Na fabricação moderna de alimentos, manter o frescor, a aparência, o sabor e a qualidade consistente dos produtos é um importante objetivo de produção. O nitrogênio é amplamente utilizado no processamento e na embalagem de alimentos porque pode ajudar a criar um ambiente com baixo teor de oxigênio ao redor dos produtos e reduzir a oxidação indesejada em aplicações adequadas.
Um gerador de nitrogênio para uma fábrica de alimentos permite que os fabricantes produzam nitrogênio no próprio local a partir de ar comprimido. Em vez de depender totalmente de cilindros ou entregas de gás a granel, as fábricas podem gerar nitrogênio de acordo com seu cronograma de produção e seus requisitos de consumo.
Para uma visão mais ampla dos requisitos de ar comprimido e tratamento de gases nesse setor, consulte as aplicações da Lingyu para alimentos e bebidas.
Por que o nitrogênio é importante na produção de alimentos?
A exposição ao oxigênio pode contribuir para alterações na cor, sabor, aroma e outras características de qualidade dos alimentos. Em processos adequados, o nitrogênio pode ser utilizado para deslocar ou reduzir o oxigênio ao redor de um produto, ajudando a criar um ambiente mais controlado de processamento, armazenamento ou embalagem.
Entre os possíveis benefícios estão:
- Redução da oxidação
- Melhor proteção da aparência e do sabor do produto
- Maior consistência da embalagem
- Proteção de produtos sensíveis ao oxigênio
- Condições de armazenamento mais controladas
- Redução da concentração de oxigênio dentro das embalagens ou no espaço livre dos tanques
O efeito real depende do produto alimentício, material da embalagem, nível desejado de oxigênio residual, condições de armazenamento, temperatura e projeto geral do processo.
Para uma explicação mais específica dessa aplicação, consulte como o nitrogênio pode contribuir para a conservação dos alimentos e a proteção da vida útil.
O que é um gerador de nitrogênio para uma fábrica de alimentos?
Um gerador de nitrogênio é um sistema de produção de gás no local que separa o nitrogênio do ar comprimido e o fornece para equipamentos de processamento, embalagem, armazenamento ou outras aplicações adequadas na produção de alimentos.
Um sistema típico pode incluir:
- Compressor de ar
- Reservatório de ar
- Secador de ar comprimido
- Sistema de filtragem
- Gerador de nitrogênio PSA
- Tanque pulmão de nitrogênio
- Analisador de gás
- Equipamentos de controle de pressão
- Tubulação de distribuição
Em vez de considerar o gerador de nitrogênio como uma máquina independente, os fabricantes de alimentos devem avaliar o sistema completo, desde a geração e o tratamento do ar comprimido até o armazenamento do nitrogênio e seu fornecimento ao ponto de uso.
O gerador de nitrogênio PSA da Lingyu pode ser configurado para diferentes requisitos de pureza e capacidade de produção de nitrogênio.
Como funciona a geração de nitrogênio PSA?
Os sistemas industriais de geração de nitrogênio da Lingyu utilizam a tecnologia de Adsorção por Oscilação de Pressão (PSA).
Dentro do gerador PSA, duas torres de adsorção são preenchidas com Peneira Molecular de Carbono (CMS). O ar comprimido condicionado entra em uma das torres, onde o oxigênio é adsorvido preferencialmente pela CMS, enquanto o nitrogênio passa pelo leito como gás produto.
Enquanto uma torre produz nitrogênio, a outra é despressurizada e regenerada. As torres alternam automaticamente para manter a produção contínua de nitrogênio.
Dependendo da configuração do sistema, as funções de monitoramento e controle podem incluir medição da pureza do nitrogênio, monitoramento da vazão, operação baseada em PLC, alarmes e gerenciamento de gás fora da especificação.
Para uma explicação técnica mais detalhada, consulte como funciona a geração de nitrogênio PSA.
Aplicações comuns do nitrogênio em fábricas de alimentos
Embalagem em atmosfera modificada
A Embalagem em Atmosfera Modificada, ou MAP, utiliza uma composição controlada de gases dentro da embalagem, em vez de manter o ar atmosférico comum ao redor do alimento.
O nitrogênio pode ser utilizado como parte de uma mistura de gases ou como gás de injeção para reduzir a concentração de oxigênio.
Essa abordagem pode ser útil para alimentos embalados nos quais a oxidação, a estabilidade da embalagem ou o gerenciamento da vida útil são importantes.
