以八仙塵爆為例 -...

修平科技大學

工業工程與管理系專題研究論文

指導老師：陳建榮老師

粉塵爆炸之熱危害分析與防治-

以八仙塵爆為例

學生：吳忠凡學號：BE102024

中華民國一 ○ 六年三月

I

中文摘要

彩色玉米澱粉往往在團體活動中被噴灑於空中，在探照彩色燈照耀下，使用

來炒熱活動的氣氛，增加神秘夢幻的感覺。

2015年6月27日一個彩色舞會活動在台灣新北市八仙樂園舉行，當時湧進超

過4000人參與此會，當彩色玉米澱粉被噴灑於空中時與高溫熱體接觸，立刻引發

塵爆，造成15人死亡，484人輕重傷，頓時樂園變成煉獄。

以微差掃描熱卡計測定純玉米澱粉與染色玉米澱粉之放熱量，在四種不同升

溫速率中數值平均分別為339.98Jg－1與517.66 Jg－1。純玉米澱粉混以各式滅火藥劑

如BC滅火藥劑(碳酸氫鈉，90%以上)，KBC滅火藥劑(碳酸氫鉀，85%以上)，XBC

滅火藥劑(碳酸氫鉀+尿素，80%以上)，由放熱量數據顯示各式滅火藥劑對純玉米

澱粉放熱量具顯著之降低效果。因此，在純玉米澱粉加入滅火藥劑可提升粉塵之

安全性，降低使用玉米澱粉時產生粉塵爆炸之風險性，本研究使用熱分析軟體

(Thermal Safety Series, TSS )，依上述實驗步驟複驗各項熱分析數據以求得模擬活

化能及放熱量等等參數。

最後，以20L爆炸鋼球實驗，求得純玉米澱粉與染色玉澱粉之爆炸過壓為

8.6bar與8.4bar，爆炸壓力上升速率為563 bar/s與321 bar/s。

關鍵字: 彩色玉米澱粉(Color corn starch)，微差掃描熱卡計(Differential scanning

calorimetry ) ，熱危害(Thermal hazard)，熱分析軟體(Thermal safety software )

II

Abstract

Color corn starch (CCS) can be used on group activity while spray people

with color corn starch under lamplight to increase happiness of entertainments. On

June 27, 2015, a color Play Asia party executed at new Taipei city Taiwan, around

over 4,000 people joined in the party, but color corn starch exploded which had

caused 15 deaths and 484 heavy injured. Wherein the content of corn starch was the

starch 88%－92%, Water-soluble substance 2.5%－4.5%, fatness 0.5%－10% and the

other else 0.1%－0.5% . Apparently, the flammability of energy contents in terms of

corn starch is very high, accessed heat lamp or any prominent heat source such as a

cigarette that had produced a extremely dust explosion, the exothermal explosion of

corn starch was detected by differential scanning calorimetry (DSC) and the thermal

safety software (TSS) series software were employed to measure thermokinetic data

of the thermal decomposition of corn starch, including color corn starch added three

kinds of extinguishing agents BC (NaHCO3) over 90%), KBC ((KHCO3) over 85%)

and XBC (KHCO3+H2NCONH2) over 80% . The heat values of color corn starch

include 1820 Jg － 1 ,and the heat values of color corn starchs combine with

extinguishing agents which the heat values demoted the heat values obviously.

Keywords: Color corn starch (CCS)．Differential scanning calorimetry (DSC)．

Thermal hazard (TH)．Thermal safety software (TSS)

III

致謝

經過長時間的專題研究報告，本組在得到各方提供實驗、數據、與知識的分

享，讓我可以順利完成本次研究。

感謝指導教授陳建榮副教授對我的指導與督促，激勵我在專題研究中要有

自己的想法，並且有獨立發揮的空間，在整個專題報告中，給我最大的支持與鼓

勵，讓我在這段研究期間獲益良多。

感謝雲林科技大學環境與安全衛生工程系徐啟銘講座教授，與環安研究所

製程安全與防災實驗室的學長姊的協助，在本研究實驗部分，因本校沒有相關實

驗設備，所以經由指導教授協助溝通協調，借助徐啟銘講座教授研究室珍貴的

實驗設備，借助研究室學長姐的專業操作，方得到之寶貴之數據，使我可以更完

整的完成本次研究。

最後，再次致上十二萬分敬意與感謝，感謝於專題研究過程中，協助過本組

的大家，經過諸位的知識分享與提醒，使得本專題得以更加完美。

IV

目錄

中文摘要…….…………………………………………………………………

致謝………….…………………………………………………………………

目錄……….……………………………………………………………………

圖目錄….………………………………………………………………………

表目錄….………………………………………………………………………

I

II

III

IV

V

第一章、緒論…………………………………………………………………

1.1 前言……………………………………………………………

1.2 研究動機………………………………………………………

1.3 研究目的………………………………………………………

1.4 研究範圍與限制.………………………………………………

1.5 研究對象.………………………………………………………

1

1

2

2

3

3

第二章、文獻探討……………………………………………………………

2.1 粉塵爆炸………………………………………………………

2.2 粉塵爆炸之生成與特性………………………………………

2.3 燃燒三要素……………………………………………………

2.4 爆炸界限………………………………………………………

2.5 粉塵爆炸最小起火溫度………………………………………

2.6 二次爆炸………………………………………………………

2.7 粉塵爆炸案例之探討…………………………………………

4

4

4

4

5

5

5

6

第三章、研究方法……………………………………………………………

3.1 研究之藥品……………………………………………………

3.2 研究設備之介紹……….………………………………………

3-3 實驗參數名詞與單位…………………………………………..

