Stickstoffgeneratoren für Lebensmittelindustrie und Getränkeproduktion
Ein Stickstoffgenerator erzeugt das Gas für Lebensmittel- und Getränkeprozesse direkt in Ihrem Betrieb aus Druckluft, in Reinheiten von 97 % bis 99,999 %. Ob sich die eigene Erzeugung gegenüber Flüssigtank und Flaschen rechnet, hängt an der Reinheitsstufe, die Ihr Prozess verlangt, und an dem, was sie laufend an Druckluft kostet. Beides steht hier.
Wo ein Stickstoffgenerator im Lebensmittelbetrieb gebraucht wird
Stickstoff ist in einem Lebensmittel- oder Getränkebetrieb ein Prozessgas, und er läuft an mehreren Stellen. Als Schutzgas für Lebensmittel ist er reaktionsträge und gibt dem Produkt keinen eigenen Geschmack mit. Im Lager- und im Prozesstank hält das Gas den Sauerstoff aus dem Kopfraum, damit Fette nicht oxidieren und Aroma, Farbe und Vitamine im Produkt bleiben. Für Speiseöle und Fette ist dieser Schutz im Behälter der Hauptgrund, überhaupt mit Stickstoff zu arbeiten, denn Ranzigkeit entsteht im Tank und nicht erst in der Packung.
Beim Fördern und Umfüllen übernimmt Stickstoff dieselbe Aufgabe in Bewegung. Er schiebt Produkt durch Leitungen und aus Behältern, und er transportiert Pulver pneumatisch, ohne dass Luftsauerstoff an das Produkt kommt. In der Abfüllung und in der Getränkeproduktion kommen die Schritte dazu, die der Betrieb bereits kennt: Behälter inertisieren, Flaschen und Dosen vor dem Füllen vorspannen, Flaschen spülen, Tanks begasen und Produkt verdrängen.
Bei der Lagerung und Konservierung arbeitet Stickstoff über die Zeit statt über den Prozessschritt: In verschlossenen Behältern und in Lagerräumen senkt er den Sauerstoffanteil und verlangsamt damit, was Sauerstoff am Produkt anrichtet. Wie weit der Anteil sinken muss und was das für die Haltbarkeit bedeutet, hängt an Produkt, Behälter und Lagerdauer.
An weiteren Stellen im Betrieb übernimmt Stickstoff dieselbe Aufgabe:
| Prozess | Was Stickstoff dort tut |
|---|---|
| Milchpulver und oxidationsempfindliche Pulver | Förder- und Abdeckgas bei Herstellung und Handling |
| Schokoladenproduktion | hält den Sauerstoff von der Kakaobutter fern, deren Fett sonst oxidiert |
| Obst- und Gemüselagerung | senkt den Sauerstoffanteil im Lagerraum, Lagerung unter kontrollierter Atmosphäre |
| Wein | schützt im Tank und beim Umfüllen vor Oxidation |
| Brauerei | kann je nach Prozessschritt einen Teil der Aufgaben übernehmen, für die sonst Kohlendioxid eingesetzt wird |
Die Verpackung unter Schutzatmosphäre ist ein eigener Schritt und hat eine eigene Seite. Wie viel Restsauerstoff in der Packung bleiben darf, welches Reinheitsband dafür sinnvoll ist und wie viel Spülgas eine Linie zieht, steht unter Stickstoffgeneratoren für Lebensmittelverpackung.
