正交试验法在过滤研究实验中的应用实验讲义
一、 实验目的
1． 掌握恒压过滤常数 K 、 q e 、?? e 的测定方法，加深对 K 、 q e 、? e 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。
d??3． 学习??? q 一类关系的实验确定方法。 dq
4． 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。
5． 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、 实验原理
1． 恒压过滤常数 K 、 q e 、? e 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
(q?? qe ) 2?? K (???? e ) 式中： q —单位过滤面积获得的滤液体积，m3 / m2； q e —单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m / m ； ? —实际过滤时间，s； ? e —虚拟过滤时间，s； 3 2
K —过滤常数，m /s。 将式（3-1）进行微分可得：
d? 2 ? q?? qe dq K K
这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘??? q 的关系，可得直线。其斜率为 ，截距 dq K2
为 2
q e ，从而求出 K 、 q e 。至于? e 可由下式求出： qe 2?? K? e
d????当各数据点的时间间隔不大时， 可用增量之比 来代替。
dq????????????q 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 q?? 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：
?? 2 ? q????q K K q????
V???A
(qe?? q?)
（各套 V?? 为 200ml）
过滤常数的定义式：
K?? 2k?p1?s
两边取对数
lg K?? (1? s) lg??p?? lg(2k) (3-5) 1
因 k???? 常数 ，故 K 与??p 的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为
?r????1? s ，由此可得滤饼的压缩性指数 s ，然后代入式（3-4）求物料特性常数 k 。
三、 实验装置与流程
东 方 东
M101——搅拌器
D101——滤浆槽
真 仿 真
D102——滤液计量罐 D103——缓冲罐 P101——真空泵 V101——进液阀 V102——放液阀 V103——进气阀 V104——放气阀 V105——气体调节阀
四、 实验步骤
·设计正交表
1． 单击软件下方功能钮中“配置正交表”，按照自己的需要选择一种正交表。
2． 根据提示，设计所选择的正交表，单击“配置完成”按钮，即可设计完成，按下“确定” 按钮。再按“关闭”按钮，回到软件界面。
出现错误，可关闭阀门 V101，打开 D102 的放空阀，放空计量罐，重新抽滤、计时。 -0.06MPa 时阀门开度对应 8%）。
5． 打开加热器电源开关，温度调节到指定值。（如果 20℃则不用加热） 6． 确定达到当前实验号的操作条件后，打开阀门 V101，开始抽滤。
7． 当计量罐的液位在快到 50ml 时，操作右上角的秒表开始“计时”，液位上升到 100ml，单 3． 在“实验数据”中，单击“第 x 组实验”中的绿色数字，输入要进行实验的实验号。 4． 单击“配置正交表”或“数据处理”，弹出数据处理表格，点击下方的“查看正交表”按 钮，可查看配置好的正交表。 ·配置操作条件
1． 单击“数据处理”按钮，可弹出设计好的正交表。
2． 切换到“实验数据”界面，单击“数据复位”按钮，将当前数据复位。（第一次实验可不
用此操作）。
5． 按照表中的水平，点击“因素和水平”功能钮，配置好“滤浆浓度”和“压强差”两个因 素，及单击选中字体变成红色即可；而“压强差”和“过滤温度”则要在现场操作中配置。
·实验操作
1． 打开搅拌器电源进行搅拌。（如不搅拌，滤浆浓度将达不到指定值） 2． 打开真空泵电源，启动真空泵。
3． 全开阀门 V105，对缓冲罐 D103 进行抽真空。
4． 调节阀门 V103 开度，将缓冲罐的压力 PI101 调节到指定值，压力表指示为表压。（ -0.03MPa 时阀门开度对应 26%，-0.04MPa 时阀门开度对应 18%，-0.05MPa 时阀门开度对应 13%，
击“快照”按钮，记录一次数据，此时软件将数据自动记录到“实验数据”画面。如果计时
8． 做完该组实验后，关闭阀门 V101，停止秒表，将秒表复位。
9． 在“实验数据”界面中，点击“记录本组数据”按钮，将数据记录到原始数据表中。 10． 到“数据处理”界面中，检查数据是否已记录到当前实验号所对应的行里。
11． 到“实验数据”截面，点“数据复位”按钮，将实验参数复位，开始准备下一组实验。 12． 重复配置操作条件和实验操作这两大步骤，进行下一组实验。直到完成所有组实验。 13． 结束实验后，关闭真空泵、电动搅拌器、加热器电源。
五、 思考题(无)
六、 参考文献
[1] 冷士良. 化工单元过程及操作. 北京：化学工业出版社， 2002 [2] 张金利等. 化工原理实验. 天津：天津大学出版社，2005 [3] 杨祖荣. 化工原理实验. 北京：化学工业出版社，2004
仿 真
东 方 东