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煙葉的含水率
閱讀：4297發(fā)布時間：2017-6-7
不同的物料因其化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)、生化等特性不同，其含水情況千差萬別。對煙葉來說，生長在植株上的煙葉其含水量達12-13%，煙葉制品的含水量在80%左右。煙葉及煙葉制品的含水量又稱含水率，簡稱為水分，常用質(zhì)量分數(shù)（%）表示。煙葉中的含水率有濕基（W.b.）含水率W和干基（d.b.）含水率X兩種表示方法。它們的定義及相互轉(zhuǎn)換關(guān)系見下式。
由于煙葉在加工過程中，其中的水分是不斷變化的，而干物料的質(zhì)量是基本不變的，所以在工藝設(shè)計中，用干基含水率進行物料衡算就顯得十分簡單方便。但濕基含水率代表單位質(zhì)量（濕）物料內(nèi)所含水分，比較直觀，所以在煙制品生產(chǎn)中常用濕基含水率表示煙葉所含的水分。
測量煙葉及其制品中水分的方法有：烘箱加熱法、干燥法、輻射法、電力法、化學(xué)方法等多種。工業(yè)上通常把烘箱加熱法作為測定煙葉含水率的基準方法，并用來對其它方法進行校正。
烘箱加熱法指將待測樣品放入烘箱中，加溫至100℃，持續(xù)2小時，使樣品干燥至恒重，此時樣品的質(zhì)量被認為是煙葉的干質(zhì)量，然后依公式計算其含水率。
二、物料中水分的分類
可從不同出發(fā)點對物料中的水分進行分類。
（一）根據(jù)水分與物料結(jié)合能大小來分
根據(jù)水分與物料結(jié)合能的大小，可把物料中的水分分為4類。
1、化學(xué)結(jié)合水
化學(xué)結(jié)合水又稱為化學(xué)吸收水、化合水或化學(xué)結(jié)構(gòu)水等。這種水與物料的結(jié)合有準確的數(shù)量關(guān)系，它由物料與水分組成的化學(xué)成分所決定。它包括水分與物料的離子結(jié)合和結(jié)晶型分子結(jié)合。這時，水分與物料結(jié)合得很牢固，只能在很強的化學(xué)作用或非常強烈的熱加工（如煅燒）時才能將水分除去。通常的干燥條件不能排除化學(xué)結(jié)合水。化學(xué)結(jié)合水的結(jié)合能約為5KJ/mol。
從某種意義上來講，化學(xué)結(jié)合水是物料分子結(jié)構(gòu)中不可分的組成部分，這部分水必須在破壞物料分子結(jié)構(gòu)的條件下才能排除，換句話說，物料在失水后，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、物料性質(zhì)*改變。所以，這種化合水的排除不作為脫水、減濕或干燥過程，即不包括在物料干燥的討論中。
2、物理——化學(xué)結(jié)合水
這種水分又稱為吸附結(jié)合水或飽和水。這種水分與物料的結(jié)合沒有嚴格的數(shù)量關(guān)系。它包括吸附水、滲透水、結(jié)構(gòu)水等幾種。這種水分的結(jié)合能大約為3KJ/mol。
?。?）吸附水分吸附水是指被物料內(nèi)、外表面吸附的水分。因此，吸附水與物料結(jié)合比較牢。此種結(jié)合方式改變了物料中水分的許多物理性質(zhì)，如蒸汽壓下降、冰點下降、密度增大、介電常數(shù)大幅度下降等。
?。?）滲透水分物料組織在其邊界會形成壁膜，溶解物便會在壁膜內(nèi)外兩側(cè)形成濃度差，從而形成滲透壓（差）。此滲透壓使組織壁膜內(nèi)外存在滲透水。
?。?）結(jié)構(gòu)水分結(jié)構(gòu)水是指水分與物料形成的膠體中的水分。這種水分只有在膠體受到破壞時，才能從物料中排除。常用加熱方法使膠體中水分變成蒸汽。
3、物理——機械結(jié)合水
包括毛細管水、空隙水和潤濕水。
毛細管依其管內(nèi)半徑! 大小，又分為微毛細管和巨毛細管：