Lebensmittelqualität des Stickstoffs: die Grenzwerte von E 941
Lebensmittelqualität ist eine Frage der Spezifikation und nicht eine Frage möglichst hoher Reinheit. Stickstoff ist als Lebensmittelzusatzstoff mit der Nummer E 941 geführt, und die Verordnung (EU) Nr. 231/2012 beschreibt im Anhang, welche Werte dieser Zusatzstoff einhalten muss. Das sind sechs Angaben, und zwei davon betreffen die Reinheitsstufe, auf die ein Generator eingestellt wird.
| Parameter | Grenzwert nach Verordnung (EU) Nr. 231/2012 |
|---|---|
| Gehalt | nicht weniger als 99 % |
| Sauerstoff | nicht mehr als 1 % |
| Wassergehalt | nicht mehr als 0,05 % |
| Kohlenmonoxid | nicht mehr als 10 µl/l |
| Methan und andere Kohlenwasserstoffe, berechnet als Methan | nicht mehr als 100 µl/l |
| Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid | nicht mehr als 10 µl/l |
Legen Sie den Sauerstoffwert neben das Datenblatt der Baureihe. Die Grenze liegt bei nicht mehr als 1 % Sauerstoff, und die Reinheitsstufe 99 % weist 10.000 ppm Restsauerstoff aus, also genau diesen Wert. Erreicht wird er beim niedrigsten Luftfaktor aller Stufen, die diese Grenze einhalten. Diese Stufe liegt damit rechnerisch auf dem Grenzwert und nicht darunter. Ob Ihr Lebensmittelsicherheitssystem einen Abstand dazu verlangt, entscheiden Sie, und wer ihn braucht, geht eine Stufe höher. Wie eng die Anlage ihren Sollwert im laufenden Betrieb, beim Anfahren und bei Lastwechseln hält, gehört deshalb zur Auslegung und ist vor der Wahl der Stufe zu klären. Für Gehalt und Sauerstoff zählt am Ende die Stufe, die Ihre eigene Produktspezifikation verlangt.
Die anderen vier Werte entscheidet die Druckluftaufbereitung vor dem Generator. Wasser, Kohlenmonoxid, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe kommen mit der Druckluft in die Anlage oder eben nicht, und darüber entscheiden Trockner und Filterstufen, nicht das Kohlenstoffmolekularsieb. Hier laufen zwei Anforderungen nebeneinander, die gern verwechselt werden: Die Druckluftklasse, die der Generator für sich selbst verlangt, schützt das Molekularsieb. Die Aufbereitung, die Ihre vier Werte hält, richtet sich nach den Grenzwerten in der Tabelle oben. Welche Trockner- und Filterkette beides zusammen erfüllt, hängt an Ihrer Luftqualität am Eintritt und gehört geklärt, bevor Sie beschaffen. Wie die Kette aufgebaut ist, steht weiter unten unter „Was der Generator am Standort braucht”. Zur Einordnung, weil die Begriffe in Spezifikationen auftauchen: Die Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 führt Packgas und Treibgas als eigene Funktionsklassen, beide ausdrücklich als andere Gase als Luft. Packgas wird vor, während oder nach dem Einbringen des Lebensmittels in den Behälter eingebracht, Treibgas treibt ein Lebensmittel aus dem Behälter aus.
Der Nachweis verschiebt sich mit der Erzeugung vor Ort, er verschwindet nicht. Beim angelieferten Gas kommt die Qualität als Zeugnis mit der Lieferung. Beim Generator wird die Reinheit im laufenden Betrieb gemessen und lässt sich damit aufzeichnen, und eine Abweichung zeigt sich während der Produktion statt auf einem Papier danach. Die Prüfung gegen die eigene Produktspezifikation und gegen das eigene Lebensmittelsicherheitssystem bleibt beim Betreiber.
