将进行恒压试验，测出一系列时刻的累计滤液量V ，并由此



与q间的函数
q
计算一系 列q，得到相应的


与
q
之值，在直角坐标系中绘
关系 ，可得一直线，由直线的斜率和截距可求得K和
q
e
。
改变实验所用过滤压差
P
，可测得不同的K值，由K值的定义式两边取对数得：
lgK(1S)lg(P)lg(2k)

当k为常数时,在对数坐标上标绘 的K与
P
应是一条直线、斜率为（1-s），由此
可得滤饼的压缩指数S，然后可求 得其他物料特性常数。
3.实验结果与讨论
3.1 实验结果
过滤面积 口径 7 ㎝, 过滤面积A=
3.8510
3
㎡。q=VA
实验数据：
注：q’为Δq的中点。
实验序号
过滤压强差Δp×10
5
Pa
单位面积滤液量q
32
mm
0
15.58
31.17
46.75
62.34
77.92
93.51
109.09




实

q m
3
m
2

0
15.58
31.17
46.75
Δq m
3
m
2


15.58
15.59
15.58
q’m
3
m
2


7.79
23.38
38.96

11.64
23.13
29.3
37.02
45.74
56.02
68.36
Ⅰ
0.2
Ⅱ
0.4
过滤时间


s

5.98
13.67
19.34
22.68
27.64
33.88
37.16

4.66
8.83
12.76
16.08
18.73
22.9
28.2



sm
q
Ⅲ
0.5



s

11.64
23.13
29.3

0.747111682
1.483643361
1.880616175

验

62.34
77.92
93.51
109.09
0
15.58
31.17
46.75
62.34
77.92
93.51
109.09
0
15.58
31.17
46.75
62.34
77.92
93.51
109.09
15.59
15.58
15.59
15.58

15.58
15.59
15.58
15.59
15.58
15.59
15.58

15.58
15.59
15.58
15.59
15.58
15.59
15.58
54.55
70.13
85.72
101.3


7.79
23.38
38.96
54.55
70.13
85.72
101.3


7.79
23.38
38.96
54.55
70.13
85.72
101.3
37.02
45.74
56.02
68.36

5.98
13.67
19.34
22.68
27.64
33.88
37.16

4.66
8.83
12.76
16.08
18.73
22.9
28.2
2.374599102
2.935815148
3.593329057
4.387676508

0.383825417
0.876844131
1.241335045
1.454778704
1.77406932
2.173187941
2.385109114

0.299101412
0.566388711
0.818998716
1.031430404
1.202182285
1.468890314
1.810012837


实

验

Ⅱ


实

验

Ⅲ

结果：对三组


22
qq
e
作图
qKK
5
4
3
2
1
0
120
y = 0.0154x + 0.188
R
2
= 0.9932
y = 0.0371x + 0.4616
R
2
= 0.9911
y = 0.0209x + 0.3287
2
R = 0.9894
ⅠΔp=0.05MPa
ⅠΔp=0.04MPa
ⅠΔp=0.02MPa
线性 (ⅠΔp=0.05MPa)
线性 (ⅠΔp=0.04MPa)
线性 (ⅠΔp=0.02MPa)


2
斜率
Δp
实验序号
K
×10
5
Pa
s㎡
截距
2
q
e

K
sm
0.4616
K
㎡s
53.908
q
e

m
3
m
2

12.44

e

s
2.87 Ⅰ 0.2 0.0371

Ⅱ
Ⅲ
0.4
0.5
0.0209
0.0154
0.3287
0.188
95.694
129.87
15.73
12.21
2.59
1.15
对
lgK(1S)lg(P)lg(2k)
作图：
2.5
2
1.5
y = 0.9283x - 2.2668
2
R = 0.9872
1
0.5
0
4.25
系列1
线性 (系列1)
l
g
K
4.34.354.44.454.54.55
lgΔp4.64.654.74.75

得1-s=0.9283，lg(2k)=-2.2668 故s=0.0717,k=0.0027㎡（Pa s）


4、思考题
1、过滤刚开始时，为什么滤液经常是浑浊的？
答：因为刚开始的时候滤布没有固体附着，所 以空隙较大，浑浊液会通过滤布，
从而滤液是浑浊的。当一段时间后，待过滤液体中的固体会填满滤布上 的空隙从
而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就会变得清澈。
2、在恒定过滤中，初始阶段为什么不采取恒定操作？
答：因为刚开始时要生成滤饼，等滤饼有一定厚度之后才能开始等压过滤。
3、 如果滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过滤速率？
答：（1）使用助滤剂，改善滤饼特性； （2）加热滤浆，降低滤液粘度；（3）使
用絮凝剂，改变颗粒聚集状态；（4）限制滤饼厚度，降低过 滤阻力


5.参考文献

Passive homing missile guidance law based on new target maneuver models
聚合物溶液的过滤——李海波;罗茜
过滤检测系统——Sven;Schutz;Martin;Schmidt
纳米过滤及其应用——袁其朋;马润宇
过滤理论的研究——朱企新;梅文志
过滤设备发展概况——朱企新;赵杨