Generatory azotu do przemysłu spożywczego i produkcji napojów
Generator azotu wytwarza gaz do procesów w produkcji żywności i napojów bezpośrednio w Państwa zakładzie, ze sprężonego powietrza, w czystości od 97 % do 99,999 %. To, czy własne wytwarzanie opłaca się wobec zbiornika ciekłego azotu i butli, zależy od stopnia czystości, jakiego wymaga Państwa proces, i od tego, ile sprężonego powietrza ten stopień kosztuje na bieżąco. Jedno i drugie znajdą Państwo tutaj.
Gdzie w zakładzie spożywczym potrzebny jest generator azotu
W zakładzie spożywczym i w produkcji napojów azot jest gazem procesowym i pracuje w kilku miejscach. Jako gaz ochronny dla żywności jest chemicznie obojętny i nie nadaje produktowi własnego smaku. W zbiorniku magazynowym i procesowym nie dopuszcza tlenu do przestrzeni nad produktem, dzięki czemu tłuszcze się nie utleniają, a aromat, barwa i witaminy zostają w produkcie. Dla olejów spożywczych i tłuszczów ta ochrona w zbiorniku jest głównym powodem, żeby w ogóle sięgać po azot, bo jełczenie zaczyna się w zbiorniku, a nie dopiero w opakowaniu.
Przy transporcie i przetaczaniu azot wykonuje to samo zadanie w ruchu. Przepycha produkt rurociągami i wypycha go ze zbiorników, a proszki przenosi pneumatycznie, bez kontaktu produktu z tlenem atmosferycznym. W rozlewie i w produkcji napojów dochodzą etapy, które zakład już zna: inertyzacja zbiorników, wstępne sprężanie butelek i puszek przed napełnianiem, przedmuchiwanie butelek, barbotaż w zbiornikach i wypieranie produktu.
Przy przechowywaniu i utrwalaniu azot działa w czasie, a nie w pojedynczym kroku procesu: w zamkniętych zbiornikach i w komorach przechowalniczych obniża zawartość tlenu i spowalnia w ten sposób to, co tlen robi z produktem. Jak nisko musi zejść ta zawartość i co to oznacza dla trwałości, zależy od produktu, pojemnika i czasu przechowywania.
W innych miejscach zakładu azot wykonuje to samo zadanie:
| Proces | Zadanie azotu |
|---|---|
| Mleko w proszku i proszki wrażliwe na utlenianie | gaz do transportu pneumatycznego i poduszka gazowa przy produkcji i przeładunku |
| Produkcja czekolady | trzyma tlen z dala od masła kakaowego, którego tłuszcz w przeciwnym razie się utlenia |
| Przechowywanie owoców i warzyw | obniża zawartość tlenu w komorze przechowalniczej, przechowywanie w atmosferze kontrolowanej |
| Wino | chroni przed utlenianiem w zbiorniku i przy przetaczaniu |
| Browar | zależnie od etapu procesu może przejąć część zadań, do których zwykle używa się dwutlenku węgla |
Pakowanie w atmosferze ochronnej to osobny etap i ma własną stronę. Ile tlenu resztkowego może zostać w opakowaniu, jaki zakres czystości jest do tego odpowiedni i ile gazu do przedmuchiwania pobiera linia, opisujemy na stronie Generatory azotu do pakowania żywności (MAP).