Was eine höhere Reinheit an Druckluft kostet
Jede Reinheitsstufe hat ihren eigenen Luftfaktor, also ihr eigenes Verhältnis von Druckluft zu erzeugtem Stickstoff. Dieser Faktor hängt allein an der eingestellten Reinheit und ist über alle 18 Baugrößen der Baureihe gleich. Damit lässt sich die Reinheitsentscheidung vor dem Kauf ausrechnen, statt sie später an der Stromrechnung zu merken.
| Reinheit | Qualitätsgüte | Restsauerstoff | N₂-Durchfluss über die Baureihe | Luftfaktor | Druckluftbedarf |
|---|---|---|---|---|---|
| 97 % | im Datenblatt nicht angegeben | im Datenblatt nicht angegeben | 10,7 bis 1.709,1 Nm³/h | 2,3 | 24,6 bis 3.930,8 Nm³/h |
| 98 % | im Datenblatt nicht angegeben | im Datenblatt nicht angegeben | 8,6 bis 1.373,6 Nm³/h | 2,3 | 19,8 bis 3.159,4 Nm³/h |
| 99 % | 2.0 | 10.000 ppm | 7,1 bis 1.134,0 Nm³/h | 2,6 | 18,5 bis 2.948,5 Nm³/h |
| 99,5 % | 2.5 | 5.000 ppm | 6,2 bis 990,3 Nm³/h | 2,9 | 18,0 bis 2.871,9 Nm³/h |
| 99,9 % | 3.0 | 1.000 ppm | 4,1 bis 654,9 Nm³/h | 3,4 | 13,9 bis 2.226,6 Nm³/h |
| 99,99 % | 4.0 | 100 ppm | 2,2 bis 351,4 Nm³/h | 4,6 | 10,1 bis 1.616,4 Nm³/h |
| 99,995 % | 4.5 | 50 ppm | 1,7 bis 271,5 Nm³/h | 5,2 | 8,8 bis 1.412,0 Nm³/h |
| 99,999 % | 5.0 | 10 ppm | 1,2 bis 191,7 Nm³/h | 6,4 | 7,7 bis 1.226,7 Nm³/h |
Vergleichen Sie die Luftfaktor-Spalte innerhalb des Bands, das für Ihr Produkt infrage kommt. Die Stufen 97 % und 98 % liegen unter dem E-941-Gehaltswert von 99 % und kommen deshalb nur für Anwendungen ohne Lebensmittelkontakt in Betracht. Im lebensmittelrelevanten Band stehen 2,6 bei 99 % gegen 6,4 bei 99,999 %: Dieselbe Menge Stickstoff kostet in der höchsten Stufe rund das Zweieinhalbfache an Druckluft, und zwar in jeder Betriebsstunde. Die Reinheitsstufe kommt deshalb aus der Spezifikation Ihres Produkts. Steht die Zahl, ergibt Durchfluss mal Luftfaktor den Druckluftbedarf, und daran lässt sich ablesen, ob der vorhandene Kompressor reicht.
Wer heute Flüssigstickstoff bezieht, hat dafür zunächst die falsche Einheit im Haus. Auf dem Lieferschein stehen Kilogramm oder Liter Flüssigstickstoff, in der Tabelle oben stehen Normkubikmeter Gas. Zwischen beiden steht die Normdichte von Stickstoff, die Ihr Gaslieferant im Lieferschein oder im Produktdatenblatt ausweist. Aus der Jahresmenge wird der Stundenwert, indem Sie durch die Stunden teilen, in denen tatsächlich entnommen wird, und nicht durch 8.760. Mit diesen beiden Schritten kommen Sie mit Ihren eigenen Unterlagen in die Tabelle.
Der zweite Posten ist die Gleichzeitigkeit. Wer die Spitzen aller Prozesse addiert, kauft eine Anlage, die nie ausgelastet ist. Kommen mehrere Prozesse mit unterschiedlichem Profil zusammen, ist die Rechnung schwieriger als bei einer einzelnen Linie: Tankinertisierung zieht gleichmäßig, die pneumatische Pulverförderung zieht im Takt der Förderchargen und damit stoßweise, eine Flaschenspülung zieht kurz und kräftig, eine Lagerraumatmosphäre zieht fast nichts und läuft dafür ständig. In einem Pulverbetrieb ist die Förderung damit der Spitzenverbraucher, auch wenn die Tanküberlagerung über den Tag die größere Menge zieht. Unterscheiden sich dabei auch die Ansprüche an die Reinheitsstufe, lohnt die Frage, ob alle Prozesse an derselben Versorgung hängen müssen oder ob zwei Linien zusammen günstiger sind als eine hoch eingestellte.
