Wraz z ciągłą modernizacją technologii automatyzacji i opakowań w przemyśle spożywczym

Wraz z ciągłym rozwojem technologii automatyzacji i pakowania w przemyśle spożywczym, azot jest coraz szerzej stosowany w przetwórstwie, przechowywaniu, transporcie i pakowaniu żywności. Szczególnie w branżach takich jak orzechy, przekąski dmuchane, produkty mleczne, kawa, herbata, produkty mięsne, produkty wodne i mrożonki, generatory azotu spożywczego stały się jednym z kluczowych urządzeń pomocniczych.

Generator azotu spożywczego

Potrzeba azotu w przemyśle spożywczym wynika zasadniczo z jego zdolności do "izolowania tlenu".

Tlen powoduje:

• Utlenianie i psucie się żywności
• Jełczenie olejów
• Zmiany koloru
• Rozmnażanie się drobnoustrojów
• Utratę aromatu
• Skrócenie okresu przydatności do spożycia

Tradycyjne metody dostarczania ciekłego azotu wiążą się z wysokimi kosztami transportu, skomplikowaną konserwacją zbiorników i wysokim ryzykiem bezpieczeństwa. W rezultacie coraz więcej firm zaczyna wdrażać systemy generowania azotu na miejscu.

Typowe problemy w obecnym przemyśle spożywczym obejmują:

1. Niestabilna czystość azotu.

Wiele firm spożywczych stwierdziło w rzeczywistej produkcji, że:

• Zawartość tlenu przekroczyła normę po pakowaniu
• Wahania czystości azotu
• Słaby efekt konserwacji
• Wilgotność produktu

Główna przyczyna zazwyczaj wynika z:

• Nieprawidłowa konstrukcja generatora azotu
• Sprężarka powietrza ze zbyt dużą zawartością oleju i wody
• Sito molekularne węglowestarzenie się
• Wyciek z rurociągu
• Niewystarczającapojemność zbiornika buforowego

2. Nadmierne zużycie energii

Przemysł spożywczy często pracuje 24 godziny na dobę.

jeśli:

• Niska wydajnośćsystemów sprężonego powietrza
• Niedopasowanie sprężarki powietrza
• Poważne straty azotu

Spowoduje to znaczny wzrost zużycia energii na tonę produktu.

3. Ścisłe wymagania dotyczące bezpieczeństwa żywności

Azot spożywczy to nie tylko "zawierający azot".

Obejmuje również:

• czystość
• Bezolejowy
• Aseptyczny
• Kontrola punktu rosy
• Materiał rury
• Bezpieczeństwo kontaktu z żywnością

Wiele powszechnych przemysłowych systemów generowania azotu nie nadaje się do przemysłu spożywczego.

4. Maszyna pakująca jest niezgodna z systemem generowania azotu.

W rzeczywistych sytuacjach często występują następujące problemy:

• Niewystarczający przepływ azotu
• Duże wahania chwilowego zużycia gazu podczas pakowania
• Spadek ciśnienia podczas jednoczesnej pracy wielu maszyn pakujących

Prowadzi to do niestabilnej jakości pakowania.

Co to jest generator azotu spożywczego?

Generator azotu spożywczego to urządzenie do generowania azotu na miejscu, stosowane w przemyśle przetwórstwa i pakowania żywności.

Jego podstawowa funkcja to:

Azot jest oddzielany od powietrza i stale dostarcza azot o wysokiej czystości, spełniający wymagania przemysłu spożywczego.

Obecnie dominujące technologie to:

• Produkcja azotu metodą PSA (adsorpcja zmiennociśnieniowa)
• Separacja membranowa do produkcji azotu

Generatory azotu PSA do żywności są najszerzej stosowane w przemyśle spożywczym.

Generatory azotu do przetwórstwa żywności są zazwyczaj używane do:

• pakowanieżywności
• Konserwacja żywności
• Ochrona zbiorników magazynowych żywności
• Antyoksydacja oleju jadalnego
• Ochrona transportu proszków
• Konserwacja aromatu kawy
• Produkty mleczne zapobiegające psuciu

Zasada działania generatora azotu spożywczego

Zasada generowania azotu metodą PSA (adsorpcja zmiennociśnieniowa)

Większość generatorów azotu spożywczego wykorzystuje technologię PSA (Pressure Swing Adsorption).

Podstawowa zasada to:

Separacja powietrzajest osiągana poprzez wykorzystanie różnych szybkości dyfuzji tlenu i azotu przez sita molekularne węglowe.

Główne składniki powietrza:

• Azot: około 78%
• Zawartość tlenu: około 21%
• Inne gazy stanowią około 1%.

