改性常压包装的现场制氮

在食品和饮料行业，产品离开生产线的那一刻，时钟就开始滴答作响，直到该产品不再适合销售或消费。为了应对这种情况，改进的大气包装（MAP）技术被用来帮助保持产品新鲜度和延长保质期。氮气是满足公司包装需求的最具成本效益、最高效和最广泛使用的行业解决方案，无论是用于制造奶酪、咖啡、干零食还是新鲜即食（RTE）食品。MAP还有助于减少污染或变质的机会，使产品在市场上停留更长时间，并最终增加分销范围（图1）。

图1：当使用适当的氮气纯度时，经改进的常压包装可大大延长产品的保质期。

绝大多数制造商通过批量交付购买氮气。然而，还有一个更好、更可持续的选择：为了实现自给自足，制造商可以使用现场氮气发生器自行生产氮气。这不仅消除了与批量交付和存储相关的持续成本，而且大大提高了安全性。

如果一家企业还没有自己生产氮气，那么向工厂供应氮气的方式主要有三种：钢瓶、杜瓦瓶和散装液体罐。除了交付这些物资的成本外，每种方法都有额外的成本和安全考虑。

供氮气瓶

高压气瓶是最昂贵的大宗天然气供应形式，其使用存在许多潜在成本。

• 安全:高压钢瓶如果被碰倒或操作不当是危险的。当它们被移至或移出仓库时，需要直接监督。即使是空的，钢瓶也很重，如果它们掉下来会造成伤害。此外，如果操作不当，更换高压管线可能是危险的，当管线没有正确固定时，打开它们可能会导致爆炸性结果。

• 氮废物：由于压力的逐渐下降和杂质的积累，从气瓶中取出每立方英尺的气体在物理上是不可能的。因此，当一家企业将“空”气瓶返还给一家天然气公司时，他们实际上是在返还大约10%的天然气。

• 产品损坏/丢失：如果操作员不监控供气水平，忘记在运行过程中切换油箱，则产品可能被损坏或完全丢失。在没有氮气的情况下运行会得到相同的结果。这是一个相当大的负担，通常需要额外的系统来监控。如果不这样做，可能会导致巨大的成本。

• 租金：许多公司还可能支付气瓶或储罐的租赁费。企业应了解合同，以避免额外的租赁费用。

• 增加物流成本：如果企业在偏远地区或天然气供应商的主要路线之外运营，他们可能会熟悉供应不及时造成的问题。它经常导致生产延迟或不得不完全拒绝新业务。

杜瓦瓶的缺点

另一种供应散装氮气的常见解决方案是将液体直接输送到设备。这种气体通常储存在杜瓦瓶中，杜瓦瓶是一种大型不锈钢容器，里面装有一定量的液氮。它们与气瓶有所有上述的问题，除了一个特别独特的问题:排气。由于液氮不断地被转化为气体，气体逸出是所有类型的气态液体存储中普遍存在的问题。因此，气体从杜瓦瓶中泄漏。因此，如果一家公司不经常使用他们的供应，它就会慢慢地被浪费掉。

供氮的散装储罐

虽然公司不必担心运营商的责任或工作场所的安全，但散装储罐有自己的一套隐性成本。

• 浓浓的:就像杜瓦瓶一样，排气也是坦克的一个主要问题。

• 安装/租赁费用：散装储罐可能相当大(它们的平均高度为10至50英尺，占地25至100平方英尺)，必须安装在设施外，这意味着它们需要相当大的面积。此外，还有每月支付的设备租金和维修费。最后，根据公司的需求，可能会收取批量送货的费用。

• 长期合同:大宗供应商通常会将业务与多年期合同（平均5至10年）捆绑在一起，并会因提前退出而起诉，从而限制公司找到更好交易或解决方案的能力。

改为现场制氮

最终，从批量供应转向现场制氮的主要理由是投资回报。然而，这似乎相当复杂，因为天然气成本受许多变量的影响，这些变量可能因州而异。执行成本分析表明，可以以多快的速度获得回报，并随后重新投资到业务中。虽然每个项目的范围将根据业务需求而有所不同，但图2中提供了一些与一般业务相关的批量供应成本的典型示例。

图2：尽管各州的天然气成本不同，项目范围也不同，但该图表提供了从批量供应转换为现场制氮的典型ROI。

如图2所示，运输、租金和危险品费用占年成本的很大一部分。此外，气体钢瓶或杜瓦瓶供应的前期费用不考虑任何与劳动力、存储和潜在的产品损耗有关的额外成本，当氮气供应耗尽。通过现场产氮，有机会将这些潜在损失重新用于运营改进，如建造更多的生产线，升级现有设备，甚至雇佣/培训员工。