半徑r<0.1µm———微毛細管，其中的水分稱為毛細管水；
半徑r=0.1-10µm———巨毛細管，其中的水分也稱為毛細管水；
半徑r>10µm———粗毛細管，其中的水分稱為空隙水。
（1）毛細管水 微毛細管（r<0.1µm）既可以通過直接與水接觸，也可以通過吸附空氣中的水蒸氣使毛細管充滿液體。其中的水分在毛細管力的作用下，可以克服重力作用而運動；其水分的蒸氣壓低于同溫下純水的蒸氣壓。水在微毛細管中既可以液體形式，也可以蒸汽形式移動（水蒸氣分子的自由行程平均值約為<0.1µm 。毛細管水的結(jié)合能小0.1KJ/mol。
對于巨毛細管（r>0.1µm），這種毛細管只有與水直接接觸才能充滿。因毛細管管徑較大，它產(chǎn)生的毛細管力、毛細壓力值均較小。毛細管中彎月面上方的蒸氣壓"!與純凈游離水在同溫下的飽和蒸氣壓Ps幾乎相等，僅相差1%。水分受重力作用只有較小的運動。
?。?）空隙水 當毛細管半徑大于0.1µm時，其中的水分稱為空隙水?？障端粫姓魵鈮航档偷默F(xiàn)象，與一般游離水特性相同。它主要是殘留在物料組織結(jié)構(gòu)中的細小容積骨架中的水分。
無論毛細管徑大小，其中的水分本質(zhì)上都屬于游離水。它們之間的區(qū)別只是在排除水分時所需能量大小不同而已。
?。?）潤濕水指水和物料所形成的機械混合物中的水分。潤濕水很容易用機械方法或加熱干燥方法去除。它同毛細管中的水一樣屬于游離水。
4、非結(jié)合水
非結(jié)合水指物料與水分所形成的混合物中的水分，與上述的空隙水分一樣，是殘留在物料組織結(jié)構(gòu)的小容積骨架中或細小顆粒之間的水分。排除這種水分只需克服流體流經(jīng)物料骨架的流體阻力即可。非結(jié)合水是上述4種水分中排除水分所需能量級別zui低的水分。常用離心、過濾或加熱干燥等方法排除物料中的非結(jié)合水。
在上述的物理——化學(xué)結(jié)合水和物理——機械結(jié)合水中，有一部分屬于難脫水的結(jié)合水分，如膠體中的結(jié)構(gòu)水、吸附水、微毛細管水等；有一部分是可用機械方法脫除的自由水分，如存在于物料內(nèi)外表面的空隙水、潤濕水等。物料與水分結(jié)合形式不同，排除水分時耗能也就有很大不同。
（二）按物料加濕——干燥水分平衡分類
從物料加濕——干燥水分平衡觀點出發(fā)，根據(jù)物料含濕量與周圍環(huán)境含濕量的相對關(guān)系，以及水分去除的難易程度可以分別定義：（1）結(jié)合水和非結(jié)合水；（2）平衡水和自由水。這4種水分的關(guān)系見下圖。
（1）結(jié)合水
結(jié)合水又稱束縛水。因結(jié)合水有較低的蒸汽壓等，所以這種水分較難去除。它包括物料的細胞與細胞之間孔隙、纖維壁、毛細管中所含的水分，物料內(nèi)、外表面吸附的水分，物料壁膜內(nèi)外存在的滲透水分、微毛細管中存在的水分等。
在恒溫恒壓條件下，去除這種水分除需要汽化熱外，還需要額外增加能量。這也是區(qū)別結(jié)合水與自由水的標志。這些能量是物料進行脫水干燥時耗能的因素之一，不過在物料加熱干燥所需總能耗中所占的比重很小，?？陕匀ゲ挥?。
恒溫下排除物料中1mol結(jié)合水，除需汽化熱外，還需增加額外的能量。
2、非結(jié)合水
又稱自由水，即游離水。因為這種水分不會產(chǎn)生較低的蒸汽壓力，用離心、過濾等機械方法極易去除。它包括物料表面的潤濕水分、巨毛細管內(nèi)或物料顆粒間及細胞之間的空隙水分。
3、平衡水
物料在一定的環(huán)境（溫度、濕度、壓力等）條件下可能含有的zui大水分，稱為在此條件下某物料的平衡水分。在一定條件下，物料經(jīng)長時間吸濕、解濕達到含水量平衡時的物料含水率被稱為平衡含水率或平衡水。此時物料的含水量又稱為在該條件下zui大（吸）濕含量。
4、自由水
自由水是指在某一特定條件下，物料中超過平衡含水率的那部分水分。
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