改良大气包装的现场氮气生成
在食品和饮料行业，从产品离开生产线的那一刻起，时钟就开始倒计时，直到该产品不再适合销售或消费。为了与时间斗争，改进的大气包装(MAP)技术被用来帮助保持产品的新鲜度和延长保质期。对于公司的包装需求来说，氮是最具成本效益、最高效和最广泛使用的工业解决方案，无论是用于制造奶酪、咖啡、干燥的零食，还是新鲜的即食食品。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的时间，最终增加分销范围(图1)。
图1:当使用适当的氮气纯度时，改性大气包装可以大大延长产品的保质期。
绝大多数的生产厂家都是通过批量交货来购买氮气的。然而，还有一个更好、更可持续的选择:为了实现自给自足，制造商可以通过现场氮气发生器生产自己的氮气。这不仅消除了与散装运输和存储相关的持续成本，而且还大大提高了安全性。
如果一家企业还没有生产自己的氮气，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，每一种方法都有额外的成本和安全考虑。
供氮钢瓶
高压气瓶是大宗天然气供应中最昂贵的一种形式，使用高压气瓶有许多隐藏的成本。
- 安全：如果它们被击倒或误操作，高压缸很危险。当它们移至存储或存储时，需要直接监督。即使是空的，气缸也非常沉重，如果他们跌倒，可能会造成伤害。此外，如果没有正确完成，更换高压线可能是危险的，并且当它们没有正确固定时，转动线路可以导致爆炸性结果。
- 氮废物:由于压力的不断下降和杂质的积累，从物理上讲，要把每一立方英尺的气体从钢瓶中取出是不可能的。因此，当一家企业将“空”气瓶返还给天然气公司时，他们实际上返还了大约10%的天然气。
- 产品损害/损失:如果操作人员没有监测天然气供应水平，并且在运行过程中忘记更换储气罐，那么产品可能会损坏或完全丢失。在没有氮气的情况下运行也会得到同样的结果。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。
- 租赁费用:许多公司也可能支付汽缸或油箱的租金。企业应该意识到合同的存在，以避免额外的租金。
- 物流成本增加如果一家企业在偏远地区或天然气供应商的主要路线以外经营，他们可能会熟悉因供应不及时而造成的问题。它经常导致生产延迟或不得不完全拒绝新的业务。
杜瓦酒的缺点
用于供应散装氮的另一种常见的解决方案是将液体直接输送到设施。气体通常储存在凹痕中，大型不锈钢罐，其中包含液氮体积。除了一个特别独特的担忧之外，它们还与气瓶分享了所有上述问题：缺血。脱气是所有类型的气体储存常见的问题，因为液氮不断地转化为气体。因此，气体从露珠泄漏。因此，如果一家公司不断使用他们的供应，那就慢慢浪费了。
用于氮气供应的散装储罐
虽然公司不必担心操作员责任或工作场所安全，但散装储罐有自己的隐藏成本。
- 脱气：就像露珠一样，脱气也是坦克的一个主要问题。
- 安装/租金成本:散装罐可以非常大（平均而言，它们的高度为10至50英尺，占地25至100平方英尺），必须安装在设施之外，这意味着它们需要相当于平方英尺的平方英尺。此外，设备租赁和维护的每月付款。最后，根据公司需求的程度，批量交付费用可能适用。
- 长合同：大宗供应商通常会将企业与多年合同捆绑在一起(平均为5至10年)，并会起诉企业提前退出，从而限制了企业找到更好交易或解决方案的能力。
切换到现场产氮
最终，从批量供应转向现场生产氮气的主要理由是投资回报。然而，这看起来相当复杂，因为天然气成本受许多变量的影响，这些变量可能因状态而异。执行成本分析演示了如何快速获得回报，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变化，但图2中提供了一些一般业务可能涉及的批量供应成本的典型例子。
图2:尽管各个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到现场生产氮气的典型roi。
如图2所示，交付，租赁费用和危险指控促进年费多数。此外，气缸或杜瓦供应的前端费用不考虑与施氮量，储存和潜在产品浪费有关的任何额外成本。通过现场的氮生成，有机会将这种潜在损失重新运行到运营改进，例如建立更多的生产线，升级现有设备甚至招聘/培训员工。