Jakość spożywcza azotu: wartości graniczne dla E 941
Jakość spożywcza to kwestia specyfikacji, a nie kwestia możliwie wysokiej czystości. Azot figuruje jako dodatek do żywności pod numerem E 941, a rozporządzenie (UE) nr 231/2012 opisuje w załączniku, jakie wartości graniczne obowiązują ten dodatek. Jest ich sześć, a dwie z nich dotyczą stopnia czystości, na jaki ustawia się generator.
| Parametr | Wartość graniczna według rozporządzenia (UE) nr 231/2012 |
|---|---|
| Oznaczenie zawartości | Nie mniej niż 99 % |
| Tlen | Nie więcej niż 1 % |
| Zawartość wody | Nie więcej niż 0,05 % |
| Tlenek węgla | Nie więcej niż 10 µl/l |
| Metan i inne węglowodory | Nie więcej niż 100 µl/l (w przeliczeniu na metan) |
| Dwutlenek azotu i tlenek azotu | Nie więcej niż 10 µl/l |
Warto zestawić wartość tlenu z kartą katalogową typoszeregu. Granica to nie więcej niż 1 % tlenu, a dla stopnia czystości 99 % karta katalogowa podaje 10 000 ppm tlenu resztkowego, czyli dokładnie tę wartość. Osiąga się ją przy najniższym współczynniku powietrza ze wszystkich stopni, które tę granicę spełniają. Rachunkowo stopień ten leży więc na wartości granicznej, a nie poniżej niej. To, czy Państwa system bezpieczeństwa żywności wymaga zapasu, jest Państwa decyzją, a kto tego zapasu potrzebuje, wybiera stopień wyżej. To, jak ściśle instalacja utrzymuje wartość zadaną w ruchu ciągłym, przy rozruchu i przy zmianach obciążenia, jest więc częścią doboru i trzeba to wyjaśnić przed wyborem stopnia. Przy oznaczeniu zawartości i przy tlenie liczy się ostatecznie ten stopień, którego wymaga Państwa własna specyfikacja produktu.
O pozostałych czterech wartościach decyduje uzdatnianie sprężonego powietrza przed generatorem. Woda, tlenek węgla, tlenki azotu i węglowodory albo trafiają do instalacji razem ze sprężonym powietrzem, albo nie, a rozstrzygają o tym osuszacz i stopnie filtracji, nie sito molekularne węglowe. Stoją tu obok siebie dwa wymagania, które łatwo pomylić: klasa sprężonego powietrza, której wymaga sam generator, chroni sito molekularne. Uzdatnianie, które utrzymuje Państwa cztery wartości, kieruje się wartościami granicznymi z tabeli powyżej. Który układ osuszacza i filtrów spełnia oba te warunki naraz, zależy od jakości powietrza na wlocie i trzeba to wyjaśnić przed zakupem. Jak taki układ jest zbudowany, opisujemy niżej w części „Czego generator azotu potrzebuje na miejscu”. Dla porządku, bo pojęcia te pojawiają się w specyfikacjach: rozporządzenie (WE) nr 1333/2008 wymienia dwie odrębne klasy funkcjonalne gazów innych niż powietrze. Gaz z pierwszej z nich wprowadza się do pojemnika przed umieszczeniem w nim środka spożywczego, w trakcie tej czynności albo po niej, gaz z drugiej wypycha środek spożywczy z pojemnika.
Wraz z wytwarzaniem na miejscu dowód jakości przesuwa się, ale nie znika. Przy gazie dostarczanym z zewnątrz jakość potwierdza świadectwo dołączone do dostawy. Przy generatorze czystość mierzy się w ruchu ciągłym i można ją rejestrować, a odchylenie widać w trakcie produkcji, a nie na papierze po fakcie. Sprawdzenie z własną specyfikacją produktu i z własnym systemem bezpieczeństwa żywności pozostaje po stronie użytkownika.
