非結合水分

非結合水是指存在於物料表面的潤濕水分和物料孔隙中的水分。屬於機械結合方式，與物料的結合強度較弱，易於去除。非結合水分所產生的蒸氣壓與液態水在同溫度時所發生的蒸氣壓相同。用機械方法能去除大部分這類水分，用乾燥的方法比較容易將這類水分去除。

基本介紹

• 中文名：非結合水分
• 外文名：unbound water
• 去除方法：乾燥
• ：

結合水分與非結合水分

根據濕物料中水分除去的難易程度來劃分，物料中的水分可分為結合水分和非結合水分。

結合水分是指以化學力、物理化學力或生物化學力等與物料結合的水分，由於這種水分與物料的結合力強，而產生不正常的低氣壓，其飽和蒸氣壓低於同溫下純水的飽和蒸氣壓。通常，存在於物料中毛細管內的水分、細胞壁內的水分、結晶水以及物料內可溶固體物溶液中的水分，都是結合水分。

非結合水分是指機械地附著在物料表面或積存於大孔中的水分，它與物料的結合強度較弱，其飽和蒸氣壓等於同溫下純水的飽和蒸氣壓。

顯然，在乾燥過程中，非結合水分容易除去，結合水分難除去，甚至是對於一定濕度的乾燥介質而言有一部分結合水是不能除去的。

在一定溫度下，平衡水分與自由水分的劃分是根據濕物料的性質以及與之接觸的空氣的狀態而定，而結合水分與非結合水分的劃分則完全由濕物料自身的性質而定，與空氣的狀態無關。對於一定溫度下的一定濕物料，結合水分不會因空氣的相對濕度不同而發生變化，它是一個固定值。結合水與非結合水都難於用實驗方法直接測得，根據它們的特點，可將平衡曲線外延與同溫下φ=100%線相交，在交點之下的水分皆為各物料的結合水。就是說在φ=100%下各物料的平衡水分，即為各物料的結合水。因為凡在平衡曲線之下的水分都是與φ<100%的空氣成平衡，表明所產生的燕汽壓低於純水飽和蒸汽壓。平衡曲線與φ=100%軸交點以上的水分，即為非結合水。

固體物料的水分性質

物料中幾種水分的關係可通過上圖來說明，從圖中可以看出，平衡水分隨濕空氣的相對濕度的變化而變化，結合水分則為常數。

平衡水分與非結合水

當物料與空氣接觸時，若物料中水分所產生的蒸汽壓大幹空氣中水蒸汽分壓時，則物料中的水分將被汽化而除去，直至物料中的水分所產生的蒸汽壓等於空氣中水蒸汽的分壓時，此時物料中的水分與空氣中的水分達到平衡，物料中的水分不再減少，這時物料中所含的水分叫做平衡水分。自由水分：凡是大於平衡含水量而能夠通過乾燥除去的水分，稱為自由水分（其中一部分是非結合水）。

幾種水分的關係，可以說明如下：

物料的水分主要包含自由水分和平衡水分（不能除去的結合水分）兩大類，其中自由水分又包含非結合水去除首先除去的水分和能除去的結合水。

由於物料中所含水分的性質不同，故濕物料在整個乾燥過程中分為兩個不同的階段，如下圖所示：

乾燥速率曲線

1.恆速乾燥階段又稱為乾燥的第一階段，在此階段中物料的乾燥速率保持恆定；其值不隨物料含水量多少而變，空氣傳給物料的熱量等於水分汽化所需的熱量，物料表多面的溫度始終保持為空氣的濕球溫度。圖中AB為物料預熱段，此段所需時間很短，往往忽略不計。
2.降速乾燥階段乾燥速率曲線的轉，折點（C點）稱為臨界點，與該點對應的物料含水量，稱為臨界含水量X。當到達此點時開始了降速階段，物料的乾燥速率亦逐漸降低。此時空氣傳給物料的熱量大於水分汽化所需要的熱量，物料表面的溫度不斷上升，而接近了空氣的溫度。
乾燥速率曲線與橫坐標軸的交點E所表示的含水量，是平衡含水量，用符號Xˊ表示，此時乾燥速率等於零，這也說明平衡水分是不能除去的水分。
綜上所述，當物料中的含水量大於臨界含水量Xˊ時，屬於等速階段，而當物料含水量小於Xˊ時，屬於降速階段，而當到達平衡水分Xˊ時，則乾燥速率為零。

相關擴展

乾燥機制及乾燥曲線

物料的乾燥是熱量的傳遞和質量的傳遞同時進行的過程。當濕物料與熱空氣接觸時，熱空氣將熱能傳遞給濕物料，這是一個傳熱過程；濕物料得到熱量後，物料中的水分氣化，並向空氣巾移動，這是一個傳質過程。

當濕物料與濕空氣接觸，物料將蒸出水分或吸收水分，直到物料表面所產生的蒸汽壓與空氣中水蒸氣分壓相等為止，物料中的水分與空氣處於平衡狀態，此時物料中含水量稱為物料的平衡水分。

平衡水分因物料種類不同而有很大差別，同一物料的平衡水分也因所接觸的空氣狀態不同而有很大差別。　　右圖是某些物料在25℃空氣中，物料平衡水分與空氣相對濕度的關係曲線，即乾燥平衡曲線。

某物料的平衡水分

從右圖可以了解到影響平衡水分的一些因素：

（1）物性 非吸水物料，如瓷土、玻璃絲，平衡水分很低，近乎於零；而
多孔吸水性物料，如菸葉、皮革、木材，平衡水分很高。

（2）空氣相對濕度 φ越小即平衡水可越小。但除非φ=0，否則不可能幹燥到絕對乾的物料。

（3）溫度 還從實驗得知，在一定相對濕度φ下，空氣溫度高其相應平衡水分可減小，但在溫度變化範圍不大情況下，可認為φ一定時平衡水分近似常數。

物料含水量大於平衡水分時，含水量與平衡水分之差稱為自由水分。