為什麼麵粉和粉塵會爆炸?是影視劇的誇大其詞還是有科學原理

2021-01-09 怪羅科學

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我最早接觸「粉塵爆炸」這個概念是在一部港劇中,當時覺得很有意思,還以為是電視劇誇大其詞,直到後面接觸的信息多了,才知道原來生活中確實有許多這類爆炸。

我們常規認識中的爆炸,往往是把化學物質裝在某個密閉的空間裡,然後點燃它就可以了,比如鞭炮等。

但是粉塵爆炸有點特殊,因為粉塵似乎無處不在,而且它不像鞭炮那樣需要把火藥封閉得緊緊的才能引發爆炸。

在生活中,粉塵爆炸絕對不在少數,也肯定造成了大量的人員傷亡和經濟損失,只不過它經常被忽視,因為大部分人對它的了解不是特別多。

雖然很多人都知道某些粉塵具有爆炸風險(例如煤塵、穀物塵和化肥塵等),但絕對很少有人知道引發爆炸的粉塵遠不止這些,而且在工業工廠中實際造成火災或爆炸的也往往不是這些常規粉塵。

粉塵是一種固體顆粒,而且通常是無害的物質,為什麼會引起爆炸呢?

粉塵如何存在爆炸風險?

我們都知道火災需要三個元素:燃燒的燃料,維持燃燒的氧氣,以及火源(比如火花、火焰或熱量等)。

這麼看來,其實火災就是一個簡單的化學過程,一種再常見不過的氧化反應,知道這點之後我們就很容易理解粉塵為什麼也會引發爆炸了。

在自然界,大多數物質都會被氧化。比如我們最熟悉的鐵,它會生鏽,這其實就是鐵與氧氣發生化學反應,形成氧化鐵。

當我們把一根鐵棍暴露在空氣中,它的表面就會慢慢生鏽。這個過程通常需要幾天、幾周甚至更長的時間。

然而,如果我們把鐵棍磨成非常細的顆粒,它將會有更多的表面暴露在空氣中,換句話說,它將以更快的速度與可用的氧氣反應。並且顆粒越細,反應進行得越快。

許多物質的氧化反應都會釋放熱量(包括鐵),所以如果反應速度足夠快,它就會以更快的速度產生熱量,這種快速的熱產生會自發形成一個火源,持續點燃周圍並持續釋放更多熱量。

而這些熱量會導致周圍的氣體膨脹,如果膨脹以低於音速的速度移動,通常被認為是爆燃。

當爆燃發生在封閉空間時,持續累積熱量,就會導致內部的氣體膨脹受到封閉壁面的限制,壓力就會增加。

這就產生了爆炸,膨脹的壓力波會對外殼造成破壞,就像鞭炮爆炸一樣。

如果火源和壓力波的移動速度比聲速快,這時候即使不是在密閉空間內,同樣也會引發爆炸,一般來說,這種爆炸通常與烈性炸藥有關,一旦發生,任何類型的洩壓都不能控制這種爆炸。

同樣的,這種機制適用於任何放熱反應,因此,大多數有機化學品、塑料、食品、金屬、碳化合物、藥品和化學中間體,只要以非常細的粉末形式存在都有粉塵爆炸的風險。

另外,粉末顆粒越細,風險越大。相比之下,吸熱反應的材料就安全得多。

最後:生活中的粉塵爆炸!

我們生活中最常見的,可能引發粉塵爆炸的物質應該是麵粉,它不僅可以變成各式各樣的美食,也可以是粉塵炸藥。

根據美國國家消防協會(NFPA)的數據,大部分粉塵的厚度超過1/32英寸(差不多一個普通回形針的厚度),就足以在分散和暴露在火源下產生粉塵爆燃。

一包麵粉,如果是在廚房裡不小心曬出來,在廚房這樣有限的空間裡,確實有可能引發粉塵爆炸。所以一定要引起重視,關閉火源和通風很重要。

另外就是工廠了,生產車間的許多的物質都是有可能引起粉塵爆炸的,最重要的就是保持清潔,儘量不要讓粉塵積累起來。

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