一、實驗目的
⒈ 掌握恒壓過濾常數(shù) 、 、 的測定方法,加深對 、 、 的概念和影響因素的理解.
⒉ 學習濾餅的壓縮性指數(shù)s和物料常數(shù) 的測定方法.
⒊ 學習 一類關系的實驗確定方法.
⒋ 學習用正交試驗法來安排實驗,達到最大限度地減小實驗工作量的目的.
⒌ 學習對正交試驗法的實驗結果進行科學的分析,分析出每個因素重要性的大小,指出試驗指標隨各因素變化的趨勢,了解適宜操作條件的確定方法.
二、實驗內(nèi)容
⒈ 設定試驗指標、因素和水平.因課時限制,必須合作共同完成一個正交表.故統(tǒng)一規(guī)定試驗指標為恒壓過濾常數(shù) ,實驗室提供的實驗條件可以設定的因素及其水平如表3-1所示,其中除濾漿濃度可以選二水平或四水平外,其余因素的水平必須按表3-1選取.并假定各因素之間無交互作用.
⒉ 統(tǒng)一選擇正交表,按所選正交表的表頭設計,填入與各因素水平對應的數(shù)據(jù),使它變成直觀的“實驗方案”表格.
⒊ 分小組進行實驗,測定每個實驗條件下的過濾常數(shù) 、 、 .
⒋ 對試驗指標 進行極差分析和方差分析；指出各個因素重要性的大?。挥懻?隨其影響因素的變化趨勢；以提高過濾速度為目標,確定適宜的操作條件.
三、實驗原理
⒈ 恒壓過濾常數(shù) 、 、 的測定方法
過濾是利用過濾介質(zhì)進行液—固系統(tǒng)的分離過程,過濾介質(zhì)通常采用帶有許多毛細孔的物質(zhì)如帆布、毛毯、多孔陶瓷等.含有固體顆粒的懸浮液在一定壓力的作用下液體通過過濾介質(zhì),固體顆粒被截留在介質(zhì)表面上,從而使液固兩相分離.
在過濾過程中,由于固體顆粒不斷地被截留在介質(zhì)表面上,濾餅厚度增加,液體流過固體顆粒之間的孔道加長,而使流體流動阻力增加.故恒壓過濾時,過濾速率逐漸下降.隨著過濾進行,若得到相同的濾液量,則過濾時間增加.
恒壓過濾方程
（3-1）
式中： —單位過濾面積獲得的濾液體積,m3 / m2；
—單位過濾面積上的虛擬濾液體積,m3 / m2；
—實際過濾時間,s；
—虛擬過濾時間,s；
—過濾常數(shù),m2/s.
將式（3-1）進行微分可得：
（3-2）
這是一個直線方程式,于普通坐標上標繪 的關系,可得直線.其斜率為 ,截距為 ,從而求出 、 .至于 可由下式求出：
（3-3）
當各數(shù)據(jù)點的時間間隔不大時, 可用增量之比 來代替.
在本實驗裝置中,若在計量瓶中收集的濾液量達到100ml時作為恒壓過濾時間的零點.
那么,在此之前從真空吸濾器出口到計量瓶之間的管線中已有的濾液再加上計量瓶中100ml濾液,這兩部分濾液可視為常量（用 表示）,這些濾液對應的濾餅視為過濾介質(zhì)以外的另一層過濾介質(zhì).在整理數(shù)據(jù)時,應考慮進去,則方程式（3-2）變?yōu)椋?br/>
（各套 為200ml）
過濾常數(shù)的定義式：
（3-4）
兩邊取對數(shù)
(3-5)
因 ,故 與 的關系在對數(shù)坐標上標繪時應是一條直線,直線的斜率為 ,由此可得濾餅的壓縮性指數(shù) ,然后代入式（3-4）求物料特性常數(shù) .
⒉ 正交試驗法原理,參閱《化工基礎實驗》第3章.
四、實驗裝置
⒈ 本實驗共有八套裝置,設備流程如圖3-1所示,濾漿槽內(nèi)放有已配制有一定濃度的硅藻土～水懸浮液.用電動攪拌器進行攪拌使濾漿濃度均勻（但不要使流體旋渦太大,使空氣被混入液體的現(xiàn)象）,用真空泵使系統(tǒng)產(chǎn)生真空,作為過濾推動力.濾液在計量瓶內(nèi)計量.
⒉ 濾漿升溫靠電熱,用調(diào)壓變壓器即時調(diào)節(jié)電熱器的加熱電壓來控溫.每個濾漿內(nèi)有電熱器兩個.
⒊ 濾漿濃度的水平分別指存放在濾漿槽內(nèi)濃度不同的濾漿.
⒋ 過濾介質(zhì)的水平1、2分別指真空吸濾器（玻璃漏斗）G2、G3（G2、G3是玻璃漏斗的型號,出廠時標注在漏斗上）.真空吸濾器的過濾面積為0.00385m2.
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
2
3
1