7

7

7

12

第四章、結果與討論…………………………………………………………. 13

V

4.1 純玉米澱粉與染色玉米澱粉實驗結果………………………

4.2 添加滅火藥劑之實驗結果……………………………………

4.3 玉米澱粉在 20L 爆炸鋼球之實驗結果………………………..

4.3 效益評估………………………………………………………

13

17

24

25

第五章、結論與建議…………………………………………………………

5.1 結論……………………………………………………………

5.2 未來研究之建議………………………………………………

28

28

28

參考文獻…………………………………………………………… 30

VI

圖目錄

圖 2-1.燃燒三角圖…………………………………………………………… 5

圖 3-1.微差掃描量熱儀外觀………………………………………………… 9

圖 3-2.微差掃描量熱儀內部構造…………………………………………… 9

圖 3-3.DSC 掃描熱譜圖……………………………………………………… 9

圖 3-4.熱分析資料處理軟體操作介面……………………………………… 11

圖 3-5.典型動力學估算軟體之操作介面……..……………………………… 11

圖 4-1.純玉米澱粉在 DSC 中以 4 種不同速率下的實驗數據圖…………… 13

圖 4-2 染色玉米澱粉在 DSC 中以 4 種不同速率下的實驗數據圖………… 15

圖 4-3.純玉米澱粉加入 BC 滅火藥劑後在 DSC 中以 4 種不同速率下的實

驗數據圖…….………………………………………………………………… 18

圖 4-4.純玉米澱粉加入KBC滅火藥劑後在DSC中以 4種不同速率下的實

驗數據圖……………………………………………………………………… 20

圖 4-5.純玉米澱粉加入XBC滅火藥劑後在DSC中以 4種不同速率下的實

驗數據圖…….………………………………………………………………… 23

VII

表目錄

表 3-1. 研究之藥品…………………………………………………………… 7

表 4-1.純玉米澱粉之數據…………………………..………………………… 14

表 4-2.TSS 模擬之數據 Corn-3.8mg-30-350-1℃....………………………… 14

表 4-3.TSS 模擬之數據 Corn-3.7mg-30-350-2℃…………………………… 14

表 4-4.TSS 模擬之數據 Corn-3.0mg-30-350-10℃..………………………… 15

表 4-5.彩色玉米澱粉之數據..………………………………………………… 16

表 4-6.TSS 模擬之數據 Color corn starch-3.4mg-30-350-1℃……………… 16



表 4-9.TSS 模擬之數據 Color corn starch-3.7g-30-350-10℃……………… 17

表 4-10.純玉米澱粉加入BC滅火藥劑後之數據……..……………………… 18

表 4-11.TSS 模擬之數據 BCcorn-3.7mg-30-350-1℃..……………………… 19

表 4-12.TSS 模擬之數據 BCcorn-3.5mg-30-350-2℃.……………………… 19

表 4-13.TSS 模擬之數據 BCcorn-3.7mg-30-350-4℃.……………………… 19

表 4-14.TSS 模擬之數據 BCcorn-3.6mg-30-350-10℃...…………………… 20

表 4-15.純玉米澱粉加入 KBC 滅火藥劑後之數據………………………… 21

表 4-16.TSS 模擬之數據 KBCcorn-3.2mg-30-350-1℃..…………………… 21



表 4-19.TSS 模擬之數據 KBCcorn-3.0mg-30-350-10℃…………………… 22

表 4-20.純玉米澱粉加入 XBC 滅火藥劑後之數據………………………… 23

表 4-21.TSS 模擬之數據 XBCcorn-3.0mg-30-350-2℃..…………………… 24

表 4-22.TSS 模擬之數據 XBCcorn-3.1mg-30-350-4℃..…………………… 24

表 4-23.TSS 模擬之數據 XBCcorn-3.4mg-30-350-10℃…………………… 24

VIII

表4-24.純玉米澱粉在20L爆炸鋼球之實驗數據……….…………………… 25

表4-25.染色玉米澱粉在20L爆炸鋼球之實驗數據……..…………………... 25

表 4-26.純玉米澱粉與染色玉米澱粉放熱量與活化能之比較…...………... 25

表 4-27.純玉米澱粉加 BC 滅火藥劑在 1 min℃ -1 時之放熱量…………….. 26

表 4-28.純玉米澱粉加BC滅火藥劑在 2 min℃ -1時之放熱量……………… 26