A pureza necessária do nitrogênio e a composição do gás devem ser determinadas de acordo com o produto, o nível desejado de oxigênio residual, o equipamento de embalagem e os requisitos do processo, em vez de aplicar uma única especificação a todas as aplicações de MAP.
Embalagem de snacks, castanhas e produtos de panificação
Produtos como batatas chips, castanhas, biscoitos salgados e determinados produtos de panificação podem ser sensíveis à oxidação e à exposição ambiental.
A injeção de nitrogênio pode ajudar a reduzir o oxigênio dentro da embalagem e, ao mesmo tempo, proporcionar uma atmosfera controlada.
Para linhas de embalagem de alta velocidade, o dimensionamento do gerador deve considerar não apenas o consumo médio de nitrogênio, mas também os requisitos de vazão de curta duração durante os ciclos de enchimento e injeção.
Quando várias máquinas de embalagem operam simultaneamente, a demanda de pico de gás pode ser consideravelmente maior do que o consumo médio de uma única linha.
Armazenamento de óleos comestíveis e alimentos líquidos
O nitrogênio pode ser introduzido no espaço livre de tanques de armazenamento para reduzir o contato entre o produto e o oxigênio atmosférico.
Esse tipo de inertização pode ser útil para líquidos sensíveis à oxidação, como óleos comestíveis e determinados processos com alimentos líquidos ou bebidas.
Ao projetar um sistema de inertização, os engenheiros devem considerar:
- Volume do tanque
- Taxa de enchimento
- Taxa de esvaziamento
- Pressão de operação
- Concentração desejada de oxigênio
- Requisitos de vazão de nitrogênio
- Configurações de ventilação e controle de pressão
Portanto, o gerador deve ser dimensionado de acordo com as condições reais de operação do tanque, e não apenas com seu volume.
Processamento de bebidas
O nitrogênio também pode ser utilizado em determinadas operações de produção de bebidas para inertização, embalagem, suporte ao processo ou pressurização controlada.
Como os processos de bebidas variam consideravelmente, a pureza, pressão, vazão e qualidade do nitrogênio devem ser adequadas aos equipamentos de produção e aos requisitos reais do produto.
Para um exemplo mais específico nesse setor, consulte a aplicação de geradores de nitrogênio da Lingyu para produção de cerveja e bebidas.
Qual deve ser a pureza do nitrogênio para a produção de alimentos?
Não existe uma única pureza de nitrogênio correta para todas as fábricas de alimentos ou processos de embalagem.
O nível necessário pode depender de fatores como:
- Tipo de alimento
- Sensibilidade do produto ao oxigênio
- Processo de embalagem
- Nível desejado de oxigênio residual
- Período de armazenamento
- Velocidade de enchimento
- Consumo de gás
- Requisitos de controle de qualidade
A linha de geradores de nitrogênio PSA da Lingyu inclui configurações que atendem a diferentes requisitos de pureza.
O ponto importante é que uma pureza mais elevada não deve ser especificada automaticamente, a menos que o processo realmente a exija.
O aumento da pureza do nitrogênio pode afetar a recuperação de nitrogênio, a capacidade disponível do gerador e o consumo de ar comprimido. Portanto, especificar desnecessariamente uma pureza muito elevada pode aumentar o tamanho do sistema ou o custo operacional sem proporcionar um benefício correspondente ao processo.
Para linhas de produção nas quais esse nível de pureza corresponde ao requisito real, pode ser considerado um gerador de nitrogênio com pureza de 99,5%.
A especificação final deve ser adequada ao processo real de embalagem, ao nível aceitável de oxigênio residual, aos requisitos do produto e aos procedimentos de qualidade aplicáveis.
Vazão e demanda de pico de gás
O dimensionamento correto de um gerador de nitrogênio exige mais do que conhecer a pureza desejada.
As linhas de embalagem de alimentos frequentemente apresentam uma demanda de gás intermitente ou que varia rapidamente. Várias máquinas de embalagem também podem consumir nitrogênio simultaneamente.
Ao selecionar um sistema, determine:
- Consumo médio de nitrogênio
- Consumo de pico de nitrogênio
- Número de máquinas de embalagem
- Taxa de operação simultânea
- Número de turnos de produção por dia
- Características do ciclo de embalagem
- Expansão futura planejada
Um tanque pulmão de nitrogênio pode ajudar a atender a picos de demanda de curta duração, permitindo que o gerador opere com uma taxa de produção mais estável.
Isso pode ser especialmente importante em fábricas onde várias linhas de embalagem ou processamento compartilham um único sistema de nitrogênio.
