Un, baharat, nişasta, kakao gibi gıda tozları bu ekipmanlar (değirmenler, kurutucular, mikserler, siklonlar, silolar, huniler ve paketleme ekipmanları gibi) içerisine konveyör, elavatör veya pnömatik taşıma sistemleri aracılığıyla taşınırken havada asılı kalabilir. Yani toz oluşumu meydana gelebilir.
İnce öğütülmüş gıda ürünleri toz bulutu halinde dağılır ve oksijen kaynağı olan hava ile doğru konsantrasyonda ulaşır ise potansiyel patlayıcı bir atmosfer oluşturabilir.
Ek olarak, toz gıda maddelerin taşınmasına izin veren konveyör, elavatör veya pnömatik taşıyıcıların statik elektrik yükler üretebileceği de bilinmektedir.
Tozlu malzemenin yalnızca çok küçük bir kısmı kaçak toz olarak serbest bırakılsa bile, üretilen toplam toz miktarı patlama için muazzam olabilir.
Toz oluşumunu kontrol etmenin en zor süreçlerinden biri, bir yığın malzemenin serbest düşüş koşulları altında bir stok yığınına veya başka bir yüzeye çarpmasıdır.
Bunun çok yaygın bir örneği, tozlu malzemenin bir konveyörün sonundan diğerinin başlangıcına bırakıldığı konveyör transfer istasyonlarıdır.
Bu gibi durumlarda tozu kontrol etmek için genellikle benimsenen yaklaşım, işlemi tamamen kapatmaktır.
Bu tür toz bulutu oluşmaması için bant konveyörlerde veya siloların alt besleme konisinde bir basınç dedektörü tarafından kontrol edilen bir döner hava kilidi sistemi ya da bir yıldız besleyici monte etmek uygun olacaktır.
Ayrıca, silo ve bunkerler içerisinde oluşabilecek toz bulutunun patlama konsantrasyonuna ulaşmadan toz toplama sistemleri ile uzaklaştırılması gerekir.
Çoğu durumda, patlayıcı toz bulutları daha önceki bir aşamada üretilen ve katmanlar veya yığınlar halinde birikmesine izin verilen tozların ve tozların yeniden hava ile sürüklenmesi ve yeniden havada dağıtılmasıyla üretilir.
Bu tür birikme, bilerek veya önemsemeyerek tozun silo gibi proses ekipmanının dış yüzeylerinde ve fabrika binasındaki kirişlerde, duvarlarda ve zeminlerde birikmesine izin verildiğinde olabilir.
Tahıl tozları ve özelde un tozları silo, bunker, elavatör, karıştırıcı veya toz toplama siklonu gibi ekipmanlarda ani tozun çökmesi sonucu oluşan toz bulutu sıcak ortamla karşılaşır ise patlar. Bu patlamaya Birincil (primer) toz patlaması denir (A).
Silo veya tank gibi kapalı ekipmanlarda oluşan patlama sonucu hem sarsıntı yaratması hem de hava şoku oluşumu ile fabrika bünyesindeki birikmiş olan tozların havaya kalkmasına neden olmaktadır.
Havaya kalkan tozlar adeta bir toz bulutu haline gelince de yanma reaksiyonu domino etkisi gibi ardışık olarak patlamaya devam eder. Buna da İkincil (sekonder) toz patlaması denir (B).
Birçok sektörde ürün toz haline getirilirken, tozların havada bulut şekline gelmemesi için su ile ıslatılır.
Fakat un, kahve, şeker, kakao, nişata veya baharat gibi gıda ürünlerin toz haline getirilirken, su ürünün özelliğini bozacağından dolayı kullanmak mümkün değildir.
Diğer taraftan, gıda sektörlerinde silo veya tankların içerisinde köprüleşme veya borulaşma tıkanıklığı meydana gelebilmekte ve sonra aniden malzemenin dökülmesi sonucu toz malzeme havaya kalkarak bulut haline gelebilmektedir.
Bazen silo içerisinde sıcak ortamın kendisi ısı kaynağı olarak davranarak kendiliğinden tutuşma ile yanma başlayabilir ve tozun olduğu ortamlarda patlamaya da neden olabilir.