Ile sprężonego powietrza kosztuje wyższa czystość
Każdy stopień czystości ma własny współczynnik powietrza, czyli własny stosunek sprężonego powietrza do wytworzonego azotu. Współczynnik ten zależy wyłącznie od ustawionej czystości i jest taki sam dla wszystkich 18 wielkości w typoszeregu. Dzięki temu skutki decyzji o czystości da się policzyć przed zakupem, zamiast odczytywać je później z rachunku za energię elektryczną.
| Czystość | Klasa jakości | Tlen resztkowy | Wydajność N₂ w typoszeregu | Współczynnik powietrza | Zapotrzebowanie na sprężone powietrze |
|---|---|---|---|---|---|
| 97 % | brak danych w karcie katalogowej | brak danych w karcie katalogowej | 10,7 – 1 709,1 Nm³/h | 2,3 | 24,6 – 3 930,8 Nm³/h |
| 98 % | brak danych w karcie katalogowej | brak danych w karcie katalogowej | 8,6 – 1 373,6 Nm³/h | 2,3 | 19,8 – 3 159,4 Nm³/h |
| 99 % | 2.0 | 10 000 ppm | 7,1 – 1 134,0 Nm³/h | 2,6 | 18,5 – 2 948,5 Nm³/h |
| 99,5 % | 2.5 | 5 000 ppm | 6,2 – 990,3 Nm³/h | 2,9 | 18,0 – 2 871,9 Nm³/h |
| 99,9 % | 3.0 | 1 000 ppm | 4,1 – 654,9 Nm³/h | 3,4 | 13,9 – 2 226,6 Nm³/h |
| 99,99 % | 4.0 | 100 ppm | 2,2 – 351,4 Nm³/h | 4,6 | 10,1 – 1 616,4 Nm³/h |
| 99,995 % | 4.5 | 50 ppm | 1,7 – 271,5 Nm³/h | 5,2 | 8,8 – 1 412,0 Nm³/h |
| 99,999 % | 5.0 | 10 ppm | 1,2 – 191,7 Nm³/h | 6,4 | 7,7 – 1 226,7 Nm³/h |
Kolumnę ze współczynnikiem powietrza warto porównywać w obrębie zakresu, który wchodzi w grę dla Państwa produktu. Stopnie 97 % i 98 % leżą poniżej wartości 99 %, jaką E 941 podaje dla oznaczenia zawartości, i dlatego wchodzą w grę tylko tam, gdzie gaz nie ma kontaktu z żywnością. W zakresie istotnym dla żywności jest to 2,6 przy 99 % wobec 6,4 przy 99,999 %: ta sama ilość azotu kosztuje w najwyższym stopniu około dwa i pół raza więcej sprężonego powietrza, i to w każdej godzinie pracy. Stopień czystości wynika więc ze specyfikacji Państwa produktu. Gdy ta liczba jest już ustalona, wydajność pomnożona przez współczynnik powietrza daje zapotrzebowanie na sprężone powietrze, a z tego widać, czy istniejąca sprężarka wystarczy.
Kto dziś kupuje ciekły azot, zaczyna od niewłaściwej jednostki. Na dokumencie dostawy są kilogramy albo litry ciekłego azotu, a w tabeli powyżej metry sześcienne normalne gazu. Między jednym a drugim leży gęstość normalna azotu, którą Państwa dostawca gazu podaje w dokumencie dostawy albo w karcie produktu. Z ilości rocznej powstaje wartość godzinowa, gdy podzielą ją Państwo przez godziny, w których gaz jest faktycznie pobierany, a nie przez 8 760. Po tych dwóch krokach mogą Państwo korzystać z tabeli na podstawie własnych dokumentów.
Drugą pozycją jest jednoczesność poboru. Kto zsumuje szczyty wszystkich procesów, kupi instalację, która nigdy nie pracuje pod pełnym obciążeniem. Przy kilku procesach o różnym profilu poboru rachunek jest trudniejszy niż przy pojedynczej linii: inertyzacja zbiorników pobiera równomiernie, pneumatyczny transport proszków pobiera w rytmie kolejnych partii, czyli skokowo, przedmuchiwanie butelek pobiera krótko i mocno, a atmosfera w komorze przechowalniczej pobiera prawie nic i pracuje za to bez przerwy. W zakładzie pracującym z proszkami to transport jest odbiornikiem szczytowym, nawet jeśli poduszka gazowa w zbiornikach pobiera w ciągu dnia większą ilość. Jeśli procesy różnią się przy tym wymaganiami co do stopnia czystości, warto zapytać, czy wszystkie muszą korzystać z tego samego zasilania, czy dwie linie razem nie wyjdą taniej niż jedna ustawiona wysoko.
