平衡水分和自由水分如何划分(固体物体流速与罐装的关系)

平衡水分和自由水分如何划分

当物料与一定状态的空气接触后，物料将释出或吸入水分，最终达到恒定的含水量。若空气状态恒定，则物料永远维持这么多的含水量，不会因接触时间延长而改变，这种恒定的含水量称为该物料在固定空气状态下的平衡水分，又称平衡湿含量或平衡含水量。物料中的水分超过平衡含水量的那部分水分称为自由水分。

固体物体流速与罐装的关系

固体物料干燥过程的平衡关系和速率关系§8.4.1物料的平衡湿含量一． 平衡湿含量（平衡水分 ）将湿物料与一定状态的空气接触发生去湿，直到物料表面所产生的蒸汽压与空气中的水蒸气分压相等为止。此时物料中所含的水分称为该空气状态下物料的平衡水分。平衡水分因物料种类的不同而有很大的差别，同一种物料的平衡水分也因空气状况的不同而不同。某些物料在25℃下的平衡水分与空气相对湿度的关系如图所示。由图可见对于非吸水性物性，例如陶土的平衡水分几乎等于零，对于吸水性物料，例如烟草，皮革及木材等的平衡水分较高，而且随空气状况不同而有较大的变化。由图还可见当空气的相对湿度为零时，任何物料的平衡水分均为零。由此可知只有使物料与相对湿度为零的空气相接触，才有可能获得绝干的物料。若物料与一定湿度的空气进行接触，物料中总有一部分水分不能被除去，这部分水分就是平衡水分。它表示在该空气状态下物料能被干燥的限度。通常物料的平衡水分都是由实验测定得到的。若空气的相对湿度一定，则物料的平衡水分随空气温度升高而减小。二． 结合水分和非结合水分结合水分和非结合水分是根据水分与物料结合力的状况来划分的。① 结合水分包括物料细胞壁内的水分及小毛细管中的水分，这些水分与物料的结合力较强。其特点是产生不正常的低蒸汽压，即其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，所以结合水分较纯水难除去。② 非结合水分包括物料中吸附的水分和孔隙中的水分，这些水分与物料是机械结合，结合力较弱。物料中非结合水分与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，同时非结合水分的汽化和纯水一样，在干燥过程中极易除去。三． 平衡水分和自由水分
两者是根据在一定的平衡条件下物料中所含的水分能否用干燥的方法加以除去来划分的。
结合水分和非结合水分，平衡水分和自由水分的关系用图表示出来。
§8.4.2物料在定态空气条件下的干燥速率1． 干燥动力学实验1）， 干燥实验2）， 干燥曲线随着干燥过程的进行，水分被不断汽化，湿物料的质量不断减少，用记录仪记录，取湿物料质量随时间的变化规律，用测温元件汲取湿物料表面温度随时间的变化规律。X~τ曲线及θ~τ曲线称为干燥曲线，如下图各中A表示物料起始含水量 ,容度 ,干燥开始后，物料含水量及其表面温度均随时间而变化。曲线均存在这三个阶段：AB段： ，在阶段空气中的部分热量用于加热物料，故物料的Z随 的变化不大，即 较小
BC段： 在 阶段空气中的部分热量基本上成直线关系表面温度恒定等于 ，阶段内的空气传递给物料的显热恰好等于水分从物料汽化所需的潜热，而物料的表面温度等于热空气的 。（这一阶段恰似湿球温度测温原理）。CDE段： ，物料开始升温，热空气中部分热量用于加热物料时使其由 升高到 ，另一部分热量用于汽化水分，因dZ/dτ 逐渐变为平坦，直到物料中含水降至平衡水分 为止。2、干燥速率曲线干燥速率（亦即水分汽化速率）
由干燥曲线求出各点斜率dX/dε，按上式计算物料在不同含水量时的干燥速率，然后描出 干燥速率曲线。考察实验所得的干燥速率曲线可知，整个干燥过程可分为衡速干燥与降速干燥阶段，每个干燥阶段的传热、传质有各自的特点。3、恒速干燥阶段在此阶段中，固体物料表面覆盖着水层，其状况与湿球温度计纱布表面的状况相似。物体表面的温度等于该空气的湿球温度 ，此阶段的空气传递给物料的 显热恰好等于水分从物料表面汽化所需的潜热。当 为定值时，物料表面的湿含量 也为定值。所以 ，干燥速率与物料本身性质无关。
应该指出，在整个恒速干燥阶段中，要求湿物料内部的水分向其表面传递的速率能够与水分自物料表面汽化的速率相适应，使物料表面汽化始终维持润湿状态。显然，恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分的汽化速率，以取决于物料外部的干燥条件，所以恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶段。强化过程：t上升，H下降，u上升。AB段叫预热段，此阶段所需的时间较短，一般并入BC段考虑。见例54、降速干燥阶段此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低。降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内部结构有关。降速的原因大致有如下四个：1）， 实际汽化表面减小随着干燥的进行，由于水分的不均匀分布，局部表面的水亦先除去而成“干区”。A（实际干燥面积）<A（计算时的全部表面）。图中CD段，这为第一降速阶段。2）， 汽化面的内移当物料全部表面都成为干区后，水分的汽化面逐渐向物料内部移动。此时固体内部的热、质传递途径加长，造成干燥速率下降，此为干燥速率曲线中的DE段，也称为第二降速阶段。3）， 平衡蒸汽压下降当物料中非结合水已被除尽，所汽化的已是各种形式的结合水时，平衡蒸汽压将逐渐下降，使传质推动力减小，干燥速率也随之降低。4）， 固体内部水分的扩散极慢对非多孔性物质，如肥皂、木材等，汽化表面只能是物料的外表面，汽化面不能内移。当表面水分去除后，干燥速率取决于固体内部水分的扩散。内扩散的速率极慢，且扩散速率随含水量的减少而下降。扩散过程成为干燥过程的控制步骤。此时干燥速率等于扩散速率，干燥速率与气速无关，与表面气—固两相的传质系数 无关。强化干燥过程，必须增大使扩散速率上升。由于扩散速率与物料厚度的平方成反比，减薄物料厚度降有效的提高干燥速率。
5、临界含水量 两个干燥阶段的干燥曲线的交点c点称为临界点，与该点对应的物料含水量称为临界含水量，而从中扣除平衡含水量 后则称为临界自由含水量 。临界点c处的干燥速率仍等于恒速阶段的干燥速率。临界含水量不但与物料本身的结构、分散程度有关，也受干燥介质条件（流速u、t、H）的影响。物料分散越细，临界含水量越低；等速的干燥速率越大，临界含水量越高，即降速阶段较早的开始（物料的 通常由实验测定）。若临界含水量 值越大便会较早的转入降速干燥阶段，使在相同的干燥任务下所需的干燥时间长。确定物料的 值，不仅对于干燥速率和干燥时间的计算时十分必要的，而且由于影响二个干燥阶段的干燥速率的因素不同，因此，确定 值对于 如何强化具体的干燥过程也有重要意义。