Po wejściu sprężonego powietrza dowieży adsorpcyjnej:

Sita molekularne węglowe preferencyjnie adsorbują zanieczyszczenia takie jak tlen, wilgoć i dwutlenek węgla.

Gaz azot przechodzi następnie przez sito molekularne i jest wyprowadzany.

Gdy adsorpcja sita molekularnego jest nasycona:

System szybko obniża ciśnienie i regeneruje się.

Dwie wieże przełączają się cyklicznie, aby zapewnić ciągłe dostarczanie azotu.

Podstawowy proces produkcji azotu metodą PSA

Etap adsorpcji pod ciśnieniem

Sprężone powietrze dostaje się do wieży adsorpcyjnej.

Tlen jest adsorbowany:

• Wyprowadzanie azotu
• Czystość azotu stopniowo wzrasta

Etap wyrównywania

Ciśnienie jest wyrównywane między dwiema wieżami.

Zmniejsza straty sprężonego powietrza.

Etap regeneracji po obniżeniu ciśnienia

Wieża adsorpcyjna jest szybko odprężana.

Tlen jest uwalniany z sita molekularnego.

Etap przedmuchiwania i regeneracji

Częściowe przedmuchiwanie azotem.

Dalsze przywracanie zdolności adsorpcyjnej sit molekularnych.

Skład systemu generatora azotu spożywczego

System sprężarki powietrza

Efekt:

Zapewnia stabilne dostarczanie sprężonego powietrza.

Przemysł spożywczy zazwyczaj wymaga:

• Powietrze bezolejowe
• Stabilne ciśnienie
• Ciągła praca

Typowe konfiguracje:

• sprężarka śrubowa
• sprężarka powietrza bezolejowa
• sprężarka o zmiennej prędkości obrotowej

Osuszacz chłodniczy lub osuszacz adsorpcyjny

Efekt:

Usuwa wilgoć z powietrza.

Jeśli sprężone powietrze ma zbyt wysoką zawartość wilgoci:

Spowoduje to:

• Zatrucie sita molekularnego
• Zmniejszenie czystości azotu
• Niewłaściwe działanie zaworu

Typowe wymagania w przemyśle spożywczym:

• Punkt rosy ciśnieniowy ≤ -40°C
• Scenariusze wysokiej klasy ≤ -60°C

System filtracji precyzyjnej

Zazwyczaj obejmuje:

• Filtr wstępny
• Filtr usuwający olej
• Filtr z węglem aktywnym

Główna funkcja:

• Usuwanie mgły olejowej
• Usuwanie cząstek stałych
• Usuwanie zapachów

Generator azotu PSA

Urządzenie kluczowe.

Składa się głównie z:

• Wieża adsorpcyjna
• sito molekularne węglowe
• zawór pneumatyczny
• System sterowania PLC

Skład.

Zbiornik buforowy azotu

Efekt:

• Regulator napięcia
• Buforowanie wahań przepływu
• Utrzymanie stabilności pakowania

Maszyny pakujące żywność zazwyczaj mają wysokie wymagania dotyczące chwilowego przepływu.

Dlatego zbiornik buforowy jest bardzo ważny.

Detektor czystości azotu

Do wykrywania w czasie rzeczywistym:

• Zawartość tlenu
• Czystość azotu

Niektóre systemy obsługują:

• Alarm online
• Automatyczny spust
• Zdalne monitorowanie

Schemat przepływu generatora azotu

Kluczowe parametry techniczne generatora azotu spożywczego

Czystość azotu

Typowe w przemyśle spożywczym:

Przepływ azotu

Typowy zakres:

• 5 Nm³/h
• 10 Nm³/h
• 50 Nm³/h
• 100 Nm³/h
• 500 Nm³/h

Duże fabryki spożywcze mogą osiągnąć:

Powyżej 1000 Nm³/h.

Ciśnienie wylotowe

Ogólnie:

• 0,5~0,8 MPa

Niektóre scenariusze wysokiego ciśnienia:

Wymagany jest system doładowania.

Punkt rosy

Ogólne wymagania w przemyśle spożywczym:

-40°C lub niższy.

Wymagania dotyczące pakowania wysokiej klasy:

-60°C lub niższy.

Zawartość tlenu

Przemysł spożywczy często koncentruje się na:

Pozostała zawartość tlenu w opakowaniu.

Typowe wymagania:

• ≤2%
• ≤1%
• ≤0,5%

Scenariusze zastosowania generatora azotu spożywczego

Pakowanie żywności wypełnionej azotem

Najbardziej typowe zastosowanie.

