煙葉的含水率

一、煙葉中的水分

　　不同的物料因其化學成分、物理結構、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，常用質量分數（%）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換關系見下式。

　　由于煙葉在加工過程中，其中的水分是不斷變化的，而干物料的質量是基本不變的，所以在工藝設計中，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量（濕）物料內所含水分，比較直觀，所以在煙制品生產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、化學方法等多種。工業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2小時，使樣品干燥至恒重，此時樣品的質量被認為是煙葉的干質量，然后依公式計算其含水率。

　　二、物料中水分的分類

　　可從不同出發點對物料中的水分進行分類。

　　（一）根據水分與物料結合能大小來分

　　根據水分與物料結合能的大小，可把物料中的水分分為4類。

　　1、化學結合水

　　化學結合水又稱為化學吸收水、化合水或化學結構水等。這種水與物料的結合有準確的數量關系，它由物料與水分組成的化學成分所決定。它包括水分與物料的離子結合和結晶型分子結合。這時，水分與物料結合得很牢固，只能在很強的化學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結合水。化學結合水的結合能約為5KJ/mol。

　　從某種意義上來講，化學結合水是物料分子結構中不可分的組成部分，這部分水必須在破壞物料分子結構的條件下才能排除，換句話說，物料在失水后，其化學結構、物料性質完全改變。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——化學結合水

　　這種水分又稱為吸附結合水或飽和水。這種水分與物料的結合沒有嚴格的數量關系。它包括吸附水、滲透水、結構水等幾種。這種水分的結合能大約為3KJ/mol。

　　（1）吸附水分吸附水是指被物料內、外表面吸附的水分。因此，吸附水與物料結合比較牢。此種結合方式改變了物料中水分的許多物理性質，如蒸汽壓下降、冰點下降、密度增大、介電常數大幅度下降等。

　　（2）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外兩側形成濃度差，從而形成滲透壓（差）。此滲透壓使組織壁膜內外存在滲透水。

　　（3）結構水分結構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——機械結合水

　　包括毛細管水、空隙水和潤濕水。

　　毛細管依其管內半徑! 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。

　　（2）空隙水  當毛細管半徑大于0.1μm時，其中的水分稱為空隙水。空隙水不會有蒸氣壓降低的現象，與一般游離水特性相同。它主要是殘留在物料組織結構中的細小容積骨架中的水分。

　　無論毛細管徑大小，其中的水分本質上都屬于游離水。它們之間的區別只是在排除水分時所需能量大小不同而已。

　　（3）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、非結合水

　　非結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構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物料骨架的流體阻力即可。非結合水是上述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合水。

　　在上述的物理——化學結合水和物理——機械結合水中，有一部分屬于難脫水的結合水分，如膠體中的結構水、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，如存在于物料內外表面的空隙水、潤濕水等。物料與水分結合形式不同，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，根據物料含濕量與周圍環境含濕量的相對關系，以及水分去除的難易程度可以分別定義：（1）結合水和非結合水；（2）平衡水和自由水。這4種水分的關系見下圖。

 　　
（1）結合水

　　結合水又稱束縛水。因結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、外表面吸附的水分，物料壁膜內外存在的滲透水分、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。這也是區別結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，常可略去不計。

　　恒溫下排除物料中1mol結合水，除需汽化熱外，還需增加額外的能量。

　　2、非結合水

　　又稱自由水，即游離水。因為這種水分不會產生較低的蒸汽壓力，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。