7.10 用板框过滤机恒压过滤料液, 过滤时间为 1800s时,得到的总滤液量为8m3,当过滤时间为3600s 时,过滤结束,得到的总滤液量为11m3,然后用 3m3 的清水进行洗涤,试计算洗涤时间(介质阻力忽略不计)。
题目解答
答案
解析
本题主要考察板框过滤机的恒压过滤与洗涤时间计算,关键是利用恒压过滤方程及洗涤速率与最终过滤速率的关系。
步骤1:明确恒压过滤方程及参数
恒压过滤时,介质阻力忽略不计,过滤方程简化为:
$V^2 = K A^2 t$
其中:
- $V$ 为滤液体积,$t$ 为过滤时间,$K$ 为过滤常数,$A$ 为过滤面积(常数)。
由方程可得:$\frac{dV}{dt} = \frac{K A^2}{2V}$,即过滤速率 $\frac{dV}{dt}$ 与 $\frac{1}{V}$ 成正比。
步骤2:计算过滤结束时的过滤速率
题目中,过滤结束时总滤液量 $V_2 = 11 \, \text{m}^3$,对应过滤时间 $t_2 = 3600 \, \text{s}$。
代入过滤方程:
$11^2 = K A^2 \cdot 3600 \implies K A^2 = \frac{121}{3600}$
过滤结束时的过滤速率:
$\left( \frac{dV}{dt} \right)_2 = \frac{K A^2}{2V_2} = \frac{121}{3600 \times 2 \times 11} = \frac{11}{7200} \approx 1.5278 \times 10^{-3} \, \text{m}^3/\text{s}$
步骤3:洗涤时间计算
洗涤时,洗涤速率等于过滤结束时的过滤速率(因恒压且介质阻力忽略),洗涤体积 $V_{\text{洗}} = 3 \, \text{m}^3$。
洗涤时间:
$t_{\text{洗}} = \frac{V_{\text{洗}}}{\left( \frac{dV}{dt} \right)_2} = \frac{3}{\frac{11}{7200}} = \frac{3 \times 7200}{11} \approx 1963.6 \, \text{s}$
题目答案取近似值 $1960 \, \text{s}$。