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为什么面粉和粉尘会爆炸?是什么科学原理?
我们在《伪装者》的电视剧中,看到一个桥段,为了毁灭明台经营的面粉厂里的所有不利证据,明诚和明楼,利用大量面粉制造粉尘环境,然后点燃造成剧烈爆炸。这就是面粉爆炸的最直接演示。
粉尘爆炸的条件之一就是可燃烧的粉尘颗粒,面粉属于淀粉由葡萄糖分子组成的,葡萄糖燃烧分解成二氧化碳和水,而咖啡粉是由糖类、脂肪、蛋白质和一些碳水化合物组成的,也属于可燃烧颗粒。这些可燃烧的粉尘颗粒在空气中达到一定浓度,遇上明火就会发生爆炸,这就是粉尘爆炸。
在特定的环境如密闭空间中,如果类似面粉、煤粉、铝粉这种可燃性物质的颗粒在空气中达到一定浓度,遇到明火或高温,就会产生粉尘爆炸。这种情况多发生在矿场、面粉厂等容易出现粉尘的工业场所。所以在这些场所内一定要注意避免出现明火。
2014年的昆山粉尘爆炸***导致146人死亡,91人受伤。这场事故的原因是车间内长时间没有清理灰尘,导致地面铝粉堆积,而当除尘系统的风扇开启后,大量铝粉被吹起遇到了打磨机的高温颗粒直接点火爆炸。细铝粉和空气混合能够形成一种混合型爆炸物,当空气中的浓度达到40毫克/立方米时,就可以被点燃。
消防专家指出,粉尘爆炸有三个条件:一是可燃粉尘以释放的浓度在空气中飘浮;二是有充足的氧化剂和空气;三是有火源或者强烈振动或者摩擦。如何做到预防和避免粉尘爆炸呢?一是加强通风;二是杜绝火种;三是定期做检查,排除隐患。
爆炸是指在极短的时间内,释放出大量能量,产生高温,并放出大量气体,在周围介质中造成高压的化学反应或状态变化。其中,化学爆炸其实就是一种十分剧烈的燃烧(燃烧的高级阶段),比如,汽油机中燃料混合物在压缩冲程末,发生爆炸性燃烧。
燃烧需要三个条件:
(1)可燃物;
(2)氧气(或空气);
(3)达到燃烧所需的最低温度(也叫着火点)。
粮食的主要成分是蛋白质、脂肪、碳水化合物和膳食纤维,都可以燃烧,一旦有氧气助燃,再达到着火点,就能燃烧。古今中外,通过烧毁敌方粮仓,取得战场胜利的例子,不胜枚举。但粮仓里的粮食堆积在一起,不能与氧气充分接触,难以形成爆炸性的效果。
将粮食粉碎成面粉,再飘散到空中,就能与空气充分接触,一旦遇到明火,就会将面粉引燃。如果一定空间中飘散的面粉达到足够的浓度,一处燃烧就能迅速引燃周围面粉,接着就是连锁式燃烧,几乎是一瞬间,就造成很大范围的面粉燃烧,势必释放出大量的内能,产生大量高温高压的燃气,体积急剧膨胀,引起空气剧烈的振动,发出巨大的响声。
为什么面粉和粉尘会爆炸?是什么科学原理?
粉尘爆炸其实是可燃固体颗粒悬浮在空气中,当达到一定的浓度时,只要被火源引燃就会发生爆炸。在我们生活中容易引起爆炸的粉尘有面粉、淀粉等,工厂中主要是有金属粉尘,如镁粉、铝粉等,非金属粉尘硫磺、煤炭等。
题目说的粉尘爆炸是什么科学原理?
粉尘爆炸属于一个连锁反应,这个可燃固体颗粒粉尘要想从点火源获得点火能量,那么粉尘粒子表面要不通过热传导或者通过热辐射的方式,从点火源获得点火能量。获得点火能量能,这些粉尘粒子的表面温度急剧上升,只要温度上升到粉尘粒子的加速分解或者蒸发温度时,那么粉尘粒子就变成粉尘蒸汽或者分解气体。从而这些粉尘蒸汽或分解气体与空气混合的混合气体引起点火。上述只是说到粉尘粒子表面获得点火能量,获得点火能量其表面到内部,相继发生熔融和气化,而且还会有微小火花崩出,为周围没有被点燃的粉尘提供了点火源,然后周围粉尘着火从而爆炸范围被扩大。
根据题目说的面粉是可燃粉尘的一种,因此只要符合粉尘爆炸条件,依然会发生爆炸的。
例如面粉在空气中达到一定浓度,而且又有一定的含氧量,有符合点燃面粉的点火源,这些面粉又是处于悬浮状态,恰好又是处于比较密闭的空间。能够满足这些基本条件,那么面粉是能够发生爆炸的。
成团的面粉难以被点燃,为何却会爆炸呢?很多人表示难以理解。这个问题的答案里面,大多数也没有答到点子上。
其实,这个问题跟表面能有关。表面能其实在生活中无处不在,比如水面放置回形针、硬币,水蜘蛛在水的表面漂浮行走等。
至于面粉爆炸的问题,我们要从制作面粉说起,粉碎机把小麦加工成很细很细的面粉,在这个过程中,粉碎机消耗了电能对小麦做功,能量转化成面粉的表面能,被粉碎的程度越大,颗粒越小,表面积越大,那么表面能也就越大。
我们把面粉扬在空气里,看似乌烟瘴气,实则高能危险,当每立方米空气中含有超过9.7g面粉时,面粉的总的化学势能增加,超过了反应活化能,一旦遇有火星,甚至适当的温度,就会瞬间燃烧并形成猛烈的爆炸。
我们理解了从加工面粉开始的能量变化,就不会对面粉爆炸这种现象产生怀疑。
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