烟叶的含水率

一、烟叶中的水分

　　不同的物料因其化学成分、物理结构、生化等特性不同，其含水情况千差万别。对烟叶来说，生长在植株上的烟叶其含水量达12-13%，烟叶制品的含水量在80%左右。烟叶及烟叶制品的含水量又称含水率，简称为水分，常用质量分数（%）表示。烟叶中的含水率有湿基（W.b.）含水率W和干基（d.b.）含水率X两种表示方法。它们的定义及相互转换关系见下式。

　　由于烟叶在加工过程中，其中的水分是不断变化的，而干物料的质量是基本不变的，所以在工艺设计中，用干基含水率进行物料衡算就显得十分简单方便。但湿基含水率代表单位质量（湿）物料内所含水分，比较直观，所以在烟制品生产中常用湿基含水率表示烟叶所含的水分。

　　测量烟叶及其制品中水分的方法有：烘箱加热法、干燥法、辐射法、电力法、化学方法等多种。工业上通常把烘箱加热法作为测定烟叶含水率的基准方法，并用来对其它方法进行校正。

　　烘箱加热法指将待测样品放入烘箱中，加温至100℃，持续2小时，使样品干燥至恒重，此时样品的质量被认为是烟叶的干质量，然后依公式计算其含水率。

　　二、物料中水分的分类

　　可从不同出发点对物料中的水分进行分类。

　　（一）根据水分与物料结合能大小来分

　　根据水分与物料结合能的大小，可把物料中的水分分为4类。

　　1、化学结合水

　　化学结合水又称为化学吸收水、化合水或化学结构水等。这种水与物料的结合有准确的数量关系，它由物料与水分组成的化学成分所决定。它包括水分与物料的离子结合和结晶型分子结合。这时，水分与物料结合得很牢固，只能在很强的化学作用或非常强烈的热加工（如煅烧）时才能将水分除去。通常的干燥条件不能排除化学结合水。化学结合水的结合能约为5KJ/mol。

　　从某种意义上来讲，化学结合水是物料分子结构中不可分的组成部分，这部分水必须在破坏物料分子结构的条件下才能排除，换句话说，物料在失水后，其化学结构、物料性质完全改变。所以，这种化合水的排除不作为脱水、减湿或干燥过程，即不包括在物料干燥的讨论中。

　　2、物理——化学结合水

　　这种水分又称为吸附结合水或饱和水。这种水分与物料的结合没有严格的数量关系。它包括吸附水、渗透水、结构水等几种。这种水分的结合能大约为3KJ/mol。

　　（1）吸附水分吸附水是指被物料内、外表面吸附的水分。因此，吸附水与物料结合比较牢。此种结合方式改变了物料中水分的许多物理性质，如蒸汽压下降、冰点下降、密度增大、介电常数大幅度下降等。

　　（2）渗透水分物料组织在其边界会形成壁膜，溶解物便会在壁膜内外两侧形成浓度差，从而形成渗透压（差）。此渗透压使组织壁膜内外存在渗透水。

　　（3）结构水分结构水是指水分与物料形成的胶体中的水分。这种水分只有在胶体受到破坏时，才能从物料中排除。常用加热方法使胶体中水分变成蒸汽。

　　3、物理——机械结合水

　　包括毛细管水、空隙水和润湿水。

　　毛细管依其管内半径! 大小，又分为微毛细管和巨毛细管：

　　半径r<0.1µm———微毛细管，其中的水分称为毛细管水；

　　半径r=0.1-10µm———巨毛细管，其中的水分也称为毛细管水；

　　半径r>10µm———粗毛细管，其中的水分称为空隙水。

　　（1）毛细管水  微毛细管（r<0.1µm）既可以通过直接与水接触，也可以通过吸附空气中的水蒸气使毛细管充满液体。其中的水分在毛细管力的作用下，可以克服重力作用而运动；其水分的蒸气压低于同温下纯水的蒸气压。水在微毛细管中既可以液体形式，也可以蒸汽形式移动（水蒸气分子的自由行程平均值约为<0.1µm 。毛细管水的结合能小0.1KJ/mol。

　　对于巨毛细管（r>0.1µm），这种毛细管只有与水直接接触才能充满。因毛细管管径较大，它产生的毛细管力、毛细压力值均较小。毛细管中弯月面上方的蒸气压"!与纯净游离水在同温下的饱和蒸气压Ps几乎相等，仅相差1%。水分受重力作用只有较小的运动。

　　（2）空隙水  当毛细管半径大于0.1µm时，其中的水分称为空隙水。空隙水不会有蒸气压降低的现象，与一般游离水特性相同。它主要是残留在物料组织结构中的细小容积骨架中的水分。

　　无论毛细管径大小，其中的水分本质上都属于游离水。它们之间的区别只是在排除水分时所需能量大小不同而已。

　　（3）润湿水指水和物料所形成的机械混合物中的水分。润湿水很容易用机械方法或加热干燥方法去除。它同毛细管中的水一样属于游离水。

　　4、非结合水

　　非结合水指物料与水分所形成的混合物中的水分，与上述的空隙水分一样，是残留在物料组织结构的小容积骨架中或细小颗粒之间的水分。排除这种水分只需克服流体流经物料骨架的流体阻力即可。非结合水是上述4种水分中排除水分所需能量级别zui低的水分。常用离心、过滤或加热干燥等方法排除物料中的非结合水。

　　在上述的物理——化学结合水和物理——机械结合水中，有一部分属于难脱水的结合水分，如胶体中的结构水、吸附水、微毛细管水等；有一部分是可用机械方法脱除的自由水分，如存在于物料内外表面的空隙水、润湿水等。物料与水分结合形式不同，排除水分时耗能也就有很大不同。

　　（二）按物料加湿——干燥水分平衡分类

　　从物料加湿——干燥水分平衡观点出发，根据物料含湿量与周围环境含湿量的相对关系，以及水分去除的难易程度可以分别定义：（1）结合水和非结合水；（2）平衡水和自由水。这4种水分的关系见下图。

 　　
（1）结合水

　　结合水又称束缚水。因结合水有较低的蒸汽压等，所以这种水分较难去除。它包括物料的细胞与细胞之间孔隙、纤维壁、毛细管中所含的水分，物料内、外表面吸附的水分，物料壁膜内外存在的渗透水分、微毛细管中存在的水分等。

　　在恒温恒压条件下，去除这种水分除需要汽化热外，还需要额外增加能量。这也是区别结合水与自由水的标志。这些能量是物料进行脱水干燥时耗能的因素之一，不过在物料加热干燥所需总能耗中所占的比重很小，常可略去不计。

　　恒温下排除物料中1mol结合水，除需汽化热外，还需增加额外的能量。

　　2、非结合水

　　又称自由水，即游离水。因为这种水分不会产生较低的蒸汽压力，用离心、过滤等机械方法极易去除。它包括物料表面的润湿水分、巨毛细管内或物料颗粒间及细胞之间的空隙水分。

　　3、平衡水

　　物料在一定的环境（温度、湿度、压力等）条件下可能含有的zui大水分，称为在此条件下某物料的平衡水分。在一定条件下，物料经长时间吸湿、解湿达到含水量平衡时的物料含水率被称为平衡含水率或平衡水。此时物料的含水量又称为在该条件下zui大（吸）湿含量。

　　4、自由水

　　自由水是指在某一特定条件下，物料中超过平衡含水率的那部分水分。