Por que a qualidade do ar comprimido é importante?
Um gerador de nitrogênio PSA depende do ar comprimido como gás de alimentação.
Umidade, óleo e contaminação por partículas podem afetar filtros, válvulas pneumáticas, CMS, analisadores, tubulações e a confiabilidade geral do sistema. Portanto, o pré-tratamento adequado do ar comprimido é uma parte importante do sistema de geração de nitrogênio.
Dependendo das condições do ar de entrada e do sistema selecionado, o tratamento pode incluir:
- Separação de ar ou remoção de umidade
- Secagem do ar comprimido
- Pré-filtragem
- Filtragem para remoção de óleo
- Filtragem fina de partículas
Um filtro de precisão para ar comprimido adequado pode fazer parte desse sistema de tratamento de ar a montante.
As condições operacionais padrão dos sistemas PSA da Lingyu incluem uma faixa de pressão do ar de entrada de aproximadamente 0,5–0,8 MPa, temperatura máxima de entrada de aproximadamente 40 °C e desempenho do ponto de orvalho do nitrogênio de aproximadamente −40 °C ou inferior nas condições especificadas.
Esses valores operacionais devem ser compatibilizados com as condições reais do local e os requisitos do processo a jusante durante a seleção do sistema.
O monitoramento da qualidade do gás é importante
Em ambientes de produção de alimentos, manter a qualidade exigida do gás durante toda a operação é mais importante do que simplesmente atingir a pureza desejada durante o comissionamento inicial.
Portanto, um sistema de nitrogênio deve oferecer monitoramento e controles de processo adequados à aplicação.
Dependendo da configuração, essas funções podem incluir:
- Monitoramento da pureza do nitrogênio
- Monitoramento da vazão de nitrogênio
- Monitoramento de pressão
- Exibição do estado operacional
- Funções de alarme
- Gerenciamento de nitrogênio fora da especificação
- Operação automática baseada em PLC
Essas funções permitem que os operadores determinem se o sistema de geração de nitrogênio permanece dentro das condições operacionais exigidas.
Quando a qualidade do produto depende da manutenção de um nível específico de oxigênio residual, a resposta do sistema ao nitrogênio fora da especificação deve ser considerada durante o projeto.
Nitrogênio de grau alimentício: uma especificação que exige atenção
A expressão “nitrogênio de grau alimentício” não deve ser entendida como significando apenas uma determinada porcentagem de pureza do nitrogênio.
A pureza do nitrogênio descreve sua concentração, mas a adequação do gás para aplicações alimentícias também pode depender do controle de contaminantes, da qualidade do gás, das práticas de produção e dos requisitos regulatórios ou dos clientes aplicáveis.
Dependendo da aplicação e da jurisdição, a avaliação do sistema pode precisar considerar:
- Pureza do nitrogênio
- Oxigênio residual
- Umidade
- Contaminação por óleo
- Contaminação por partículas
- Filtragem
- Materiais expostos ao fluxo de gás
- Verificação da qualidade do gás
- Requisitos aplicáveis à produção de alimentos
Portanto, em vez de perguntar apenas se um gerador de nitrogênio é “de grau alimentício”, os compradores devem definir a especificação necessária do gás e identificar quaisquer requisitos regulatórios, de clientes ou de qualidade da fábrica que sejam aplicáveis.
A pureza declarada de um gerador de nitrogênio, por si só, não estabelece conformidade com todas as normas relacionadas ao contato ou processamento de alimentos.
Vantagens da geração de nitrogênio no local
Para instalações de produção de alimentos com demanda regular de nitrogênio, a geração no local pode proporcionar várias vantagens operacionais.
Disponibilidade contínua de nitrogênio
O nitrogênio pode ser produzido de acordo com o cronograma de produção da fábrica, reduzindo a dependência da substituição de cilindros ou do momento das entregas externas.
Menor logística de gás
A geração no local pode reduzir o manuseio de cilindros, o transporte e alguns requisitos de armazenamento associados ao gás fornecido externamente.
Maior controle sobre o fornecimento de nitrogênio
As fábricas podem monitorar diretamente no local a produção de nitrogênio e os parâmetros operacionais relevantes.
Planejamento flexível de capacidade
A capacidade do gerador e o armazenamento de nitrogênio podem ser dimensionados de acordo com as linhas de embalagem, os turnos de produção, a demanda de pico e a expansão prevista.
Possíveis benefícios de custo operacional
Para instalações com consumo de nitrogênio suficientemente regular, a geração no local pode reduzir alguns custos recorrentes de logística e fornecimento associados ao gás entregue.