自由水跟结合水有什么本质区别？

主要表现在：

自由水在细胞内、细胞之间、生物体内可以自由流动，是良好的溶剂，可溶解许多物质和化合物；可以参与物质代
谢，如输送新陈代谢所需营养物质和代谢的废物。
自由水的含量影响细胞代谢强度，含量越大，新陈代谢越旺盛，如人和动物体液就是自由水。
结合水在生物体内或细胞内与蛋白质、多糖等物质相结合，失去流动性。结合水是细胞结构的重要组成成分，不能溶解其它物质，不参与代谢作用。结合水赋予各种组织、器官一定形状、硬度和弹性，因此某些组织器官的含水量虽多(如人的心肌含水79％)，仍呈现坚韧的形态。
自由水和结合水在一定条件下可以相互转化，如血液凝固时，部分自由水转变成结合水。
代谢水是指生物体内的糖类、脂类和蛋白质等有机物在机体内进行新陈代谢过程中通过氧化产生的水，代谢水在人和动物体内起重要作用，如成人每天约排出300毫升的代谢水，以维持内环境的平衡。
又如鸟胚胎在封闭的卵壳内发育成雏鸟所需的水，就是靠鸟蛋中贮藏的营养物质氧化产生的代谢水。

①结合水:细胞结构的组成成分。
②自由水:良好溶剂，参与细胞内生化反应，为细胞提供液体环境，运输营养物质和代谢废物。
⑵含水量与代谢强度、生物抗性的关系
自由水/结合水比例的大小，决定着细胞或生物体的代谢强度：比值越大，自由水的含量越多，代谢越强；反之，代谢越弱。生物的抗性与之相反，即二者比值越大，抗性越强；比值越小，抗性越强。
如种子的呼吸作用强度在一定范围内与自由水的含量成正比；种子储存前应晒干以降低呼吸作用，萌发时需大量吸水，呼吸作用加强，为萌发提供充足的能量。

结合水和自由水都是食品中水分的存在方式，其中结合水与非水成分的地和能力强，其蒸汽压也比自由水低很多，除去视频中的结合水比出去自由水难得多，须臾奥的能量也很多。强行除去结合水将干煸食品的风味，结构甚至性质

自由水能够被微生物利用，结合水则不能，也是因此自由水多的食物更容易腐败。

自由水可以作为溶剂，结合水不能作为溶剂

结合水的冰点比自由水的低，相同温度下自由水容易结冰，但是结合水不容易，所以自由水多的食物其随着外界温度的改变性质改变也多。

自由水在细胞内、细胞之间、生物体内可以自由流动，是良好的溶剂，可溶解许多物质和 化合物;可以参与物质代谢，如输送新陈代谢所需营养物质和代谢的废物;

结合水在生物体内或细胞内与蛋白质、多糖等物质相结合，失去流动性。

结合水是细胞结构的重要组成成分，不能溶解其它物质，不参与代谢作用。

自由水的含量影响细胞代谢强度，含量越大，新陈代谢越旺盛，如人和动物体液就是自由水。自由水和结合水在一定条件下可以相互转化，如血液凝固时，部分自由水转变成结合水。

怎样理解安全水份和平衡水份临界水分的关系？

理解安全水分和平衡水分临界水分的关系是由于种子的吸湿性，其内部总会含有水汽而形成一定的水汽压，当其与空气的水汽压不等时，水汽便从高压处移向低压处。新收获的种子，含水量髙，内部水汽压大，水分便向空气中散发而使其水分减少，直到种子内部的水汽压降到与大气水汽压相等;相反，在雨天，大气的湿度加大，气压上升，大气中的水汽就移向种子，使其含水量增加，直至内、外水汽压相等。
这样，水汽总是不停地在种子和大气间来回移动。在温度一定的环境条件下，种子通过吸附和解吸过程，使其内部的水汽压与大气的水汽压相等而趋于平衡时，种子的含水量相对稳定而不变。
此时种子的含水量便是在该条件下的平衡水分。可见，种子的平衡水分是指在一定的温度条件下，种子的内、外水汽压达到动态平衡时的种子含水量。种子平衡水分的高低与大气的温、湿度有关。
同一作物的种子，在一定的温度下，平衡水分随湿度增加而加大。如小麦种子在20°C条件下，相对湿度为30%和80%时，其平衡水分分别为9%和15。1%。当湿度一定时，它随温度的上升而减少。

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