现场氮气发生器的去污

氮气发生器并不是什么新鲜事：然而，制造业的普遍认识一直很低，因此，现场氮气发生器尚未达到较高的市场渗透率。此外，所涉及的技术在最近几年有了显著的进步，而且大多数对制氮的看法已经过时。

对于食品和饮料行业，用于制氮的主要技术是变压吸附（PSA），其工作方式相对简单。每个发生器由碳分子筛（CMS）材料组成，装入双压力容器中。压缩空气被送入这些容器，由于分子大小的原因，分子筛吸附氧气，同时允许氮气通过。当氧气在容器中积聚时，通过压缩和减压循环（因此，变压吸附）将其净化。

氮气发生器有各种形状和大小，但它们都需要压缩空气来运转。一个完全独立的系统包括一个空气压缩机，过滤和干燥系统，饲料进入氮发生器。然而，在这方面的投资可能是不必要的，因为发电机可以从现有的压缩空气系统运行。就流量而言，氮气产生系统包括一个发生器和一个缓冲槽。随着发电机的循环，缓冲槽确保氮气流量不会影响下游。

图3：自给式氮气生成系统包括一个空气压缩机、过滤和干燥系统，这些系统向氮气发生器供气。

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用于制氮的适当压缩空气净化

压缩空气质量对于现场氮气发生器的正常运行至关重要。例如，Peak Industrial i-Flow氮气发生器需要符合ISO 8573-1:2010 1.2.1级规范的压缩空气（如图4所示）。这意味着在进入发电机之前，必须通过两级过滤系统过滤压缩空气，以去除几乎所有微粒，同时使用碳过滤器去除任何油蒸气。本规范还要求使用干燥剂干燥器将空气干燥至-40°F露点。只要向发电机提供干净、干燥的压缩空气，发电机就可以在没有监督的情况下有效运行。但是，不符合这些规范可能会导致设备寿命缩短和性能降低。

图4:Peak Industrial公司的现场氮气发生器需要满足ISO 8573-1:2010 1.2.1类规范的压缩空气。

关键氮气规格：流速、纯度和压力

为企业开发氮气生成系统，需要三个规范点：流速、纯度和压力。简单地说，最终用户需要知道使用了多少氮气，需要多少纯度，以及下游需要的输送压力。

在食品和饮料行业，大多数应用是低压(低于100 psig，或接近大气压)，要求纯度水平介于99和99.99%之间(如图1所示)。包装设备将调节适合其自身操作的气体压力。纯度要求取决于产品类型(平均99.9%就足够了——纯度要求越高，所需压缩空气的数量就越多，从而增加成本)。流量也会根据设备和生产要求而变化。要确定需要什么，咨询包装设备制造商通常是最好的开始。

安装、基础设施和分销

氮气发生器厂家不同，安装空间和基础设施也不同。在过去，像双塔氮气发生器这样的设备需要超过20英尺的天花板，单是尺寸就会让公司放弃考虑这项技术。然而，随着时间的推移，单位的大小发生了巨大的变化。

Peak Industrial的i-Flow发生器高度低于6英尺，采用模块化设计，这意味着它们可以通过额外的CMS柱进行扩展，或者通过并联工作的多个装置进行构建（图5）。这允许以低成本和集成灵活地增长，而无需对工作区进行重大更改。此外，在大多数情况下，在发电机的基础设施或氮气分配方面没有特殊要求（即，它将使用现有的分配管线），公司规范之外也不需要特殊材料。

图5:Peak Industrial i-Flow氮气发生器是模块化的，系统可以使用并联工作的多个装置。

为什么投资现场制氮是有意义的

本文所涉及的信息有助于证明，现场氮气发生器是为生产设施提供氮气的最具成本效益和可持续的方法。他们可以提供任何水平的流量，压力和纯度。虽然初始资本投资可能略高于批量交付，但投资将在6至18个月内收回成本(平均)。这样的投资不仅将持续的供应成本对公司底线的影响降到最低，而且还有助于采取措施实现自给自足。

有关更多信息，请联系Peak Industrial，电话：1-866-647-1649，电子邮件：marketing@peakindustrial.com，或参观www.peakindustrial.com.

欲了解更多有关氮生成的信息，请访问www.ghtac.com/technology/air-treatment.

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