Sie bekommen Reinheitsstufe, Baugröße und Druckluftbedarf zurück.
Für den Anfang genügt Ihr heutiger Verbrauch und die Angabe, welche Prozesse daran hängen. Daraus ergibt sich, welche Reinheitsstufe ausreicht und welcher Druckluftbedarf dazugehört. Liegen Durchfluss, Reinheit und Betriebsstunden schon vor, bekommen Sie einen Auslegungsvorschlag.
Eigener Stickstoffgenerator gegen Flüssigtank und Flaschen
Flüssigtank und Flaschenbündel liefern beide die geforderte Reinheit. Bezahlt wird dabei nicht nur das Gas, sondern die Bereitstellung: Die Tankmiete läuft durch die ruhigen Wochen weiter, die Abdampfverluste laufen jede Nacht, Lieferverträge tragen Preisgleitklauseln, und der Flaschenwechsel fällt dann an, wenn die Linie läuft. Dazu kommen drei Posten, die den Preis auf Jahre festlegen: die jährliche Preisanpassung des Lieferanten, der langfristige Tankvertrag und Folgekosten nach dem Kauf, die im Angebot nicht standen.
Die Erzeugung vor Ort tauscht das gegen eine Investition und eine Stromrechnung. Gegenüber dem laufenden Bezug von Flüssigstickstoff liegt die Amortisation üblicherweise bei zwei bis drei Jahren. Verglichen wird dabei die Eigenerzeugung mit genau diesem Bezugsweg; eine Erweiterung Ihrer Druckluftstation steckt in der Spanne nicht drin und gehört in Ihre eigene Rechnung. Getauscht wird außerdem ein Preisrisiko gegen ein anderes: Statt der jährlichen Anpassung Ihres Gaslieferanten tragen Sie den Strompreis, den Sie allerdings ohnehin beschaffen und nicht über einen Abnahmevertrag gebunden haben. Ob die Rechnung in Ihrem Betrieb aufgeht, hängt an Verbrauchsprofil, Betriebsstunden und Strompreis, deshalb lohnt es sich, sie mit Ihren eigenen Zahlen aufzumachen statt mit einer Faustformel zu arbeiten.
Was der Generator am Standort braucht
Der Generator sitzt in einer Kette, und zwei Glieder davon stellt der Betrieb selbst. Die Kette lautet: Druckluft, Aufbereitung, Generator, Pufferbehälter, Entnahmestelle. Die Druckluft und ihre Aufbereitung kommen aus Ihrem Haus, und genau dort entscheidet sich der Teil der Gasqualität, der nicht an der Reinheitsstufe hängt. Ein zu klein gewählter Trockner bringt Feuchte in die Anlage und verkürzt damit die Standzeit des Kohlenstoffmolekularsiebs. Der Pufferbehälter deckt ab, was der Durchschnitt nicht zeigt, also Reinigungs- und Anfahrspitzen, Formatwechsel und Chargenstart.
Ein Punkt gehört zum Aufstellort und nicht zur Anlage: Stickstoff verdrängt Sauerstoff. Für den Raum, in dem der Generator steht, gehören deshalb Belüftung und eine Sauerstoffüberwachung in Ihre Gefährdungsbeurteilung, und beides ist vor der Standortwahl günstiger zu lösen als danach.
Das Verfahren selbst ist schnell erzählt. Aufbereitete Druckluft strömt durch das Molekularsieb, das Sauerstoff und Feuchte deutlich schneller adsorbiert als Stickstoff, während der zweite Behälter bei niedrigerem Druck regeneriert. Die Reinheit ist dabei eine Einstellung und keine feste Eigenschaft des Geräts. Schritt für Schritt steht das Verfahren auf der Seite PSA Stickstoffgenerator.