表 4-29.純玉米澱粉加BC滅火藥劑在 4 min℃ -1時之放熱量…………….... 26

表 4-30.純玉米澱粉加BC滅火藥劑在 10 min℃ -1時之放熱量...………….. 27

1

第一章、緒論

1.1 前言

粉塵爆炸事件在古今中外的案例層出不窮，往往造成重大的人員安全危害與

財產的損失。2008 年二月七日美國喬治亞州 Imperial Sugar 糖廠發生爆炸，造成

14 人死亡 38 人受傷，調查結果是因為靜電所引起的糖粉爆炸。

2014 年八月二日上午七點三十七分位於中國江蘇省崑山市的中榮金屬製品

有限公司發生爆炸，爆炸原因是廠房未按照規定按時清理粉塵，使得車間裡的粉

塵含量超標，最後在潮濕高溫的情況下導致爆炸發生，這次的事件總共造成了

146 死亡 114 受傷。

2015 年六月二十七日晚間位於新北市八里區八仙塵爆災害案造成 15 人死

亡，近 500 人輕重傷，爆炸意外起因於玩色創意國際有限公司與瑞博國際整合行

銷有限公司所舉辦的 COLOR PLAY ASIA 彩色派對，派八仙樂園對在園區裡抽

乾泳池水之泳池裡舉行，工作人員使用玉米澱粉，並用高壓將粉末射出，活動現

場在一個半室內的空間，故當一個空間裡粉塵濃度達到一個極限，在現場只要高

溫或一點火源就會引起燃燒爆炸。導致造成如此嚴重的後果，如此災例令人痛徹

心扉。諸多職災危害影響員工就業安全，損壞公司信譽，危害經濟繁榮至深。

在近幾年內，無論是在金屬工廠、食品工廠或者是大型活動中皆發生過粉塵

爆炸的案件，造成重大的死傷及社會付出的成本極大，有鑒於此，為了降低人身

及財產的損失，我們以最近的八仙塵爆之危害之玉米澱粉，來研究以及探討其危

害。

本研究以玉米澱粉熱分解為基礎，探討玉米澱粉之化學物質及玉米澱粉混以

抑制物質，如:滅火藥劑並探討其對燃燒起始溫度有升高之現象，以防止未來使

用該物又發生憾事。

2

1.2 研究動機

由於近年來許多大型活動中常見使用彩色玉米澱粉粉末增加活動燈光色彩

之創意，卻引爆了公共安全與衛生的問題，這些問題也將影響人身及財產安

全；且許多的工廠也曾經因粉塵發生大大小小的爆炸意外案例，所以在粉塵

爆炸的分析與防治需加強重視，落實作業場所與娛樂活動中的安全衛生措施，

降低爆炸對人們的威脅，並減少產值損失，達到零事故之安全目標。

本研究探討發生在新北市的八仙塵爆所使用之玉米澱粉之熱值，研究玉

米澱粉之爆炸危害與降低其危害性之安全問題。利用微差掃描熱卡計探究其

熱值並使用熱分析模擬軟體針對玉米澱粉做下列幾項探討：

1. 探討玉米澱粉之燃燒起始溫度

2. 探討玉米澱粉之爆炸壓力

3. 探討玉米澱粉添加滅火藥劑之影響

1.3 研究目的

本研究由雲林科技大學環境安全與衛生工程系之製程安全與防災實驗室

(PS&DPL)提供協助研究實驗設備及場所，研究改善玉米澱粉在使用與製作之各

種燃燒爆炸之問題。

1. 預防玉米澱粉達到燃燒起始溫度:熟知玉米澱粉之燃燒起始溫度，在活

動時降低因高溫而引發燃爆的可能，減低爆炸的發生

2. 預防玉米澱粉達到爆炸壓力:了解玉米澱粉之爆炸界限有助於未來在職

場安全上或是活動中更為注意以防止爆炸

3. 預防玉米澱粉發生粉塵爆炸後如何應變:使未來在發生事故時能有效的

處理及應變，以減少災害的損失

4. 預防玉米澱粉添加滅火藥劑之效果:添加滅火藥劑在玉米澱粉中，降低

利用玉米澱粉來作活動時可能發生之爆炸

3

1.4 研究範圍與對象

研究場地: 本研究與雲林科技大學製程安全與防災實驗室，實驗取得 DSC

及 20L 爆炸鋼球實驗數據，於修平科技大學利用熱分析軟體實驗與分析。

本研究方法，首先進行文獻探討及資料收集與分析，再到實驗室進行實驗及

運用熱分析程式模擬其實驗數值，最後再把數據資料做整理及分析。

1.5 研究限制

研究項目限制：

我們無法得知八仙塵爆所使用之染色玉米澱粉之品牌是否與實驗樣本品牌

相同

4

第二章、文獻探討

本章節，首先將研究來之粉塵爆炸之特性與其反應，探討八仙塵爆之發生原

因與塵爆後之後果，並且蒐集國內外相關粉塵爆炸事故案例，將以上資料進行討

論與分析，進而由八仙塵爆為基礎，來進行相關的實驗設計、將實驗結果後之參

數進行比對分析其關聯性，讓本研究能更趨近於事實。

2.1何謂粉塵爆炸

粉塵爆炸為化學性爆炸的一種，其特徵為爆炸現場有燃燒之痕跡，且傷者有

大面積燃燒痕跡，這是因為燃燒之化學性物質爆炸燃燒波在四周蔓延，使受難者

皮膚表面有大面積的燒燙傷。

2.2粉塵爆炸之生成與特性

以放熱反應為基礎來探討爆炸行為時，粉塵爆炸和氣爆大致相同，但若以氣

體濃度和粉塵濃度來比較時，在本質上就不一樣，粉塵爆炸具有以下特性，產生

的能量大，破壞性大，粉塵的燃燒速度雖比氣體爆炸要小，但因其分子量一般比

氣體大得多，單位體積中可燃物含量較多，燃燒時間就長，產生的能量大，威力

也更大。粉塵爆炸中溫度可高達2000～3000℃，壓力可達700KPa

2.3燃燒三要素

燃料:在正常的狀況下，燃料的型態有三種，固體，例如:木材與煤礦，液體，

例如:汽油，氣體，例如:氫氣、沼氣與天然氣。