Bu nedenle toz siloları ve bunkerlerde vibratör motorlar (Aeratör veya Aktivatör) ile sürekli titreşim yaparak sürekli bir akışın oluşması sağlanarak, tıkanıklık oluşumu engellenebilir ve aniden dökülerek toz bulutu haline gelmesi de önlenmiş olur.
Herhangi bir toz türü için toz bulutunun tutuşma kolaylığı ve yanma oranları, toz bilimi ve teknolojisinde iyi bilinen faktörlere göre önemli ölçüde değişir.
Toz patlamasında temel faktörler arasında; buluttaki toz parçacıklarının konsantrasyon (yoğunluğu) dağılımı, tozun parçacık boyut dağılımı ve bulut türbülansı bulunur.
Genel olarak, patlayıcı toz konsantrasyonlarının aralığı nispeten sınırlıdır. Organik tozlar için, 100 g/m3’ten birkaç kg/m3’e kadar değişir.
Norveç’te R.K. Eckhoff (2009) tarafından bir mısır nişastası tozu üzerinde yapılan deneysel çalışmasında; toz konsantrasyon değerinin toz patlamasında önemli bir etken olduğunu ortaya koymuştur.
Çalışmada 236 m3 hacimli (22 m yüksekliğinde ve 6 m çaplı) bir silo içerisinde bulunan mısır nişastası toz bulutunun tahmini ortalama toz konsantrasyonu 500 g/m3’te, 0.8 bar’ın üzerinde maksimum patlama basıncı oluşturmuştur.
Toz boyutu üzerinde yapılan araştırmalar, 500 mikronun üzerindeki iri boyutlardaki tozların patlama tehlikesi yaratmadığı kanıtlanmıştır.
Genel olarak, yanıcı tozun parçacık boyutu düştükçe yani tozun yüzey alanı artıkça toz bulutunun tutuşma kolaylığı ve patlama şiddeti artar.
Diğer tarafta, organik tozların parçacık boyutunun aşırı oranda düşürülmesi (yüzey alanının artırılması) yanma miktarını daha fazla artırmamaktadır.
Fakat, magnezyum (Mg), aliminyum (Al) ve silis (Si) gibi birçok inorganik toz için bu durum farklıdır.
İnorganik parçacıklarının organik maddeler gibi buharlaşma (piroliz) yoluyla homojen bir yanıcı gaz fazı üretmemektedir.
Ancak inorganik tozlar ayrı unsurlar olarak yanmaya eğilimli olması ile ne kadar ince hale gelirse, yani yüzey alanı artırılırsa o kadar şiddetli patlar.
Araştırmalar göstermiştir ki, zeminde bulunan çok az miktardaki tozun bile her an bir toz patlamasına neden olabilmektedir.
Aşağıdaki Şekilde, 5 m yüksekliğindeki bir odanın tabanındaki 500 kg/m3’lük bir yığın yoğunluğuna sahip 1 mm’lik bir toz tabakası (a), sarsıntı ve şok ile odanın her tarafına eşit olarak dağıtıldığında ortalama konsantrasyonu 100 g/m3 olan bir bulut üretebilmektedir (b).
Eğer toz zeminden 1 m yükseğe kadar kısmi olarak dağılır ise o zaman toz bulutu 500 g/m3 bir yığın yoğunluğuna sahip olur (c). Bu durum, tozların patlayabilirliğinin en yüksek olduğu konsantrasyonuna gelen aralıktır.
Bu durum, zeminde 1 mm kalınlığa sahip zararsız bir toz katmanının bile son derece tehlikeli bir toz bulutuna dönüşebilecek kadar toz içerebileceği anlamına gelir.
Böyle bir durumda işletmelerde toz patlamaları ile karşılaşılmaması için temizlik (hijyen) operasyonları önem kazanmaktadır.
ABD’de Amerika Ulusal Yangın Önleme Birliği (NFPA) tarafından işletme içerisinde maksimum 0.8 mm’lik kalınlıktaki toz birikiminin önlenmesi için temizlik yapılma zorunluluğu getirilmiştir.
Yaşadığımız her ortamda tozun olmadığı bir durum neredeyse yoktur!
Toz özellikle toz bulutlu halinde havada askıda belirli bir konsantrasyona ulaştığında ateş kaynağı ile temas ederse patlayacaktır.
Bu bilinçle; toz patlamalarının tehlikesine ve risklerine önem vermeliyiz.
Herkese tozsuz ve sağlıklı günler dilerim…