No entanto, não se deve presumir uma vantagem econômica para todas as fábricas. O resultado depende do consumo de nitrogênio, da pureza necessária, do uso de ar comprimido, do custo da eletricidade, da manutenção, das horas de operação e do custo dos métodos alternativos de fornecimento.
Geração no local vs. nitrogênio fornecido externamente
A geração de nitrogênio no local não é automaticamente a melhor opção para todas as instalações de produção de alimentos.
Usuários de baixo volume ou consumo ocasional podem considerar os cilindros práticos, enquanto instalações maiores podem já dispor de infraestrutura adequada para gás a granel.
Uma comparação relevante deve incluir:
- Consumo anual de nitrogênio
- Pureza necessária
- Pressão necessária
- Preço do gás fornecido
- Aluguel de cilindros ou custos de armazenamento a granel
- Custos de entrega e logística
- Consumo de energia do compressor
- Manutenção do secador e dos filtros
- Manutenção do gerador de nitrogênio
- Requisitos de armazenamento
- Horas de operação previstas
A decisão deve ser baseada no custo de longo prazo do nitrogênio utilizável no ponto de uso, e não apenas no preço inicial do equipamento.
Para uma abordagem de engenharia mais ampla sobre pureza, vazão, pressão, demanda de ar comprimido e dimensionamento do sistema, consulte o guia de especificações de geradores de nitrogênio.
O que considerar antes de selecionar um gerador de nitrogênio para uma fábrica de alimentos
Antes de solicitar uma cotação, o fabricante de alimentos deve, idealmente, definir:
- Pureza necessária do nitrogênio ou nível máximo de oxigênio residual
- Consumo médio de nitrogênio
- Consumo de pico de nitrogênio
- Pressão de saída necessária
- Número de linhas de produção ou embalagem
- Horas de operação
- Capacidade do compressor existente
- Qualidade do ar comprimido
- Ponto de orvalho necessário do nitrogênio
- Temperatura do local
- Condições de instalação
- Requisitos aplicáveis ao produto ou à qualidade
- Expansão futura prevista
Esses valores fornecem uma base muito melhor para dimensionar o gerador de nitrogênio, os equipamentos de tratamento de ar comprimido, a capacidade de armazenamento, os controles e o sistema de distribuição.
Uma pureza mais elevada ou uma maior capacidade do gerador não devem ser selecionadas automaticamente. O objetivo é fornecer a qualidade e a quantidade de nitrogênio necessárias nas condições reais de operação.
Confiabilidade e manutenção do sistema
As linhas de produção de alimentos podem operar continuamente ou em turnos de produção rigorosamente programados, portanto a confiabilidade do sistema deve ser considerada durante a seleção dos equipamentos.
A manutenção de rotina pode incluir:
- Substituição dos elementos filtrantes
- Inspeção dos drenos
- Inspeção das válvulas
- Calibração do analisador de gás
- Verificação da condição da CMS
- Manutenção do secador de ar
- Inspeção dos instrumentos de pressão
- Inspeção dos instrumentos de vazão
O tratamento do ar comprimido a montante deve ser mantido como parte do sistema completo de nitrogênio, e não tratado como um equipamento não relacionado.
A manutenção preventiva ajuda a manter uma qualidade consistente do nitrogênio e a reduzir o risco de interrupções inesperadas da produção.
Conclusão
Um gerador de nitrogênio para uma fábrica de alimentos pode proporcionar uma fonte de nitrogênio no local para embalagem, inertização, armazenamento, processamento de bebidas e outras aplicações adequadas na fabricação de alimentos.
No entanto, o sistema correto não deve ser selecionado apenas de acordo com a pureza do nitrogênio.
Pureza do nitrogênio, oxigênio residual, vazão de pico, pressão, capacidade de ar comprimido, qualidade do ar, filtragem, armazenamento, monitoramento, requisitos do processo e condições operacionais devem ser avaliados em conjunto.
Para muitas fábricas, a solução mais adequada não é necessariamente o sistema com a maior pureza de nitrogênio disponível. É o sistema que fornece de forma consistente a qualidade, a vazão e a pressão do gás exigidas pelo processo real de produção de alimentos, mantendo eficiência operacional e custo de ciclo de vida aceitáveis.
Consulte a linha de geradores de nitrogênio da Lingyu informando sua aplicação, pureza de nitrogênio necessária, vazão, pressão, condições do ar comprimido e cronograma de produção para obter suporte na seleção do sistema.