Obejmuje:

• chipsy ziemniaczane
• orzechy
• ciastka
• ciasta
• szybkie jedzenie

Rola azotu:

• Antyoksydacja
• Zapobieganie zgniataniu
• Przedłużenie okresu przydatności do spożycia

Przemysł kawowy

Kawa bardzo łatwo się utlenia.

Azot może:

• Zapobiegać odparowywaniu aromatu
• Przedłużyć stabilność smaku

Wiele specjalistycznych firm kawowych:

Wymagana jest czystość azotu 99,9% lub wyższa.

Przemysł olejów jadalnych

Uszczelnienie azotem może zmniejszyć:

• Utlenianie oleju
• Wartość kwasowawzrost

Często stosowany w:

• Ochrona zbiorników
• Ochrona napełniania

Przemysł produktów mięsnych

Azot może:

• Hamować wzrost bakterii
• Utrzymać stabilność koloru

Często stosowany w:

• Szynka
• Wędliny
• mięso schłodzone

Przemysł mleczarski

Używany do:

• Pakowanie mleka w proszku
• Dostawa aseptyczna
• Ochrona zbiorników

Wymaga niezwykle wysokiej czystości.

Przemysł herbaty i materiałów leczniczych chińskich

Liście herbaty są bardzo podatne na wchłanianie wilgoci i utlenianie.

Generatory azotu do przetwórstwa żywności mogą:

• Zachować aromat
• Przedłużyć czas przechowywania

Studium przypadku przemysłu generatorów azotu w przetwórstwie żywności

Przypadek 1: Linia produkcyjna do pakowania orzechów

Fabryka orzechów:

Pierwotnie używano azotu w butlach.

Istniały:

• Częste wymiany butli
• Drogi azot
• Niestabilne dostarczanie gazu

Po przejściu na system generowania azotu spożywczego PSA:

• Koszty azotu spadły o około 50%.
• Zawartość tlenu w opakowaniu pozostaje stabilna poniżej 1%.
• Okres przydatności do spożycia wydłużony o około 30%.

Przypadek 2: Firma prażąca kawę

Specjalistyczna fabryka kawy:

Wymagana czystość azotu wynosi 99,9%.

Konfiguracja systemu:

• sprężarka powietrza bezolejowa
• Osuszacz adsorpcyjny
• Generator azotu PSA o wysokiej czystości

Osiągnięto:

• Aromat kawy pozostaje stabilny
• Poprawiona spójność pakowania

Typowe problemy z generatorami azotu spożywczego

Dlaczego czystość generatorów azotu stosowanych w przetwórstwie żywności spada?

Typowe przyczyny:

Sprężarka powietrza z olejem

Po przedostaniu się oleju do sita molekularnego:

Spowoduje to trwałe zanieczyszczenie.

Niewłaściwe działanie systemu suszenia

Wysoka zawartość wilgoci w powietrzu:

Wydajność adsorpcyjna sit molekularnych spada.

Starzenie się sita molekularnego

Normalna żywotność:

Około 5 do 8 lat.

Niewłaściwe działanie zaworu pneumatycznego

Nieterminowe przełączanie:

Może to spowodować wyciek gazu.

Zużycie gazu przekroczyło wartość projektową

Chwilowy przepływ maszyny pakującej jest zbyt wysoki:

Prowadzi to do wahań czystości.

Jak wybrać generator azotu do przetwórstwa żywności

Wybierz na podstawie czystości azotu

Im wyższa czystość:

• Niższa produkcja azotu
• Wyższe zużycie energii

Dlatego nie należy ślepo dążyć do wysokiej czystości.

Wybierz na podstawie prędkości pakowania

Prędkość maszyny pakującej określa:

Chwilowe zużycie gazu.

Należy przeprowadzić obliczenia:

• Szczytowy przepływ
• Średni przepływ

Wybierz według rodzaju żywności

Różne rodzaje żywności:

Wymagania dotyczące poziomu tlenu resztkowego są różne.

Na przykład:

• Chipsy ziemniaczane: 95%~99%
• Kawa: 99,9%
• Mleko w proszku: 99,99%

Wybierz według metody produkcji

Przedsiębiorstwa produkcyjne ciągłe:

Sugestia:

• Kopia zapasowa dwóch maszyn
• Automatyczne przełączanie
• Zdalne monitorowanie

Analiza zużycia energii generatora azotu spożywczego

W systemach produkcji azotu spożywczego:

Największym źródłem energii nie jest generator azotu.

Zamiast tego:

Sprężarka powietrza.

Ogólnie:

Zużycie energii sprężonego powietrza stanowi ponad 80% całego systemu.

Czynniki wpływające na zużycie energii

Czystość azotu

Im wyższa czystość:

Większe zużycie powietrza.

Wydajność sprężarki powietrza

Niewydajne sprężarki powietrza:

Znacznie zwiększy to koszty eksploatacji.

