2.3　湿物料的性质

物料干燥的过程就是不断地除去湿物料中水分的过程。湿物料通常是由各种类型的干骨架（绝干料）和水分组成。不同的湿物料具有不同的结构和物理、化学等性质。虽然所有这些参数都会对干燥过程产生影响，但最重要的因素之一是湿物料中水分的类型及其与骨架的结合方式。

2.3.1　湿物料中的水分

根据物料中水分与物料的结合形式，一般可分为机械结合水、物理化学结合水和化学结合水三类。

（1）机械结合水　包括存在于物料空隙或表面的游离水分、润湿水分和大毛细管（平均半径r>10^－7m）内的自由水分。此类水分与物料的结合力较弱或自由分散于物料表面，在干燥过程中易于除去，有些物料如污泥中的此类水分也可借助机械脱水。

（2）物理化学结合水　以一定的物理化学结合力与物料结合起来的水分。属于此类水分的有吸附水分、小毛细管（r<10^－7m）内的渗透水分和结构水分等。此类水分与物料结合比较稳定，且有较强的结合力，较难除去。所以，除去或部分除去此类水分是物料干燥的主要任务之一。其中，吸附水分与物料的结合最牢固，这种水分只有变成蒸汽后，才能从物料中排出。毛细渗透水分是由于物料组织壁的内外溶解物的浓度有差异，而引起水分的渗透扩散，由高浓度向低浓度扩散。结构水是当胶体形成过程中将水分结合在物料组织内部的，它可通过蒸发、外压或组织的破坏而被排除。

（3）化学结合水　这种水分与物料的结合有准确的数量或比例关系，物料中的结晶水就是这种结合水。此类水分结合得非常牢固，一般常温干燥过程难以除去。若要除去此种化合物的结晶水，必须在较高的温度下加热，才能够实现。因此，一般在干燥过程中不必考虑。

根据水分除去的难易程度，物料中所含的水分又可分为非结合水和结合水两大类。

（1）非结合水　也称为自由水，它与物料主要是以机械方式结合，其结合强度较弱。物料中非结合水所产生的蒸气压等于同温度下纯水（普通的液态水）的饱和蒸气压，此类水分比较易于除去。

（2）结合水　它主要包括物理化学结合水和化学结合水，这种水分与物料的结合力强，它产生的蒸气压低于同温度下纯水（普通的液态水）的饱和蒸气压，使水蒸气扩散的推动力降低，因而比较难于除去。

不同类型的物料所含水分的种类和脱水难易程度不同。

（1）非吸湿多孔物料　如砂粒、焦炭、碎矿石、非吸湿结晶、聚合物颗粒和某些瓷料等疏松物料。这类物料主要含游离水分，比较容易干燥，且干燥期间不收缩。

（2）吸湿多孔物料　如黏土、谷物、烟草、陶坯、分子筛、木材和织物等物料，这类物料虽然含有一定的自由水，但物理化学结合水分含量较多，干燥过程比较缓慢，尤其在结合水排除阶段干燥过程缓慢，且通常出现物料收缩。

在吸湿多孔物料中，木材是一种复杂的毛细管多孔黏弹性生物体。木材中的水分按其与木材的结合形式和存在的位置，可分为化合水、吸附水和自由水三种。其中化合水与组成木材的化学成分呈牢固的化学结合，一般温度下的热处理很难将它除去，且数量很少，可以忽略不计。因此，对干燥有意义的主要是自由水和吸附水。自由水是存在于木材的细胞腔和细胞间隙组成的大毛细管系统（其半径大于0.25×10^－6m）中的水分，其性质接近于普通的液态水。吸附水是吸附在木材细胞壁微晶表面和纤维素分子无定形区域内游离羟基上的水分，其性质属于物理化学结合水，其干燥过程比较缓慢。

木材中自由水的增减，只能影响木材的重量、保存和燃烧能力，而不影响木材的性质；吸附水的增减变化，不仅使木材发生膨胀和收缩，而且也影响到木材的其他物理力学性质。

（3）无孔胶体物料　如肥皂、胶和各种食品等。这类物料的特征为所含水分基本为物理化学结合水，干燥难度较大，往往需要经过长时间的缓慢干燥或尽量提高干燥温度，才能最后完成。

2.3.2　平衡水分

平衡水分又称平衡含水率，用EMC表示。

将湿物料与一定温度（t）、相对湿度（φ）的空气相接触，物料中水分汽化，直到物料表面水蒸气压力与空气中水蒸气分压相等为止。这时，物料中的水分与空气中的水分达到平衡，继续延长干燥时间，物料中的水分也不再增减。此时，物料中含有的水分称为平衡水分，或称平衡含水率。因此，平衡水分是物料在一定的空气状态下可能干燥的最大限度，并随空气状态的变化而变化。

平衡含水率随空气温度和相对湿度变化，空气的相对湿度越大，或温度越低，平衡水分也越大；反之亦然。例如木材在空气相对湿度50%，温度为20℃、50℃、80℃时，木材平衡含水率EMC分别为9.0%、7.5%和6.3%。另外，不同的物料在相同的空气参数下，其平衡含水率也不同。例如，空气温度20℃、相对湿度40%时，黏胶丝、木材和小麦的平衡含水率EMC分别为5%、7.4%和10.8%。木材在不同温度（≤100℃）和相对湿度时的平衡含水率如图2-6所示。不同的物料在某些空气参数下的平衡含水率见表2-4。平衡含水率的概念对于研究物料的干燥过程是十分重要的，因为在任何已知或已设定的干燥状态下，都可以由平衡含水率的关系，决定物料经过干燥后可能达到的最终含水量。这也就是说，掌握平衡含水率的规律，可以帮助人们制定干燥工艺和确定物料的最终干燥状态。

2.3.3　物料的湿含量的表示方法

物料中湿含量或含水率有两种表示方法，即干基湿含量x（或C）和湿基湿含量w：

干基含湿量：

　　（2-14）

湿基含湿量：

　　（2-15）

式中，m_w和m_d分别为湿物料中湿分质量和绝干物料质量；m_w+m_d=m_m为湿物料的质量。干基湿含量和湿基湿含量之间可相互换算，其关系为：

　　（2-16）

　　（2-17）

一般工业生产中常用湿基湿含量表示湿物料的含水率，因为它比较直观，而设计计算中用干基湿含量比较方便。在木材干燥行业，木材的湿含量通常称为木材的含水率，干基和湿基含水率分别称为绝对含水率和相对含水率。通常多用绝对含水率，相对含水率只在个别情况下才采用。因为绝干材重量固定，便于比较，而木材湿材重量（或木材原重量）会随时变化，不宜作互相比较用。