NITROBERG® Baugrößen für Lebensmittel- und Getränkebetriebe
Vom Prozess zum Gerät führt eine einzige Frage: Welche Menge bei welcher Reinheitsstufe? Die NITROBERG®-Baureihe deckt 97 % bis 99,999 % ab und liefert zwischen 1,2 und 1.709,1 Nm³/h Stickstoff, je nach Baugröße und eingestellter Reinheit. Darin liegt der kleine Betrieb mit einer Abfülllinie genauso wie der Standort, der Tanklager, Förderung und mehrere Linien aus einer Quelle versorgt. Die vollständigen Werte je Baugröße stehen auf der Übersicht Stickstoffgeneratoren.
Wo ein Standort kein passendes Druckluftnetz hat, fasst die Stickstoff-Komplettanlage Generator, Drucklufterzeugung, Aufbereitung mit DRYBERG®-Trockner, Speicher und Regelung in einer vormontierten Einheit zusammen, als Plug-and-Play-Konfiguration für NITROBERG® 500 bis 900. Oberhalb dieser Baugrößen legen wir die Anlage für Ihren Standort aus. Einzelgerät und Komplettanlage kommen dabei aus einer Hand innerhalb der BERG Group. Anwendbare NITROBERG®-Druckgeräte sind unter der PED 2014/68/EU im Rahmen des zertifizierten Geltungsbereichs konformitätsbewertet.
Folgekosten und Service nach dem Kauf
Verschleißteile aus dem Standardprogramm
Filter und Verschleißteile sind Standardware vom freien Markt, nicht Teil eines herstellergebundenen Programms. Sie können Angebote vergleichen und den Wechsel in ein geplantes Wartungsfenster legen, statt auf einen Liefertermin zu warten. Über die Nutzungsdauer entscheidet das meist mehr als der Anschaffungspreis.
Garantie drei Jahre, mit Servicevertrag bis zu fünf
Die Garantie läuft serienmäßig drei Jahre, in Verbindung mit einem Servicevertrag bis zu fünf Jahre. Der Servicevertrag legt die Intervalle fest, sodass die Termine in die Planung passen und nicht in eine laufende Charge fallen.
Service aus einer Hand
Service und Ersatzteile laufen aus einer Hand innerhalb der BERG Group, Engineering und Fertigung sitzen in Deutschland. An Standorten außerhalb Deutschlands kommt in den meisten Märkten ein Ansprechpartner vor Ort dazu. Das zählt besonders dort, wo es keine eigene Instandhaltung gibt.
Direkter Zugang zum Engineering
Auslegung, Druckluft und Dokumentation besprechen Sie mit den Ingenieuren, die die Anlagen konstruieren, nicht mit einem Callcenter: +49 2151 568 9550. Inbetriebnahme und Bedienerschulung gehören zur Lieferung, damit die Schichtmannschaft die Anlage nach der Übergabe selbst fährt.
Häufige Fragen zu Stickstoffgeneratoren in der Lebensmittelindustrie
Stickstoff ist als Lebensmittelzusatzstoff mit der Nummer E 941 geführt, und die Verordnung (EU) Nr. 231/2012 legt im Anhang seine Spezifikation fest: sechs Werte, von Gehalt und Sauerstoff über Wasser bis zu Kohlenmonoxid, Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen. Die Grenzwerte stehen in der Tabelle auf dieser Seite. Lebensmitteltauglichkeit ist damit eine Frage der Spezifikation und nicht die Frage, wie hoch die Reinheit ausfällt. Welcher Wert am Verbrauchsort erreicht wird, hängt an der eingestellten Reinheitsstufe und an der Druckluftaufbereitung davor.
