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轻质碳酸钙的设计方案

轻质碳酸钙的过滤和干燥实验

一、实验目的

1.对轻质碳酸钙有一定的认识

2.熟悉板框过滤机的结构和操作方法

3.了解洞道式干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法

4.学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法

二.实验原理

1.板式过滤的原理:

过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质(滤布和滤渣),使悬浮液中固体、液体得到分离的单元操作。

过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动,所不同的是,该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。

过滤操作分为恒压过滤和恒速过滤。

当恒压操作时,过滤介质两侧的压差维持不变,单位时间通过过滤介质的滤液量不断下降;当恒速操作时,即保持过滤速度不变。

恒压过滤方程…………………

(1)

式中:

单位过滤面积获得的滤液体积(m3/m2);V——滤液体积(m3)

A——过滤面积(m2);——单位过滤面积上的虚拟滤液体积(m3/m2)

——实际过滤时间(s);K——过滤常数(m2/s)

由式

(1)得:

……………………

(2)

(2)表明,恒压过滤时与q之间为线性关系。

实验中记录下不同过滤时间θ内的单位面积滤液量q,将θ/q对q作图,可得一直线,其斜率为1/K,而截距为。

2.洞道式干燥的原理:

干燥是利用热量去湿的一种方法,它不仅涉及到气、固两相间的传热与传质,而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。

由于物料的含水性质和物料形状的差异,水分传递速率的大小差别很大,概括起来,它受到物料及其含水性质,干燥介质的性质、流速,干燥介质与湿物料接触方式等各种因素的影响。

按干燥过程中空气状态参数是否变化,可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥条件操作两大类。

本次实验采用恒定干燥条件操作。

干燥速率的定义为单位干燥面积(提供湿分汽化的面积)、单位时间内所除去的湿分质量。

即:

………………………………(3)

式中:

U——干燥速率,又称干燥通量,kg/(m2s);

A——干燥表面积,m2;W——汽化的湿分量,kg;τ——干燥时间,s;GC——绝干物料的质量,kg;

X——物料湿含量,kg湿分/kg干物料,负号表示X随干燥时间的增加而减少。

干燥速率的测定方法:

将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验,随着干燥时间的延长,水分不断汽化,湿物料质量减少。

若记录物料不同时间下质量G,直到物料质量不变为止,也就是物料在该条件下达到干燥极限为止,此时留在物料中的水分就是平衡水分X*。

再将物料烘干后称重得到绝干物料重GC,则物料中瞬间含水率X为:

………………………………(4)

计算出每一时刻的瞬间含水率X,然后将X对干燥时间τ作图,即为干燥曲线。

由已测得的干燥曲线求出不同X下的斜率,再由式(3)计算得到干燥速率U,将U对X作图,就是干燥速率曲线。

三、实验装置:

1、板式过滤器的板框结构图:

图1板框结构图

2、板式过滤器结构图:

图2过滤结构图

3、洞道式干燥器结构图:

图3干燥结构图

1.中压风机;2.孔板流量计;3.空气进口温度计;4.重量传感器;5.被干燥物料;

6.加热器;7.干球温度计;8.湿球温度计;9.洞道干燥器;10.废气排出阀;

11.废气循环阀;12.新鲜空气进气阀;13.干球温度显示控制仪表;14.湿球温度显示仪表;15.进口温度显示仪表;16.流量压差显示仪表;17.重量显示仪表;18.压力变送器

四.实验步骤

1.过滤:

(板式过滤器)

过滤温度应在50℃以上,在配浆糟中加入CaCO3和一定量的水,配制成CaCO3滤液。

按板框的编号顺序排列过滤机的板与框。

安装滤布时,必须把滤布用水浸透,再将湿滤布盖在滤框的两侧,滤布孔要对准过滤机的孔道,表面要平整不起皱纹,然后压紧螺杆和板与框。

调节贮浆罐前后各阀们的开启状态。

启动泵将滤浆送入浆罐,当滤浆高度达到浆罐得3/4左右时,关闭送料阀,然后停进料泵。

在压力调节阀开启的状态下,启动空压机,开启压缩空气进气阀,向系统送压缩空气。

检查有关调节阀的开启状态,用容器接滤出口处的滤液。

打开滤液出口阀,开启滤液进口阀,开始过滤。

选定流量,记录在一定流量下的流动时间,当滤速渐慢呈滴状流出时,停止过滤操作。

洗涤,开启进水阀向洗水罐加一定量的水,进行洗涤操作。

洗涤完毕后,关闭有关的阀门旋开压紧螺杆并将板滤拉开,卸出滤饼,清洗滤布,整理滤板。

实验结束,立即用压缩空气将贮料罐内的剩余悬浮液压回配浆灌及其液位计等清洗干净。

2.干燥:

(洞道式干燥器)