熱:熱是能量的一種，經由物理變化以及化學變化而提高溫度，高度的熱量

可導致物質的燃燒，在燃燒過程中的熱量會讓物質持續燃燒到物質燃燒殆盡為

止。

氧氣:在大氣中，空氣是由許多的氣體組合而成，現今大氣主要以氮氣

(78.08%)氧氣(20.94%)及氬氣(0.93%)及其他惰性氣體所組成，一般的情形中，如

果在沒有氧氣的的環境下大多數的物質是無法燃燒。

5

因為火需要上述三個要件同時存在，缺一不可，所以稱之為燃燒三要素。

圖2-1燃燒三要素

2.4 爆炸界限

可燃性混和物在能夠發生爆炸的最高濃度與最低濃度，成為爆炸上限與爆炸

下限，在高於爆炸上限與低於爆炸下限時，不會發生爆炸也不會起火，而在這之

間的區域稱為爆界限，這是因為可燃物過多導致空氣不足以至於火焰不能蔓延，

及稱爆炸上限，而可燃物濃度不足使得過量的空氣產生冷卻的作用，阻止了火焰

的蔓延，及稱爆炸下限。

2.5 粉塵爆炸最小起火溫度

粉塵爆炸的火源，經證實的原因有明火、菸蒂、焊接、電弧、靜電、摩擦之

火花、高溫表面與自燃，大多數的粉塵爆炸的起火溫度範圍大概介於 320℃到

590℃之間，而粉塵爆炸比其他易燃氣體爆炸有較高的最小起火能量，一般介於

10MJ 到 40MJ。

2.6二次爆炸

在粉塵爆炸中，經常會發生二次爆炸，因為器具、爆炸場所或導管中，會有

許多因長時間累積下來的粉塵，因第一次爆炸時所產生的爆震，使得這些粉塵被

6

震落，在粉塵震落後，造成粉塵在空氣中擴散，成為了二次爆炸的燃燒物，二次

爆炸往往都會比第一次爆炸時所發生的災害更加嚴重。

2.7粉塵爆炸案例之探討

1. 2015年6月27日晚上8點30分，在新北市八仙樂園舉辦COLOR PLAY ASIA彩

色派對，在一個半封閉的泳池裡，擠滿了數百人，在派對中使用高壓裝置將粉末

噴出，派對一般通常都會架設高熱的投射燈炒熱現場氣氛，在粉塵密度如此高的

地方又架設了高熱的投射燈，有可能是造成台灣921大地震以來最嚴重的意外。

2. 2008年2月7日，在美國喬治亞州的一家製糖工廠發生了大範圍的爆炸，因為

製作糖粉時，糖粉多少都會掉落於工作區，而且不常清理環境，長期下來整個空

間累積了大量的糖粉，使整個密閉的工作間粉塵的密度達到爆炸的下限，在輸送

帶突然故障使卸料槽堵塞，糖粉外漏碰到高溫的軸承而導致整個廠間發生爆炸，

以上兩個災例都應屬於工安與衛生的疏失而導致重大的災害

7

第三章研究方法

3.1研究之藥品

純玉米澱粉成分:澱粉 2.5~4.5% 蛋白質 0.035~0.045% 脂肪 0.05~0.1g/l

彩色玉米澱粉成分:食用色素與玉米澱粉

BC 滅火藥劑:碳酸氫鈉(NaHCO3)90%以上，白色，效用用於撲滅 B,C 類火災

KBC 滅火藥劑:碳酸氫鉀(KHCO3)85%以上，白色，效用用於撲滅 B,C 類火災且

用於撲滅 B 類火災效果加強。

XBC 滅火藥劑:碳酸氫鉀+尿素(KHCO3+H2NCONH2)，灰色，效用用於撲滅 B,C

類火災，且用於撲滅 B 類火災效果加強，更勝 KBC。

表3-1研究之藥品

樣品成分型態

純玉米澱粉澱粉粉狀

染色玉米澱粉澱粉、染色劑粉狀

BC滅火藥劑 NaHCO3 90%以上粉狀

KBC滅火藥劑 KHCO3 85 % 粉狀

XBC滅火藥劑 KHCO3+H2NCONH2 粉狀

3.2 研究設備之介紹

1.微差掃描量熱儀(Differential Scanning Calorimetry；DSC):

此儀器是以量測代測物微量的熱量變化與溫度間之關係，主要以探測熱量變

化為主。(如圖 3-1)

微差掃描量熱儀的原理是將代測物與再參考物放入同一個熱爐中加熱，在兩

組實驗物品中有一組熱流感溫體，是用來偵測兩組實驗品之間的溫差(ΔT)，當代

測物升溫至轉折點，例如:晶態轉變、熔點、沸點或是產生熱分解時，加熱器提

供之能量(mW)為待測物吸收，使待測物發生吸熱反應或是放熱反應，讓待測物

8

與參考物的溫度不再維持平衡，而產生熱通量(熱流 Heat-Flux)，此差異對溫度

的關係圖，即為該代測物之熱譜圖。(如圖 3-2、圖 3-3)

代測物與參考物溫度差可由下列公式表示:

(1) 待測物所獲得之能量供給，以下列公式表示:

Qs=Qcs+Qrs=Kcs(Tc-Ts)+Krs(Tr-Ts)

Qcs:單位時間內加熱爐供給待測物的能量(mW)

Qrs: 單位時間內參考物供給待測物的能量(mW)

Kcs:代測物與熱爐之間的熱傳導係數

Krs: 代測物與參考物之間的熱傳導係數

Tc:加熱爐溫度( ) ℃

Ts:待測物溫度( )℃

Tr:參考物溫度( )℃

(2) 代測物所產生之熱量變化可由下列公式表示:

Qs=Cs

(3) 相同，參考物可以以下列公式表示:

Qr=Cr =Kcr(Tc-Tt)+Krs(Ts-Tr)

Cs:待測物之熱容量(J K-1)

Cr:參考物之熱容量(J K-1)

q:熱量變化(mW)

Kcr:參考物與熱爐之間的傳熱係數(因參考物非常穩定，所以 q =0)