圖3-1正交試驗法在過濾研究實驗中的應用的流程圖
1—攪拌裝置；2—溫度顯示儀；3—真空吸濾器；4—電熱棒；5—調(diào)節(jié)閥；6—濾液計量瓶；7—放液閥；
8—放液閥；9—真空表；10—進氣閥；11—緩沖罐；12—調(diào)節(jié)閥；13—真空泵；14—濾漿槽
五、實驗方法
⒈ 每個小組完成正交表中兩個試驗號的試驗,每個大組負責完成一個正交表的全部試驗.
⒉ 同一濾漿槽內(nèi),先做低溫,后做高溫.兩個濾漿槽內(nèi)同一水平的溫度應相等.
⒊ 每組先把低溫下的實驗數(shù)據(jù)輸入計算機回歸過濾常數(shù).當回歸相關系數(shù)大于0.95時,該組實驗合格,否則重新實驗.使用同一濾漿槽的兩組實驗均合格后,才能升溫.
⒋ 每一大組用同一臺計算機匯總并整理全部實驗數(shù)據(jù),每個小組打印一份結果.
⒌ 每個實驗的操作步驟：
⑴ 開動電動攪拌器將濾漿槽內(nèi)硅藻土料漿攪拌均勻.將真空吸濾器按圖示安裝好,放入濾漿槽中,注意濾漿要浸沒吸濾器.
⑵ 打開進氣閥,關閉調(diào)節(jié)閥5.然后接通真空泵電閘.
⑶ 調(diào)節(jié)進氣閥10,使真空表讀數(shù)恒定于指定值,然后打開調(diào)節(jié)閥5,進行抽濾,待計量瓶中收集的濾液量達到100ml時,按表計時,作為恒壓過濾零點.記錄濾液每增加100ml所用的時間.當計量瓶讀數(shù)為800ml時停表并立即關閉調(diào)節(jié)閥5.
⑷ 打開進氣閥10和8,待真空表讀數(shù)降到零時,停真空泵.打開調(diào)節(jié)閥5,利用系統(tǒng)內(nèi)大氣壓把吸附在吸濾器上濾餅卸到槽內(nèi).放出計量瓶內(nèi)濾液,并倒回濾漿槽內(nèi).卸下吸濾器清洗待用.
⒍ 結束實驗后,切斷真空泵、電動攪拌器電源,清洗真空吸濾器并使設備復原.
六、注意事項
⒈ 每次實驗前都必須認真核對將做的實驗是否符合正交表中因素和水平的規(guī)定.
⒉ 每個人實驗的好壞,都會對整個大組的實驗結果產(chǎn)生重大影響.因此,每個人都應認真實驗,切不可粗心大意!
⒊ 放置真空吸濾器時,一定要把它浸沒在濾漿中,并且要垂直放置,防止氣體吸入,破壞物料連續(xù)進入系統(tǒng)和避免在器內(nèi)形成濾餅厚度不均勻的現(xiàn)象.
⒋ 開關玻璃旋塞時,不要用力過猛,不許向外拔,以免損壞.
⒌ 每次實驗后應該把吸濾器清洗干凈.
⒍ 加熱濾漿時加熱電壓不能超過220V.當濾漿溫度快升到溫度的水平2所規(guī)定溫度時,加熱電壓應迅速降到40～50V.然后再酌情調(diào)節(jié)電壓進行升溫或保溫.
七、報告內(nèi)容
⒈ 列出全部過濾操作的原始數(shù)據(jù),表格由各組統(tǒng)一設計.
⒉ 用最小二乘法或作圖法求解正交表中一個試驗的 、 、 .
⒊ 把計算機輸出的恒壓過濾常數(shù) 、 、 填入實驗結果表中.
⒋ 對試驗指標K進行極差分析和方差分析,并寫出表中某列值的計算舉例.
⒌ 畫出表示K隨各因素水平變化趨勢的線圖,并做理論分析.
⒍ 由本次正交試驗可得出的結論.
⒎ 回答下列思考題
⑴ 為什么每次實驗結束后,都得把濾餅和濾液倒回濾漿槽內(nèi)?
⑵ 本實驗裝置真空表的讀數(shù)是否真正反映實際過濾推動力?為什么?

表3-1正交試驗的因素和水平
因素
水平
壓強差△P（Mpa）
過濾溫度t℃
濾漿濃度C
過濾介質(zhì)M
1
0.03
室溫： ℃
5%
G2
2
0.04
室溫+10℃
10%
G3
3
0.05

15%

4
0.06

20%