某湿物料在常压干燥器内进行绝热干燥，干燥后的产品为4000kg/h，湿物料的含水率为15%(湿基，下同)，产品的含水率不得高于1%，空气的初始温度为20℃，相对湿度为40%。空气预热至120℃后进入干燥器，气体出干燥器的温度选定为70℃。(1)求所需湿空气用量( ^3mh;-|||-(2)求预热器的热负荷(kW);-|||-(3)求干燥器的热效率;-|||-(4)若选定气体出干燥器的温度过高(或过低),其弊端是什么。-|||-空气与物料在干燥系统中的变化过程如图所示。(1)求所需湿空气用量( ^3mh;-|||-(2)求预热器的热负荷(kW);-|||-(3)求干燥器的热效率;-|||-(4)若选定气体出干燥器的温度过高(或过低),其弊端是什么。-|||-空气与物料在干燥系统中的变化过程如图所示。

考察知识

本题主要考察干燥过程的物料衡算、热量衡算及相关参数计算，具体涉及湿空气性质、绝热干燥、预热器热负荷、干燥热效率等知识点。

详细解析

(1) 所需湿空气用量

1. 初始湿空气湿度 $H_0$
   常压下，湿空气湿度公式：
   $H_0 = 0.622 \frac{\varphi P_s}{P - \varphi P_s}$
   其中，$\varphi=40\%=0.4$（相对湿度），$P=101.3\,\text{kPa}$（常压），$t_0=20^\circ\text{C}$时饱和蒸汽压 $P_{s0}=2..338\,\text{kPa}$。
   代入得：

   $H_0 = 0.622 \frac{0.4 \times 2.338}{101.3 - 0.4 \times 2.338} \approx 0.0058\,\text{kg水/kg干气}$

2. 空气预热后焓 $I_1$
   湿空气焓公式：
   $I = (1.01 + 1.88H)t + 2500H$
   $t_1=120^\circ\text{C}$，代入 $H_0$：
   $I_1 = (1.01 + 1.88 \times 0.0058) \times 120 + 2500 \times 0.058 \approx 137\,\text{kJ/kg干气}$

3 出口空气湿度 $H_2$
绝热干燥 $I_1=I_2$，$t_2=70^\circ\text{C}$ )：
$(1.01 + 1.88H_2) \times 70 + 2500H_2 = 137$
解得：
$H_2 \approx 0.0252\,\text{kg水/kg干气}$

4 蒸发水分量 $W$
湿物料衡算：
$G_2 = \frac{G_1(1 - \omega_1)}{1 - \omega_2} \implies G_1 = G_2 \frac{1 - \omega_2}{1 - \omega_1}$
$G_2=4000\,\text{kg/h}$，$\omega_1=15\%$，$\omega_2=1\%$：
$W = G_1 - G_2 = 4000 \times \frac{0.15 - 0.01}{1 - 0.15} \approx 659\,\text{kg/h}=0.183\,\text{kg/s}}$

5 **干空气用量 $L$ 及湿空气体积流量
干空气用量：
$L = \frac{W}{H_2 - H_0} = \frac{0.183}{0.0252 - 0.0058} \approx 9.43\,\text{kg干气/s}$
湿空气比容（\0℃）：
$v_{H0} = ( \frac{1}{29} + \frac{H_0}{18}) \times \frac{RT}{P} \approx 0.887\,\text{m}^3/\text{kg干气}$
湿空气体积流量：
$V = L \times v_{H0} \approx 9.43 \times 0.887 \approx 7.89\,\text{m}^3/\text{s}=2.84 \times 10^4\,\text{m}^3/\text{h}$

(2) 预热器热负荷 $Q_p$

预热器热负荷公式：
$Q_p = L \times (1.01 + 1.88H_0)(t_1 - t_0)$
代入数据：
$Q_p \approx 9.43 \times (1.01 + 1.88 \times 0.0058) \times (120 - 20) \approx 963\,\text{kW}$

(3) 干燥器热效率 $\eta$**

绝热干燥热效率**公式：
$\eta = \frac{t_1 - t_2}{t_1 - t_0} \times 100\%$
代入：
$\eta = \frac{120 - 70}{120 - 20} \times 100\% = 50\%$

(4) 出口温度高低的弊端

• 出口温度过高：废气带走热量增加，热效率降低。- 出口温度过低：干燥效率下降（物料表面水汽分压与空气湿度差减小），可能导致管道结露、产品返潮。