9

圖 3-1 微差掃描量熱儀(Differential Scanning Calorimetry；DSC)外觀

圖 3-2 微差掃描量熱儀(Differential Scanning Calorimetry；DSC)內部構造

圖 3-3 DSC 掃描熱譜圖

10

2.熱安全模擬軟體 (Thermal Safety Series, TSS)

在此研究中運用了 TSS 中的 TDPro 與 Fork，TSS 是由俄羅斯科學中心應用

化學研究部門開發，它可針對製程上各種物質的熱反應進行一系列的資料管理與

動力學模擬分析，進而提供職場上或相關研究人員需要的資訊與分析結果。

熱分析資料處理軟體 (Thermoanalytical Data Processing Software, TDPro)

TDPro 軟體不但可以藉由多次的熱分析實驗獲得製程上所需之資料，如實驗

數據及物質相關資料等，更可利用這些資料來測量物質中可變或不可變的樣本變

化參數，這些資料可由 TFC(Text File Converter)程序系統轉化成 TDPro 軟體可讀

取之 ASCⅡ碼型式(如圖 3-4)，再由 Fork 軟體做一系列之動力學分析，這套軟體

可提供實驗數據資料處理能力如下:

1. 利用實驗數據繪製熱譜圖曲線

2. 修正實驗數據所做之曲線，是更接近文獻或真實狀況之曲線圖

3. 整合 DSC 資料

4. 計算熱傳導係數(k)

5. 建立熱生成整體模式

6. 建立樣品溫度變化

7. 計算單純及特定製程上之熱影響

典型動力學估算軟體(Formal Kinetics Evaluation Software,Fork)

Fork 是以化學動力學估算為基礎，加上非固定形式之製程反應模擬及利用

數學模式求動力參數的方法，作為製程安全設計中之主要參考依據的軟體，Fork

不僅可以做動力學計算，另外也可做反應器典型模式之模擬。

在製程設計中，不乏許多相當複雜之問題，如製程中之化學反應，判斷是否

為有效的實驗資料，不同類型的反應器之模擬，以及必要的限制條件等問題，斗

可以利用下述兩種方法解決大部分的問題，包括系統中之不同程式中的數值分析

與非線性最佳化數學模式分析。(如圖 3-5)

11

圖 3-4 熱分析資料處理軟體 (Thermoanalytical Data Processing Software, TDPro)

之操作介面

圖 3-5 典型動力學估算軟體(Formal Kinetics Evaluation Software,Fork)之操作介面

12

3.3 實驗參數名詞與單位

(1)微差掃描量熱儀

熱流:Heat flow (Wg-1)

溫度:Temperature ( )℃

升溫速率:Heating rate ( min℃ -1)

標準化:normalized ( Hd/Jg-1)

起始溫度:Onest ( )℃

最高溫度:Peak ( )℃

(2)TSS 模擬之數據名詞解釋

前頻因子:ln(k0)

活化能:E (kJmol-1)

反應級數(N 階反應):N

反應級數(壓力):M

(物質)熱產生量或放熱量:Q (kJkg-1)

質量損失:DM

氣體產生量:G

(3)爆炸鋼球

粉塵濃度:Comp. (g/m3)

爆炸過壓:爆炸後最大壓力 Pm(bar)

爆炸壓力上升速率:dP/dt (bar/s)

為點火能量:energy (kJ)

13

第四章、結果與討論

本研究分別針對純玉米澱粉、染色玉米澱粉、純玉米澱粉添加BC滅火藥劑、

純玉米澱粉添加 KBC 滅火藥劑以及純玉米澱粉添加 XBC 滅火藥劑，利用微差掃

描量熱儀來進行熱量變化與溫度間之關係，以 1、2、4 及 10 min℃ -1 為升溫速率，

探討溫度對玉米澱粉在物質上轉變的過程，並且藉由實驗數據在 TSS 軟體進行

一連串燃燒爆炸模擬，並探討模擬澱粉各項數據所表示的危害特性，最後再進行

添加滅火藥劑的純玉米澱粉與玉米澱粉之數據別，並闡述相關安全防護措施。

4.1 純玉米澱粉與染色玉米澱粉實驗結果

由於純玉米澱粉與染色玉米澱粉在 DSC 的實驗中，可針對代測物的吸熱反

應與放熱反應進行分析，計算出積分值，可經由圖 4-1 至圖 4-2 分別為純玉米澱

粉與染色玉米澱粉之實驗數據圖，可看出其放熱反應之過程。

純玉米澱粉在經由 1、2、4、10 min℃ -1 四種不同昇溫速率，都有激烈的放熱

反應，當純玉米澱粉在 228℃到 310℃時，為放熱反應的區間，在 4 組中峰值溫

度在 231.55℃至 280.96℃，放熱量為 231.90Jg-1 至 415.15Jg-1。

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Hea

t flo

w/W

g-1

Temperature/ oC

Corn-3.8m g-30-350-1 Corn-3.7m g-30-350-2 Corn-3.3m g-30-350-4 Corn-3.0m g-30-350-10

