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为什么面粉和粉尘会爆炸?是影视剧的夸大其词,还是有科学原理

我最早接触“粉尘爆炸”这个概念是在一部港剧中,当时觉得很有意思,还以为是电视剧夸大其词,直到后面接触的信息多了,才知道原来生活中确实有许多这类爆炸。

我们常规认识中的爆炸,往往是把化学物质装在某个密闭的空间里,然后点燃它就可以了,比如鞭炮等。

但是粉尘爆炸有点特殊,因为粉尘似乎无处不在,而且它不像鞭炮那样需要把火药封闭得紧紧的才能引发爆炸。

在生活中,粉尘爆炸绝对不在少数,也肯定造成了大量的人员伤亡和经济损失,只不过它经常被忽视,因为大部分人对它的了解不是特别多。

虽然很多人都知道某些粉尘具有爆炸风险(例如煤尘、谷物尘和化肥尘等),但绝对很少有人知道引发爆炸的粉尘远不止这些,而且在工业工厂中实际造成火灾或爆炸的也往往不是这些常规粉尘。

粉尘是一种固体颗粒,而且通常是无害的物质,为什么会引起爆炸呢?

粉尘如何存在爆炸风险?

我们都知道火灾需要三个元素:燃烧的燃料,维持燃烧的氧气,以及火源(比如火花、火焰或热量等)。

这么看来,其实火灾就是一个简单的化学过程,一种再常见不过的氧化反应,知道这点之后我们就很容易理解粉尘为什么也会引发爆炸了。

在自然界,大多数物质都会被氧化。比如我们最熟悉的铁,它会生锈,这其实就是铁与氧气发生化学反应,形成氧化铁。

当我们把一根铁棍暴露在空气中,它的表面就会慢慢生锈。这个过程通常需要几天、几周甚至更长的时间。

然而,如果我们把铁棍磨成非常细的颗粒,它将会有更多的表面暴露在空气中,换句话说,它将以更快的速度与可用的氧气反应。并且颗粒越细,反应进行得越快。

许多物质的氧化反应都会释放热量(包括铁),所以如果反应速度足够快,它就会以更快的速度产生热量,这种快速的热产生会自发形成一个火源,持续点燃周围并持续释放更多热量。

而这些热量会导致周围的气体膨胀,如果膨胀以低于音速的速度移动,通常被认为是爆燃。

当爆燃发生在封闭空间时,持续累积热量,就会导致内部的气体膨胀受到封闭壁面的限制,压力就会增加。

这就产生了爆炸,膨胀的压力波会对外壳造成破坏,就像鞭炮爆炸一样。

如果火源和压力波的移动速度比声速快,这时候即使不是在密闭空间内,同样也会引发爆炸,一般来说,这种爆炸通常与烈性炸药有关,一旦发生,任何类型的泄压都不能控制这种爆炸。

同样的,这种机制适用于任何放热反应,因此,大多数有机化学品、塑料、食品、金属、碳化合物、药品和化学中间体,只要以非常细的粉末形式存在都有粉尘爆炸的风险。

另外,粉末颗粒越细,风险越大。相比之下,吸热反应的材料就安全得多。

最后:生活中的粉尘爆炸!

我们生活中最常见的,可能引发粉尘爆炸的物质应该是面粉,它不仅可以变成各式各样的美食,也可以是粉尘炸药。

根据美国国家消防协会(NFPA)的数据,大部分粉尘的厚度超过1/32英寸(差不多一个普通回形针的厚度),就足以在分散和暴露在火源下产生粉尘爆燃。

一包面粉,如果是在厨房里不小心晒出来,在厨房这样有限的空间里,确实有可能引发粉尘爆炸。所以一定要引起重视,关闭火源和通风很重要。

另外就是工厂了,生产车间的许多的物质都是有可能引起粉尘爆炸的,最重要的就是保持清洁,尽量不要让粉尘积累起来。

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