Otrzymają Państwo stopień czystości, wielkość urządzenia i zapotrzebowanie na sprężone powietrze.
Na początek wystarczy Państwa dzisiejsze zużycie i informacja, które procesy z niego korzystają. Z tego wynika, jaki stopień czystości wystarczy i jakie zapotrzebowanie na sprężone powietrze się z nim wiąże. Jeśli wydajność, czystość i godziny pracy są już znane, otrzymają Państwo propozycję doboru.
Własny generator azotu a zbiornik ciekłego azotu i butle
I zbiornik ciekłego azotu, i wiązka butli dostarczają wymaganą czystość. Płaci się przy tym nie tylko za gaz, ale za całe zaopatrzenie: dzierżawa zbiornika trwa także w spokojniejszych tygodniach, straty odparowania powstają każdej nocy, umowy na dostawy zawierają klauzule waloryzacyjne, a wymiana butli wypada wtedy, gdy linia pracuje. Dochodzą do tego trzy pozycje, które ustalają cenę na lata: coroczna podwyżka u dostawcy, długoterminowa umowa na zbiornik i koszty po zakupie, których nie było w ofercie.
Wytwarzanie na miejscu zamienia to na inwestycję i rachunek za energię elektryczną. W porównaniu z bieżącym zakupem ciekłego azotu okres zwrotu z inwestycji wynosi zwykle od dwóch do trzech lat. Porównuje się przy tym wytwarzanie własne dokładnie z tą drogą zaopatrzenia; rozbudowa Państwa stacji sprężonego powietrza nie mieści się w tym przedziale i należy do Państwa własnego rachunku. Zamienia się poza tym jedno ryzyko cenowe na drugie: zamiast corocznej podwyżki u dostawcy gazu ponoszą Państwo cenę energii elektrycznej, którą i tak Państwo kupują i której nie blokuje żadna umowa na gwarantowany odbiór. Czy ten rachunek wychodzi w Państwa zakładzie, zależy od profilu zużycia, godzin pracy i ceny energii, dlatego warto zrobić go na własnych liczbach, zamiast opierać się na ogólnym szacunku.
Czego generator azotu potrzebuje na miejscu
Generator pracuje w łańcuchu urządzeń, a dwa ogniwa tego łańcucha zapewnia sam zakład. Łańcuch wygląda tak: sprężone powietrze, uzdatnianie, generator, zbiornik buforowy, punkt poboru. Sprężone powietrze i jego uzdatnianie pochodzą z Państwa zakładu i właśnie tam rozstrzyga się ta część jakości gazu, która nie zależy od stopnia czystości. Zbyt mały osuszacz wprowadza wilgoć do instalacji i skraca przez to żywotność sita molekularnego węglowego. Zbiornik buforowy pokrywa to, czego nie widać w średniej: szczyty przy myciu i rozruchu, zmiany formatu i rozpoczęcie partii.
Jeden punkt należy do miejsca ustawienia, a nie do instalacji: azot wypiera tlen. Dla pomieszczenia, w którym stoi generator, do Państwa oceny ryzyka należą więc wentylacja i monitorowanie stężenia tlenu, a jedno i drugie taniej rozwiązać przed wyborem miejsca niż po nim.
Sam proces da się opowiedzieć krótko. Uzdatnione sprężone powietrze przepływa przez sito molekularne, które adsorbuje tlen i wilgoć wyraźnie szybciej niż azot, podczas gdy drugi zbiornik regeneruje się przy niższym ciśnieniu. Czystość jest przy tym parametrem nastawianym, a nie stałą właściwością urządzenia. Krok po kroku proces ten opisujemy na stronie Generatory azotu PSA NITROBERG®.