圖 4-1.純玉米澱粉在 DSC 中以 4 種不同速率下的實驗數據圖

14

表 4-1.純玉米澱粉之 DSC 數據

AVG Error

Heating rate 1 2 4 10 - - Integral 1228.31 1363.52 1328.49 1194.85 1278.79 84.73

Normalized 323.24 389.58 415.15 231.9 339.98 75.18

Onest 228.64 237.42 242.52 263.45 243.01 20.44

Peak 231.55 247.87 260.44 280.96 255.21 25.76

Endest 247.52 267.45 273.18 296.27 271.11 25.17

Left limit 210.06 221.86 234.57 254.88 230.34 24.54

Right limit 247.52 267.45 283.16 310.21 277.09 33.13

針對實驗中因安全性限制導致無法實驗，而利用 TSS 程式模擬純玉米澱粉

來透過軟體進行燃燒爆炸實驗與分析各項數據，經由表 4-2 至 4-4，以及表 4-6

至 4-9，為模擬之數據。

表 4-2. TSS 模擬之數據 Corn-3.8mg-30-350-1℃

Parameter Units Value Min Max Step ln(k0) ln(1/s) 35.21 7.80 44.20 3.64 E kJ/mol 176.36 36.00 204.00 16.80 n - 0.44 0.30 1.70 0.14 m - 0.00E+00 1.50E-02 8.50E-02 0.00E+00 Q kJ/kg 322.49 30.00 1700.00 14.00 DM % 0.00E+00 -3.00E+01 3.00E+01 6.00E+00 G mol/kg 0.00E+00 -1.00E-02 1.00E-02 2.00E-03


Parameter Units Value Min Max Step ln(k0) ln(1/s) 41.41 7.80 44.20 3.64 E kJ/mol 204.00 36.00 204.00 16.80 N - 0.78 0.30 1.70 0.14 M - 0.00E+00 1.50E-02 8.50E-02 0.00E+00 Q kJ/kg 442.92 30.00 1700.00 14.00 DM % 0.00E+00 -3.00E+01 3.00E+01 6.00E+00 G mol/kg 0.00E+00 -1.00E-02 1.00E-02 2.00E-03

15



染色玉米澱粉在經由 1、2、4、10 min℃ -1 四種不同升溫速率，有放熱反應，

當染色玉米澱粉在 192.05℃到 236.43℃時，為放熱反應的區間，在 4 組中峰值溫

度在 194.40℃至 236.43℃，放熱量為 466.59Jg-1 至 548.85Jg-1 由此可知，染色玉

米澱粉較純玉米澱粉的放熱反應之起始溫度低，其放熱量較玉米澱粉高，所以危

險性較高

0 50 100 150 200 250 300 350 400

-0.50.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0

Temperature/ oC

Hea

t flo

w/W

g-1

Holly-rundust-3.4mg-30-350-1 Holly-rundust-3.2mg-30-350-2 Holly-rundust-3.7mg-30-350-4 Holly-rundust-3.7mg-30-350-10

圖 4-2.染色玉米澱粉在 DSC 中以 4 種不同速率下的實驗數據圖

16

表 4-5.染色玉米澱粉之 DSC 數據

P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 AVG P1 AVG P2 Error P1- Error P2-

Heating rate 1 1 2 2 4 4 10 10 - - - -

Integral 10.41 1866.08 17.87 1702.43 18.05 1935.74 5.38 1726.39 12.93 1807.66 5.12 128.08

normalized 3.06 548.85 5.58 532.01 4.88 523.17 1.45 466.59 3.74 517.66 1.84 31.20

Onest 178.71 192.05 188.50 202.91 195.01 212.14 213.64 231.00 193.97 209.53 19.68 21.48

Peak 182.20 194.4 191.06 205.82 200.24 215.99 217.41 236.43 197.73 213.16 19.68 23.27

Endest 186.06 198.00 201.75 209.41 203.85 221.05 221.1 246.96 203.19 218.86 17.91 28.10

Left limit 178.71 186.75 186.42 197.81 193.45 206.51 212.77 224.78 192.84 203.96 19.93 20.82

Right limit 187.09 212.53 197.48 226.27 204.5 247.37 224.78 274.26 203.46 240.11 21.32 34.15

表 4-6. TSS 模擬之數據 Color corn starch-3.4mg-30-350-1℃




17



表 4-9. TSS 模擬之數據 Color corn starch-3.7g-30-350-10℃


4.2 添加滅火藥劑之實驗結果

由於純玉米澱粉添加不同之滅火藥劑在 DSC 的實驗中，可針對待測物的吸

熱反應與放熱反應進行分析，計算出積分值，進而比較數據與純玉米澱粉之差

異性，可經由圖 4-3 至圖 4-5 分別為純玉米澱粉添加各種滅火藥劑之實驗數據

圖，可看出其放熱反應之過程。

(1)玉米澱粉+BC 滅火藥劑

純玉米澱粉加入 BC 滅火藥劑後經由 1、2、4、10 min℃ -1 四種不同升溫速率，

在 DSC 實驗中，當待測物在 1 及 2℃時無法測定，在 4 及 10℃時放熱反應區間

為 178.01℃至 194.70℃，峰值為 183.45℃至 202.48℃，而放熱量為-25.75 Jg-1 至

-21.97 Jg-1，正值表示為放熱，負值為吸熱，放熱量為負值時表示滅火藥劑破壞

18

玉米澱粉其放熱反應進而呈現吸熱狀態。

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0H

eat f

low

/W g

-1

Temperature/ oC

BCcorn-3.7mg-30-350-1 BCcorn-3.5mg-30-350-2 BCcorn-3.7mg-30-450-4 BCcorn-3.6mg-30-350-10

圖 4-3.純玉米澱粉加入 BC 滅火藥劑後在 DSC 中以 4 種不同速率下的實驗數據

圖

表 4-10.純玉米澱粉加入 BC 滅火藥劑後之數據

P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 AVG P1 AVG P2 Error P1 Error P2