调节好各项参数,检查天平是否正常。

待空气状态稳定后,打开干燥室门将湿产品放入。

观察天平,记录下质量每减少0.1g时所用的时间,当质量稳定时,即30min后质量不再减少时,停止干燥。

干燥结束后,将样品取出,后再放入干燥室称重,记录秤盘的重量。

实验结束后,先关闭加热器再关风机。

3.沉降体积

轻质碳酸钙沉降体积值含义:

以定量水为连续相,定量碳酸钙为分散相,分散均匀后,一定时间内每克沉降物样品所占有的容积即为碳酸钙沉降体积值。

测定方法:

准确称取10.0g干燥过的样品于烧杯中,加入适量水,并搅拌均匀,转移到100ml的量筒中,静置4h,记录沉降物所占体积。

4.容重

容重是指其物体体积中所占有的重量,即用克/立方厘米表示。

重量与密度相关,密度大容重也大,密度小容重也小。

测定方法:

准确称取10.1g干燥过的样品尽量碾碎,转移到量筒中,静置,观测其所占的体积。

 

五、实验数据记录

1、轻质碳酸钙的过滤实验数据记录

 

表1轻质碳酸钙的过滤实验数据记录

序号过滤体积V/m3(×104)时间θ/s序号过滤体积V/m3(×104)时间/s

1837.841554579.97

21694.271656610.13

321139.651758651.07

426188.241860683.47

531247.371962727.97

636308.802064762.19

738339.422166811.04

840362.852268847.63

942394.442370898.91

1044420.692472939.66

1146455.472574998.76

1248482.4426761052.54

1350512.882777.51142.97

1452539.8228791230.51

 

2、轻质碳酸钙的干燥实验数据记录

表2轻质碳酸钙的干燥数据记录

序号

物料质量(包括托盘)G/g

时间τ/s

序号

物料质量(包括托盘)G/g

时间τ/s

1

86.8

55

30

83.9

920

2

86.7

100

31

83.8

948

3

86.6

145

32

83.7

980

4

86.5

184

33

83.6

1004

5

86.4

217

34

83.5

1037

6

86.3

255

35

83.4

1063

7

86.2

288

36

83.3

1095

8

86.1

317

37

83.2

1122

9

86.0

344

38

83.1

1154

10

85.9

367

39

83.0

1179

11

85.8

395

40

82.9

1201

12

85.7

425

41

82.8

1245

13

85.6

455

42

82.7

1268

14

85.5

480

43

82.6

1287

15

85.4

506

44

82.5

1320

16

85.3

529

45

82.4

1343

17

85.2

562

46

82.3

1382

18

85.1

588

47

82.2

1411

19

85.0

629

48

82.1

1444

20

84.9

653

49

82.0

1475

21

84.8

669

50

81.9

1512

22

84.7

702

51

81.8

1548

23

84.6

726

52

81.7

1572

24

84.5

758

53

81.6

1618

25

84.4

788

54

81.5

1676

26

84.3

812

55

81.4

1727

27

84.2

842

56

81.3

1782

28

84.1

878

57

81.2

1845

29

84.0

900

58

81.1

1975

实验到1975s后,物料质量保持81.1g在1.5h之内不变,可认为达到干燥极限,停止干燥。

称量托盘质量为70.4g。

3.测轻质碳酸钙沉降体积的实验数据记录

称取10.0g轻质碳酸钙与适量水混溶后,静置20小时后,量取其沉降物样品所占有的容积为27.5mL。

4.测轻质碳酸钙容重的实验数据记录

称取10.1g干燥过的轻质碳酸钙,碾碎后转移到量筒中,静置,观测其所占的体积为19.5mL。

六、实验数据处理:

1.轻质碳酸钙的过滤:

过滤面积A=0.0117×2×2=0.0468m2

单位过滤面积获得的过滤体积

由恒压过滤方程式:

表明,恒压过滤时θ/q与q之间为线性关系。

将θ/q对q作图,可得一直线,其斜率为1/K,而截距为。

处理结果如表3所示:

表3轻质碳酸钙过滤的数据处理

序号

时间θ/s

通量q/(m2/m3)

(×104)

θ/q

序号

时间θ/s

通量q/(m2/m3)

(×104)

θ/q

1

37.84

170.94

0.221

15

579.97

1153.85

0.503

2

94.27

341.88

0.276

16

610.13

1196.58

0.510

3

139.65

448.72

0.311

17

651.07

1239.32

0.525

4

188.24

555.56

0.339

18

683.47

1282.05

0.533

5

247.37

662.39

0.373

19

727.97

1324.79

0.549

6

308.8

769.23

0.401

20

762.19

1367.52

0.557

7

339.42

811.97

0.418

21

811.04

1410.26

0.575

8

362.85

854.70

0.425

22

847.63

1452.99

0.583

9

394.44

897.44

0.440

23

898.91

1495.73

0.601

10

420.69

940.17

0.447

24

939.66

1538.46

0.611

11

455.47

982.91

0.463

25

998.76

1581.20

0.632

12

482.44

1025.64

0.470

26

1052.54

1623.93

0.648

13

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