揭开现场氮气发生器的神秘面纱
氮气发生器并不是什么新鲜事物:然而，制造业的普遍认识相当低，因此，现场氮气发生器还没有达到高水平的市场渗透。此外，所涉及的技术在最近几年有了显著的进步，而大多数关于产氮的观念已经过时了。
在食品饮料行业，主要采用变压吸附(PSA)制氮技术，其工作方式相对简单。每台发生器由碳分子筛(CMS)材料组成，包装在双压力容器中。压缩空气被送入这些容器，由于分子的大小，筛会吸附氧气，同时让氮气通过。当氧气在血管中积累时，通过压缩和减压的循环将其清除(因此，变压吸附)。
氮气发生器具有多种形状和尺寸，但它们都需要压缩空气来操作。完全独立的系统包括进料到氮气发生器的空气压缩机，过滤和干燥系统。但是，由于可以设置发电机，因此可能不需要投资，因为可以设置发电机以从现有的压缩空气系统运行。在流速速率方面，氮产生系统包括发电机和缓冲罐。当发电机循环时，缓冲罐确保氮流速从未受到下游。
图3:独立的氮气生成系统包括空气压缩机、过滤和干燥系统，供氮气发生器使用。
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适当的压缩空气净化生成氮气
压缩空气质量对现场氮气发生器的正常运行至关重要。例如，Peak Industrial i-Flow nitrogen generator要求压缩空气符合ISO 8573-1:2010 Class 1.2.1规范(如图4所示)。这意味着在进入发生器之前，压缩空气必须经过两级过滤系统过滤，以去除几乎所有的微粒。与碳过滤器一起去除任何油蒸汽。本规范还要求用干燥剂干燥器将空气干燥至-40°F露点。只要有清洁、干燥的压缩空气提供给发电机，它就可以在没有监督的情况下有效地运行。然而，如果不满足这些规格，可能会导致设备寿命缩短和性能降低。
图4：来自峰值工业的现场氮气发生器需要压缩空气，符合ISO 8573-1：2010年级1.2.1规格。
关键氮气规格:流量、纯度和压力
为了开发一个商业用的氮气生成系统，需要三个规格点:流量、纯度和压力。简单地说，终端用户需要知道使用了多少氮气，需要的纯度是多少，以及下游所需的输送压力。
在食品和饮料行业内，大多数应用是低压（亚100psig或靠近大气），并且需要99到99.99％之间的纯度水平（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，所需的压缩空气量越大，因此增加了成本）．流速也将根据设备和生产要求而异。为了建立所需的内容，与包装设备制造商的咨询通常是最佳的开始。
安装、基础设施和分布
在比较不同的氮气发生器制造商时，安装空间和基础设施变化。在过去，随着需要大于20英尺高的天花板的双塔氮气发生器，单独的大小将使公司成为考虑该技术的公司。然而，单位的大小随着时间的推移而发生巨大变化。
Peak Industrial的i-Flow发电机高度在6英尺以下，采用模块化设计，这意味着它们可以使用额外的CMS柱进行扩展，或使用多个单元并行工作(图5)。这允许低成本和集成的灵活性增长，而无需对工作空间进行重大改变。此外，在大多数情况下，在基础设施或从发电机中分配氮气方面没有特殊要求(即它将使用现有的分配线路)，并且不需要公司规格以外的特殊材料。
图5:Peak Industrial i-Flow nitrogen generators是模块化的，一个系统可以使用多个单元并行工作。
为什么投资现场的氮生物是有道理的
本文所涵盖的信息有助于证明现场氮气发生器是为制造设施提供氮气的最具成本效益和可持续的方法。它们可以提供任何流动，压力和纯度水平。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（平均）在6至18个月内支付。这种投资不仅最大限度地减少了持续供应成本对公司的底线的影响，但它也有助于采取措施迈进自给自足。
更多信息，联系Peak Industrial，电话:1-866-647-1649，邮箱:marketing@peakindustrial.com,或者访问www.peakindustrial.com．
想了解更多关于产氮的信息，请访问m.ghtac.com/technology/air-treatment．