Heating rate 1 1 2 2 4 4 10 10 - - - -

Integral 0 0 177.08 0 222.54 -95.27 74.9 -79.09 118.63 -43.59 103.91 -35.50

normalized 0 0 50.59 0 60.14 -25.75 20.81 -21.97 32.89 -11.93 27.26 -10.04

Onest 0 0 158.96 0 156.13 178.01 173.36 194.70 122.11 93.18 51.25 101.52

Peak 0 0 165.77 0 166.59 183.45 184.20 202.48 129.14 96.48 55.06 106.00

Endest 0 0 165.83 0 178.41 189.46 190.37 211.73 133.65 100.30 56.72 111.43

Left limit 0 0 156.49 0 142.75 177.54 172.61 194.46 117.96 93.00 54.65 101.46

Right limit 0 0 175.26 0 178.41 190.73 195.12 212.95 137.20 100.92 57.92 112.03

針對實驗中微差掃描熱卡計所得之數據，而利用 TSS 程式模擬純玉米澱粉

添加 BC 滅火藥劑來透過軟體進行燃燒爆炸實驗與分析各項數據，經由表 4-11

至 4-14，得到模擬之數據。

19

表 4-11. TSS 模擬之數據 BCcorn-3.7mg-30-350-1℃






20



(2)純玉米澱粉+KBC 滅火藥劑

純玉米澱粉加入 KBC 滅火藥劑後經由 1、2、4、10 min℃ -1 四種不同升溫速

率，在 DSC 實驗中，當待測物在 203℃到 209.98℃時，為放熱反應的區間，在 4

組中峰值溫度在 221.63℃至 290.69℃，放熱量為 334.96Jg-1 至 903.29Jg-1，相較於

純玉米澱粉與染色玉米澱粉之放熱量有明顯的降低，由此可知，KBC 滅火藥劑

對於玉米澱粉的放熱量降低效果有顯著的功效。

0 50 100 150 200 250 300 350 400

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Hea

t flo

w/W

g-1

Temperature/ oC

KBCcorn-3.2mg-30-350-1 KBCcorn-3.4mg-30-350-2 KBCcorn-3.7mg-30-350-4 KBCcorn-3.0mg-30-350-10

圖 4-4.純玉米澱粉加入 KBC 滅火藥劑後在 DSC 中以 4 種不同速率下的實驗數據

21

圖

表 4-15.純玉米澱粉加入 KBC 滅火藥劑後之數據

P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 AVG P1 AVG P2 Error P1 Error P2

Heating rate 1 1 2 2 4 4 10 10 - - - -

Integral 107.13 334.96 107.00 590.96 280.11 903.29 230.52 474.65 181.19 575.97 98.92 327.33

normalized 33.48 104.67 31.47 173.81 75.70 244.13 76.84 158.22 54.37 170.21 22.47 73.92

Onest 143.67 203.44 143.53 208.23 140.4 208.51 159.70 209.98 146.82 207.54 12.88 2.44

Peak 145.60 221.63 154.79 226.89 166.44 241.78 186.15 253.55 163.25 235.96 22.91 17.59

Endest 164.18 225.00 163.38 265.15 227.68 274.94 201.55 282.14 189.20 261.81 38.48 20.33

Left limit 142.04 203.44 138.35 202.07 140.40 207.47 155.28 208.62 144.02 205.40 11.26 3.22

Right limit 164.18 249.41 164.18 265.15 196.74 290.69 204.94 286.59 182.51 272.96 22.43 17.73

針對實驗中微差掃描熱卡計所得之數據，而利用 TSS 程式模擬純玉米澱粉添加

KBC 滅火藥劑來透過軟體進行燃燒爆炸實驗與分析各項數據，經由表 4-16 至

4-19，得到模擬之數據。

表 4-16. TSS 模擬之數據 KBCcorn-3.2mg-30-350-1℃



Parameter Units Value Min Max Step ln(k0) ln(1/s) 35.25 7.80 44.20 3.64 E kJ/mol 174.77 36.00 204.00 16.80 n - 1.70 0.30 1.70 0.14 m - 0.00E+00 1.50E-02 8.50E-02 0.00E+00 Q kJ/kg 251.44 30.00 1700.00 14.00 DM % 0.00E+00 -3.00E+01 3.00E+01 6.00E+00

22

G mol/kg 0.00E+00 -1.00E-02 1.00E-02 2.00E-03





(3)純玉米澱粉+XBC 滅火藥劑

純玉米澱粉加入 XBC 滅火藥劑後經由 1、2、4、10 min℃ -1 四種不同升溫速率，

在 DSC 實驗中，當待測物在 194.24℃到 252.04℃時，為放熱反應的區間，在 4

組中峰值溫度在 207.20℃至 252.04℃，放熱量為 113.16Jg-1 至 167.90Jg-1，相較於

純玉米澱粉與染色玉米澱粉之放熱量有明顯的降低，由此可知，XBC 滅火藥劑

對於玉米澱粉的放熱量降低有顯著的功效，並且其放熱量降低效果勝於 KBC 滅

火藥劑。

23

0 50 100 150 200 250 300 350 400-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4H

eat f

low

/W g

-1

Temperature/ oC

XBCcorn-3.6mg-30-350-1 XBCcorn-3.0mg-30-350-2 XBCcorn-3.1mg-30-350-4 XBCcorn-3.4mg-30-350-10