Współczynnik wycieku

Wiele fabryk:

Wyciek z rurociągu przekracza 20%.

Ustawienie ciśnienia

Nadmierne naprężenie:

Zwiększy to zużycie energii sprężania.

Środki oszczędzania energii

Użyj sprężarki powietrza o zmiennej prędkości obrotowej

Zmniejsz zużycie energii przy częściowym obciążeniu.

Zoptymalizuj projekt rurociągu

Zmniejsz spadek ciśnienia.

Dodaj zbiornik magazynowania gazu

Zmniejsz częstotliwość ładowania.

Regularne kontrole szczelności

Zmniejsz straty azotu.

Konserwacja generatora azotu spożywczego

Kontrola rutynowa

Obejmuje:

• ciśnienie
• przepływ
• czystość
• Punkt rosy

Regularnie wymieniaj filtr

Zatkany filtr może spowodować:

• Zwiększony spadek ciśnienia
• Zwiększone zużycie energii

Sprawdź zawory

Zawory pneumatyczne to elementy o wysokiej częstotliwości pracy.

Łatwo się zużywają.

Sprawdź stan sita molekularnego

jeśli:

• Czystość spada przez długi czas
• Zwiększone zużycie powietrza

Sito molekularne może wymagać wymiany.

Konserwacja systemu odprowadzania wody

Automatyczny spustusterka:

Spowoduje to przedostanie się dużej ilości wody do systemu.

Norma branżowa dla generatorów azotu spożywczego

Przemysł spożywczy ma wysokie wymagania dotyczące systemów azotu.

Często obejmuje:

Normy bezpieczeństwa żywności

Na przykład:

• HACCP
• GMP
• FDAwymagania dotyczące kontaktu z żywnością

Normy dotyczące sprężonego powietrza

Często cytowane:

Norma jakości sprężonego powietrza ISO 8573.

Kluczowe obszary kontroli:

• zawartość oleju
• Zawartość wilgoci
• Rozmiar cząstek

Specyfikacje naczyń ciśnieniowych

Zbiorniki magazynowe gazu i naczynia ciśnieniowe:

Muszą być zgodne z odpowiednimi przepisami bezpieczeństwa.

Trend rozwoju rynku generatorów azotu spożywczego

Wysoka czystość

Wraz z rosnącymi wymaganiami dotyczącymi konserwacji żywności:

Popyt stopniowo rośnie w tempie powyżej 99,99%.

Inteligentny

Przyszłe systemy będą bardziej wykorzystywać:

• Inteligentne sterowanie PLC
• Zdalne monitorowanie
• IoT
• AI przewiduje konserwację

Oszczędność energii

Zmniejszenie zużycia energii sprężonego powietrza:

Stało się kluczowym celem branży.

Modułowy

Coraz więcej firm przyjmuje:

Systemy montowane na ramiezintegrowany system.

Wygodny:

• Szybka instalacja
• Rozbudowa i modernizacja

Bezolejowy

Przemysł spożywczy stopniowo wycofuje tradycyjne sprężarki powietrza z wtryskiem oleju.

Popyt na systemy powietrza bezolejowego szybko rośnie.

Przyszłe kierunki technologiczne dla generatorów azotu spożywczego

Przyszły rozwój technologii generowania azotu dla żywności skoncentruje się na:

• Niskoenergetyczne sita molekularne węglowe
• Wysokowydajna kontrola przepływu powietrza
• Inteligentna regulacja czystości zasilana przez AI
• Zdalna diagnostyka usterek
• Obróbka powietrza o ultra-niskim punkcie rosy
• Zintegrowany inteligentny system dostarczania gazu

W tym samym czasie:

Przemysł spożywczy dla:

• Oczyszczanie
• automatyzacja
• stabilność
• Bezpieczeństwo żywności

Wymagania będą coraz wyższe.

Generatory azotu do przetwórstwa żywności ewoluowały od tradycyjnych urządzeń pomocniczych do ważnego systemu podstawowego w nowoczesnym przemyśle spożywczym.

Dla firm spożywczych:

Stabilny, bezpieczny i energooszczędny system dostarczania azotu jest nie tylko związany z efektem konserwacji żywności, ale także bezpośrednio wpływa na:

• Jakość produktu
• Wydajność produkcji
• Koszty energii
• Bezpieczeństwo żywności
• Konkurencyjność przedsiębiorstwa

W przyszłości, wraz z modernizacją opakowań żywności i rozwojem inteligentnej produkcji, generatory azotu spożywczego będą wykorzystywane w:

• Konserwacja żywności
• Pakowanie aseptyczne
• Inteligentna fabryka