Die Reinheitsstufe kommt aus Ihrer Produktspezifikation. Mit welcher Stufe ein bestimmter Lebensmittelprozess fährt, ist produkt- und betriebsspezifisch: Dasselbe Verfahren verlangt bei einem anderen Produkt, einem anderen Behälter oder einer anderen Lagerdauer eine andere Zahl. Eine allgemeine Zuordnung von Prozess zu Reinheitsstufe gibt es deshalb nicht. Der belastbare Weg führt über den Zielwert aus Ihrer Spezifikation und über die Frage, was er an Druckluft kostet. Die Werte je Reinheitsstufe stehen in der Tabelle auf dieser Seite, und welcher Zielwert für Ihr Produkt trägt, klären wir im Auslegungsgespräch mit Ihnen.
Im Lager- und Prozesstank schützt Stickstoff das Produkt im Kopfraum, beim Fördern und Umfüllen verdrängt und transportiert er es, und in der Abfüllung inertisiert und spannt er Flaschen und Dosen vor. Dazu kommen Spülen und Begasen in der Getränkeproduktion sowie Lagerung und Konservierung, wo er den Sauerstoffanteil in Behältern und Lagerräumen senkt. Der Verpackungsschritt selbst steht unter Stickstoffgeneratoren für Lebensmittelverpackung.
Zwei Größen entscheiden das, und die Qualität der Luft wird dabei häufiger übersehen als die Menge. NITROBERG® setzt Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 bei 7 bar(g) voraus, weil Öl und Restfeuchte im Luftstrom das Kohlenstoffmolekularsieb vorzeitig altern lassen. Die Menge ergibt sich aus Durchfluss mal Luftfaktor, und der Luftfaktor hängt allein an der eingestellten Reinheit: über alle 18 Baugrößen gleich, von 2,3 bei 97 % bis 6,4 bei 99,999 %, im lebensmittelrelevanten Band ab 99 % beginnend bei 2,6. Eine niedrigere Reinheitsstufe senkt den Bedarf deshalb überproportional.
Der Unterschied liegt in der Spezifikation, gegen die gemessen wird. Für den Zusatzstoff E 941 sind sechs Werte festgelegt. Zwei davon hängen an der Reinheitsstufe: der Gehalt von nicht weniger als 99 % und der Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 1 %, der der Reinheitsstufe 99 % mit 10.000 ppm Restsauerstoff entspricht und damit rechnerisch genau auf dem Grenzwert liegt. Wer Abstand dazu braucht, geht eine Stufe höher. Die anderen vier, also Wasser, Kohlenmonoxid, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe, entscheidet die Druckluftaufbereitung vor dem Generator. Wer lebensmitteltauglich einkauft, braucht also beides: die passende Reinheitsstufe und eine Aufbereitung, die zu den übrigen Werten passt.
Bei angeliefertem Gas kommt ein Zeugnis je Lieferung. Bei der Erzeugung vor Ort wird die Reinheit im laufenden Betrieb gemessen und lässt sich aufzeichnen, wodurch eine Abweichung während der Produktion auffällt und nicht danach. Die Prüfung gegen die eigene Produktspezifikation bleibt beim Betreiber, ebenso die Festlegung, wo gemessen wird und was kontinuierlich oder periodisch geprüft wird. Diese Punkte gehören in das Auslegungsgespräch, denn Messstellen sind vor dem Verlegen der Leitung günstiger als danach.
Der Pufferbehälter überbrückt kurze Unterbrechungen und verschafft Reaktionszeit. Wie groß er sein muss, folgt aus der längsten Unterbrechung, die Ihr Prozess verkraftet, und diese Frage ist vor der Modellwahl zu klären. Welche Reserve darüber hinaus sinnvoll ist, klären wir im Auslegungsgespräch, zusammen mit Ihrem Anlagenkonzept und den Anforderungen an Ihrem Standort. Die Entscheidung darüber bleibt bei Ihnen als Betreiber.