圖 4-5.純玉米澱粉加入 XBC 滅火藥劑後在 DSC 中以 4 種不同速率下的實驗數據

圖

表 4-20.純玉米澱粉加入 XBC 滅火藥劑後之數據

AVG Error

Heating rate 1 2 4 10 - -

Integral 418.80 503.71 659.68 384.75 491.74 167.95

normalized 116.33 167.90 212.80 113.16 152.55 60.25

Onest 194.24 210.85 217.88 240.37 215.84 24.54

Peak 207.20 218.71 230.79 252.04 227.19 24.86

Endest 220.82 219.20 245.07 263.34 237.11 26.23

Left limit 194.24 206.51 208.86 235.53 211.29 24.25

Right limit 224.73 237.69 253.12 269.10 246.16 22.94

針對實驗中微差掃描熱卡計所得之數據，而利用 TSS 程式模擬純玉米澱粉添加

XBC 滅火藥劑來透過軟體進行燃燒爆炸實驗與分析各項數據，經由表 4-21 至

4-23，得到模擬之數據。

24

表 4-21. TSS 模擬之數據 XBCcorn-3.0mg-30-350-2℃






4.3 玉米澱粉在 20L 爆炸鋼球之實驗結果

從玉米澱粉在 20L 爆炸鋼球的實驗中，可得到玉米澱粉在爆炸時的爆炸過壓

以及爆炸壓力上升速率之數據。可經由表 4-24 至表 4-25 分別為純玉米澱粉與染

25

色玉米澱粉之實驗數據表。

玉米澱粉在爆炸鋼球中當所有環境都同樣時，為了瞭解數據之準確度，因此

我們在純玉米澱粉與染色玉米澱粉各別做了三組數據，以實驗其再現性。

在實驗數據中，Pm與 dP/dt 數值越高，危險性越高

表 4-24.純玉米澱粉在 20L 爆炸鋼球之實驗數據

Comp. Pm dP/dt energy

750 8.3 539 10kJ

750 8.6 581 10kJ

750 8.4 563 10kJ

表 4-25.染色玉米澱粉在 20L 爆炸鋼球之實驗數據

Comp. Pm dP/dt energy

750 8.1 308 10kJ

750 8.4 411 10kJ

750 8.3 321 10kJ

4.4 效益評估

以下是利用 TSS 程式模擬純玉米澱粉與染色玉米澱粉，進行燃燒爆炸實驗

與分析各項數據，針對因安全性而無法實驗之範圍，以下實驗以升溫速率 1、2、

4、10 min℃ -1 之放熱量比較

表 4-26.純玉米澱粉與染色玉米澱粉放熱量與活化能之比較

樣品 β

/ min℃ -1

Q

/kJkg-1

E

/ kJmol-1

純玉米澱粉 1℃ 322.49 176.36

2℃ 442.92 204.00

26

10℃ 372.98 265.20

染色玉米澱粉 1℃ 21.00 204.00

2℃ 546.26 203.59

4℃ 513.39 180.58

10℃ 440.26 202.32

以下是利用 TSS 程式模擬純玉米澱粉加入各類型滅火藥劑，進行燃燒爆炸

實驗與分析各項數據，針對因安全性而無法實驗之範圍，以下實驗以升溫速率1、

2、4、10℃之放熱量比較

表 4-27.純玉米澱粉加 BC 滅火藥劑在 1 min℃ -1 時之放熱量

樣品藥劑 Q

/kJkg-1

E

/kJmol-1

純玉米澱粉 BC 滅火藥劑 1700.00 52.92

純玉米澱粉 KBC 滅火藥劑 297.09 187.12


樣品藥劑 Q /kJkg-1 E /kJmol-1



純玉米澱粉 XBC 滅火藥劑 175.61 204.00





27







28

第五章、結論與建議

5.1 結論

由上一章節實驗與分析結果得知純玉米澱粉在未加任何藥劑時，其放熱量

低於染色玉米澱粉，其起始溫度也低於染色玉米澱粉，而起始溫度越低越易發

生危險。

當玉米澱粉加入滅火藥劑後，在加入滅火藥劑的狀況下，KBC 與 XBC 的滅

火藥劑對於起始溫度沒有很大的提升作用，但是在放熱量的部份是具有顯著的差

異，並且 XBC 滅火藥劑的降低效果更優於 KBC 滅火藥劑，至於 BC 滅火藥劑在

1 及 2℃中因吸熱反應而無法測定，在 4℃及 10℃時，起始溫度 178.01℃至

194.70℃，而在放熱性的部分有完全抑制的效果，在起始溫度的部分數據檢測為

178.01℃至 194.70℃，在放熱量的部分，BC 滅火藥劑也是有效的降低放熱量，

放熱量為-25.75 Jg-1 至-21.97 Jg-1 有效的減低爆炸時的風險，這次的實驗中讓我們

發現未來在舉辦如八仙塵爆類似活動時，可以在相關粉塵時，添加適量的 XBC

型的滅火藥劑，有效的抑制爆炸的發生，避免再次重大的事故發生。

對於未來在活動上，粉塵建議以人工潑灑，而不用加壓噴出減少粉塵在空氣

中飄散，使空間中的粉塵濃度過高造成有粉塵爆炸之風險產生，遊戲時建議配戴

口罩與護目鏡，保護費不及眼不知安全，避免塵肺汙染及眼睛刺激。

5.2 未來研究之建議

本研究目前是針對降低玉米澱粉在活動時，遇到粉塵爆炸之危害為主，

因此考慮在玉米澱粉中添加適量滅火藥劑，但是在製作食用粉末時其製程並

不能添加此物，所以建議未來在粉塵爆炸的研究上，可以用以製作會產生粉

塵爆炸之非食用粉末之工廠，針對其製作過程、如何防止或抑制與災後分析

方面進行研究。

如接續以八仙塵爆為題材更深入研究的話，可以再利用食品回收物，如

29

咖啡渣抑制其爆炸發生。

30

參考文獻

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以八仙塵爆為例 -...

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