Wielkości NITROBERG® dla zakładów spożywczych i rozlewni napojów
Od procesu do urządzenia prowadzi jedno pytanie: jaka ilość przy jakim stopniu czystości? Typoszereg NITROBERG® pokrywa zakres od 97 % do 99,999 % i dostarcza od 1,2 do 1 709,1 Nm³/h azotu, zależnie od wielkości i ustawionej czystości. Mieści się w tym zarówno mały zakład z jedną linią rozlewniczą, jak i zakład, który z jednego źródła zasila magazyn zbiornikowy, transport i kilka linii. Pełne wartości dla każdej wielkości znajdą Państwo w zestawieniu Generatory azotu.
Tam, gdzie zakład nie ma odpowiedniej sieci sprężonego powietrza, kompletna instalacja generowania azotu łączy generator, wytwarzanie sprężonego powietrza, uzdatnianie z osuszaczem DRYBERG®, zasobnik i sterowanie w jednej wstępnie zmontowanej jednostce, jako konfigurację plug-and-play dla NITROBERG® 500 do 900. Powyżej tych wielkości dobieramy instalację pod Państwa lokalizację. Pojedyncze urządzenie i kompletna instalacja pochodzą przy tym z jednego źródła w ramach BERG Group. Urządzenia ciśnieniowe NITROBERG® objęte dyrektywą ciśnieniową PED 2014/68/EU przechodzą ocenę zgodności w ramach certyfikowanego zakresu.
Koszty i serwis po zakupie
Części eksploatacyjne ze standardowej oferty
Filtry i części eksploatacyjne to standardowe elementy z wolnego rynku, a nie część programu zależnego od producenta. Mogą Państwo porównywać oferty i zaplanować wymianę w oknie serwisowym, zamiast czekać na termin dostawy. W całym okresie użytkowania ma to zwykle większe znaczenie niż cena zakupu.
Gwarancja trzy lata, z umową serwisową do pięciu
Gwarancja wynosi standardowo trzy lata, a w połączeniu z umową serwisową do pięciu lat. Umowa serwisowa ustala interwały, dzięki czemu terminy wpisują się w planowanie, a nie w trwającą partię.
Serwis z jednego źródła
Serwis i części zamienne pochodzą z jednego źródła w ramach BERG Group, a konstrukcja i produkcja odbywają się w Niemczech. W lokalizacjach poza Niemcami na większości rynków dochodzi do tego lokalna osoba kontaktowa. Liczy się to szczególnie tam, gdzie zakład nie ma własnego utrzymania ruchu.
Bezpośredni kontakt z inżynierami
Dobór, sprężone powietrze i dokumentację omawiają Państwo z inżynierami, którzy konstruują te instalacje, a nie z call center: +49 2151 568 9550. Uruchomienie i szkolenie operatorów wchodzą w zakres dostawy, dzięki czemu po przekazaniu obsługa zmianowa prowadzi instalację samodzielnie.
Najczęstsze pytania o generatory azotu w przemyśle spożywczym
Azot figuruje jako dodatek do żywności pod numerem E 941, a rozporządzenie (UE) nr 231/2012 określa w załączniku jego specyfikację: sześć wartości, od oznaczenia zawartości i tlenu, przez wodę, po tlenek węgla, tlenki azotu i węglowodory. Wartości graniczne znajdą Państwo w tabeli na tej stronie. Jakość spożywcza jest więc kwestią specyfikacji, a nie kwestią tego, jak wysoka wychodzi czystość. To, jaka wartość zostaje osiągnięta w punkcie poboru, zależy od ustawionego stopnia czystości i od uzdatniania sprężonego powietrza przed generatorem.
