2.3　濕物料的性質

物料干燥的過程就是不斷地除去濕物料中水分的過程。濕物料通常是由各種類型的干骨架（絕干料）和水分組成。不同的濕物料具有不同的結構和物理、化學等性質。雖然所有這些參數都會對干燥過程產生影響，但最重要的因素之一是濕物料中水分的類型及其與骨架的結合方式。

2.3.1　濕物料中的水分

根據物料中水分與物料的結合形式，一般可分為機械結合水、物理化學結合水和化學結合水三類。

（1）機械結合水　包括存在于物料空隙或表面的游離水分、潤濕水分和大毛細管（平均半徑r>10^－7m）內的自由水分。此類水分與物料的結合力較弱或自由分散于物料表面，在干燥過程中易于除去，有些物料如污泥中的此類水分也可借助機械脫水。

（2）物理化學結合水　以一定的物理化學結合力與物料結合起來的水分。屬于此類水分的有吸附水分、小毛細管（r<10^－7m）內的滲透水分和結構水分等。此類水分與物料結合比較穩定，且有較強的結合力，較難除去。所以，除去或部分除去此類水分是物料干燥的主要任務之一。其中，吸附水分與物料的結合最牢固，這種水分只有變成蒸汽后，才能從物料中排出。毛細滲透水分是由于物料組織壁的內外溶解物的濃度有差異，而引起水分的滲透擴散，由高濃度向低濃度擴散。結構水是當膠體形成過程中將水分結合在物料組織內部的，它可通過蒸發、外壓或組織的破壞而被排除。

（3）化學結合水　這種水分與物料的結合有準確的數量或比例關系，物料中的結晶水就是這種結合水。此類水分結合得非常牢固，一般常溫干燥過程難以除去。若要除去此種化合物的結晶水，必須在較高的溫度下加熱，才能夠實現。因此，一般在干燥過程中不必考慮。

根據水分除去的難易程度，物料中所含的水分又可分為非結合水和結合水兩大類。

（1）非結合水　也稱為自由水，它與物料主要是以機械方式結合，其結合強度較弱。物料中非結合水所產生的蒸氣壓等于同溫度下純水（普通的液態水）的飽和蒸氣壓，此類水分比較易于除去。

（2）結合水　它主要包括物理化學結合水和化學結合水，這種水分與物料的結合力強，它產生的蒸氣壓低于同溫度下純水（普通的液態水）的飽和蒸氣壓，使水蒸氣擴散的推動力降低，因而比較難于除去。

不同類型的物料所含水分的種類和脫水難易程度不同。

（1）非吸濕多孔物料　如砂粒、焦炭、碎礦石、非吸濕結晶、聚合物顆粒和某些瓷料等疏松物料。這類物料主要含游離水分，比較容易干燥，且干燥期間不收縮。

（2）吸濕多孔物料　如黏土、谷物、煙草、陶坯、分子篩、木材和織物等物料，這類物料雖然含有一定的自由水，但物理化學結合水分含量較多，干燥過程比較緩慢，尤其在結合水排除階段干燥過程緩慢，且通常出現物料收縮。

在吸濕多孔物料中，木材是一種復雜的毛細管多孔黏彈性生物體。木材中的水分按其與木材的結合形式和存在的位置，可分為化合水、吸附水和自由水三種。其中化合水與組成木材的化學成分呈牢固的化學結合，一般溫度下的熱處理很難將它除去，且數量很少，可以忽略不計。因此，對干燥有意義的主要是自由水和吸附水。自由水是存在于木材的細胞腔和細胞間隙組成的大毛細管系統（其半徑大于0.25×10^－6m）中的水分，其性質接近于普通的液態水。吸附水是吸附在木材細胞壁微晶表面和纖維素分子無定形區域內游離羥基上的水分，其性質屬于物理化學結合水，其干燥過程比較緩慢。

木材中自由水的增減，只能影響木材的重量、保存和燃燒能力，而不影響木材的性質；吸附水的增減變化，不僅使木材發生膨脹和收縮，而且也影響到木材的其他物理力學性質。

（3）無孔膠體物料　如肥皂、膠和各種食品等。這類物料的特征為所含水分基本為物理化學結合水，干燥難度較大，往往需要經過長時間的緩慢干燥或盡量提高干燥溫度，才能最后完成。

2.3.2　平衡水分

平衡水分又稱平衡含水率，用EMC表示。

將濕物料與一定溫度（t）、相對濕度（φ）的空氣相接觸，物料中水分汽化，直到物料表面水蒸氣壓力與空氣中水蒸氣分壓相等為止。這時，物料中的水分與空氣中的水分達到平衡，繼續延長干燥時間，物料中的水分也不再增減。此時，物料中含有的水分稱為平衡水分，或稱平衡含水率。因此，平衡水分是物料在一定的空氣狀態下可能干燥的最大限度，并隨空氣狀態的變化而變化。

平衡含水率隨空氣溫度和相對濕度變化，空氣的相對濕度越大，或溫度越低，平衡水分也越大；反之亦然。例如木材在空氣相對濕度50%，溫度為20℃、50℃、80℃時，木材平衡含水率EMC分別為9.0%、7.5%和6.3%。另外，不同的物料在相同的空氣參數下，其平衡含水率也不同。例如，空氣溫度20℃、相對濕度40%時，黏膠絲、木材和小麥的平衡含水率EMC分別為5%、7.4%和10.8%。木材在不同溫度（≤100℃）和相對濕度時的平衡含水率如圖2-6所示。不同的物料在某些空氣參數下的平衡含水率見表2-4。平衡含水率的概念對于研究物料的干燥過程是十分重要的，因為在任何已知或已設定的干燥狀態下，都可以由平衡含水率的關系，決定物料經過干燥后可能達到的最終含水量。這也就是說，掌握平衡含水率的規律，可以幫助人們制定干燥工藝和確定物料的最終干燥狀態。

2.3.3　物料的濕含量的表示方法

物料中濕含量或含水率有兩種表示方法，即干基濕含量x（或C）和濕基濕含量w：

干基含濕量：

　　（2-14）

濕基含濕量：

　　（2-15）

式中，m_w和m_d分別為濕物料中濕分質量和絕干物料質量；m_w+m_d=m_m為濕物料的質量。干基濕含量和濕基濕含量之間可相互換算，其關系為：

　　（2-16）

　　（2-17）

一般工業生產中常用濕基濕含量表示濕物料的含水率，因為它比較直觀，而設計計算中用干基濕含量比較方便。在木材干燥行業，木材的濕含量通常稱為木材的含水率，干基和濕基含水率分別稱為絕對含水率和相對含水率。通常多用絕對含水率，相對含水率只在個別情況下才采用。因為絕干材重量固定，便于比較，而木材濕材重量（或木材原重量）會隨時變化，不宜作互相比較用。