Stopień czystości wynika z Państwa specyfikacji produktu. To, z jakim stopniem pracuje dany proces spożywczy, zależy od produktu i od zakładu: ten sam proces przy innym produkcie, innym pojemniku albo innym czasie przechowywania wymaga innej liczby. Dlatego nie ma ogólnego przyporządkowania procesu do stopnia czystości. Wiarygodna droga prowadzi przez wartość docelową z Państwa specyfikacji i przez pytanie, ile sprężonego powietrza ona kosztuje. Wartości dla poszczególnych stopni czystości znajdą Państwo w tabeli na tej stronie, a to, która wartość docelowa sprawdzi się dla Państwa produktu, ustalamy wspólnie w rozmowie o doborze.
W zbiorniku magazynowym i procesowym azot chroni produkt w przestrzeni nad nim, przy transporcie i przetaczaniu wypiera go i przenosi, a w rozlewie inertyzuje oraz wstępnie spręża butelki i puszki. Dochodzą do tego przedmuchiwanie i barbotaż w produkcji napojów oraz przechowywanie i utrwalanie, gdzie azot obniża zawartość tlenu w zbiornikach i komorach przechowalniczych. Sam etap pakowania opisujemy na stronie Generatory azotu do pakowania żywności (MAP).
Decydują o tym dwie wielkości, a jakość powietrza bywa pomijana częściej niż jego ilość. NITROBERG® wymaga sprężonego powietrza według ISO 8573-1:2010 klasa 1.4.1 przy 7 bar(g), ponieważ olej i wilgoć resztkowa w strumieniu powietrza przedwcześnie postarzają sito molekularne węglowe. Ilość wynika z wydajności pomnożonej przez współczynnik powietrza, a współczynnik powietrza zależy wyłącznie od ustawionej czystości: jednakowy dla wszystkich 18 wielkości, od 2,3 przy 97 % do 6,4 przy 99,999 %, a w zakresie istotnym dla żywności, czyli od 99 % w górę, zaczyna się od 2,6. Niższy stopień czystości obniża więc zapotrzebowanie ponadproporcjonalnie.
Różnica leży w specyfikacji, względem której prowadzi się pomiar. Dla dodatku E 941 ustalono sześć wartości. Dwie z nich zależą od stopnia czystości: oznaczenie zawartości nie mniej niż 99 % oraz zawartość tlenu nie więcej niż 1 %, która odpowiada stopniowi czystości 99 % z 10 000 ppm tlenu resztkowego i rachunkowo leży dokładnie na wartości granicznej. Kto potrzebuje zapasu, wybiera stopień wyżej. O pozostałych czterech, czyli o wodzie, tlenku węgla, tlenkach azotu i węglowodorach, decyduje uzdatnianie sprężonego powietrza przed generatorem. Kto kupuje azot spożywczy, potrzebuje więc obu rzeczy: odpowiedniego stopnia czystości i uzdatniania dopasowanego do pozostałych wartości.
Przy gazie dostarczanym z zewnątrz do każdej dostawy dołączane jest świadectwo. Przy wytwarzaniu na miejscu czystość mierzy się w ruchu ciągłym i można ją rejestrować, dzięki czemu odchylenie widać w trakcie produkcji, a nie po niej. Sprawdzenie z własną specyfikacją produktu pozostaje po stronie użytkownika, podobnie jak ustalenie, gdzie się mierzy i co jest sprawdzane w sposób ciągły, a co okresowo. Te punkty należą do rozmowy o doborze, bo punkty pomiarowe taniej wykonać przed ułożeniem rurociągu niż po nim.
Zbiornik buforowy pokrywa krótkie przerwy i daje czas na reakcję. Jak duży musi być, wynika z najdłuższej przerwy, jaką zniesie Państwa proces, i to pytanie trzeba wyjaśnić przed wyborem modelu. Jaka rezerwa poza tym ma sens, ustalamy w rozmowie o doborze, razem z Państwa koncepcją instalacji i wymaganiami w Państwa lokalizacji. Decyzja w tej sprawie pozostaje po Państwa stronie jako użytkownika.