Brevet FR2410824A1 — publié le 19790629

L'invention concerne un circuit de prélèvêment d'echantillons de bière sur cuve de fermentation en vue de l'analyse et de la détermination entièrement automatique du taux de volatils. L'évolution de la conduite automatique d'un procédé de fermentation en particulier de la bière, réclame la connaissance précise, à intervalles réguliers plus ou moins espacés dans le temps, des paramètres dont les variations représentent le déroulement du procédé. Les variations caractéristiques permettent de juger de la qualité des phases du procédé et les écarts par rapport à la normale renseignent sur les corrections à apporter pour ramener le phénomène dans le cadre normal nécessaire à l'élaboration d'un produit de qualité déterminée. C'est en particulier le cas des valeurs des volatils en cours de fermentation de la bière qui rendent compte du bon déroulement de ce phénomène. I1 faut les connaître à intervalles réguliers, par exemple toutes les quatre heures afin de disposer d'une vision générale sur l'évolution du phénomène et assurer une conduite correcte du procédé par la possibilité de la corriger à tout moment. Dans les brasseries à fonctionnement déjà automatise, le contrôle constant du taux des volatils, s'il existe, s'effectue encore en majorité manuellement. Ainsi, le laborantin prélève manuellement à intervalles de temps réguliers, un échantillon de chaque cuve, en vue de la détermination par chromatographie en phase gazeuse des quantités respectives de volatils. La chromatographie en phase gazeuse, technique très évoluée, permet de déterminer avec précision le taux de gaz dissous dans le liquide, par exemple de la bière en cours de fabrication et en particulier en cours de fermentation. C'est la seule technique actuellement la plúsWpratique et l'invention se propose de fournir un circuit de prélèvement et de préparations périodiques et automatiques dtéchantillons pour la détermination précise du taux de volatils. I1 se compose de plusieurs circuits de prélèvement couplés à un bac de régulation en température, ledit bac alimentant un récipient de préparation de l'échantillon comportant une jaquette de thermostatisation, une injection de gaz porteur et une sortie raccordée par conduit thermiquement isolé au chromatographe en phase gazeuse, l'ensemble étant piloté par un programmateur et comportant un circuit de rinçage. L'installation selon l'invention présente de nombreux avantages - automatisation complète des différentes opérations de prélèvement et d'analyse - meilleure précision sur les déterminations des corps les plus volatils en particulier l'acétaldéhyde - possibilité d'exploitation des mesures en boucle fermée pour la conduite entièrement automatique du procédé, et en particulier de la fermentation en association avec les valeurs d'autres paramètres caractéristiques - installation autonome se raccordant à tous les appareils d'analyse par chromatographie en phase gazeuse, par exemple en détection par capture d'électrons ou photométrie de flamme - bonne fiabilité de fonctionnement - gaz propulseur neutre ne troublant pas l'analyse - non contamination des échantillons entre eux grâce à un rinçage systématique en fin et début de mesure à l'eau pure et par l'échantillon à mesurer - possibilité de contrôler en automatisme complet successivement plusieurs cuves de fermentation quelque soit le stade du phénomène. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, montrant à- l'aide des dessins un exemple de réalisation de l'invention dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de l'ensemble de l'installation - la figure 2 est une vue en coupe du récipient de préparation de l'échantillon Comme indiqué, l'invention se rapporte à une installation de prélevement pour le contrôle entièrement automatique du taux de volatils présents dans un échantillon de bière en cours de fermentation. Cette installation est appelée à contrôler alternativement plusieurs cuves de fermentation et en particulier des cuves verticales cylindro-coniques connues sous la dénomination tank out door. Ces tanks,de grande capacité s'relèvent sur une hauteur importante (quelques dizaines de mètres) et possèdent une capacité de l'ordre de 1 million de litres. Malgré l'existence de courants de convection, les valeurs de certains paramètres caractéristiques s'avèrent légerement différentes d'une région à l'autre à l'intérieur d'un même tank. On a donc prévu un certain nombre de tubes de prélèvement ou canules à différents niveaux. Toutefois, dans le cas présent : mesure des volatils, l'incidence des canules extrêmes se montre faible et l'utilisation systématique de la seule canule centrale procure des résultats représentatifs. L'invention doit permettre le contrôle simultané de plusieurs cuves de fermentation. On prévoit le nombre correspondant de circuits de prélèvement la, lb, lc, ld. . .en provenance des cuves de fermentation respectives 2a, 2b, 2c, 2d... On utilise le prélèvement central. Chaque circuit se compose, d'une électrovanne de prélèvement et d'isolement 3a, 3b, 3c, 3d... à trois voies dont l'une se trouve reliée au circuit de rinçage par 4a, 4b, 4c, 4d... d'une canule 5a, 5b, 5c, Sd...ou conduit intermédiaire de prélèvement aboutissant chacun à une électrovanne de répartition 6a, 6b, 6c, 6d... débitant dans le même conduit de prélèvement 7. L'exploitation séquentielle de ces circuits s'effectue par l'intermédiaire d'un programmateur central relié aux différents organes de commande. Le nombre de ces circuits peut être important, il est toutefois limité par la durée de préparation de l'échantillon liée à la longueur des circuits de prélèvement. Le circuit de prélèvement se poursuit par une électrovanne de rinçage 8, trois voies dont une pour le rinçage en 9, électrovanne reliée à un bac de régulation thermique 10 comportant un serpentin il d'une dizaine de mètres de longueur environ,de préférence en inox. Ce bac contient un liquide tampon 12 par exemple de l'eau glycollée et les organes nécessaires à la réfrigération 13 mais aussi dans certains cas au réchauffage 14 et surtout par un dispositif de commande 15, au maintien d'une température constante. Après passage dans ce bac, l'échantillon vient remplir le récipient de préparation 16 par l'intermédiaire d'un conduit de liaison 17, de préférence isolé thermiquement. Celui-ci traverse la paroi supérieure du récipient, descend le long de la paroi intérieure pour déboucher tangentiellement au niveau du fond. Les conduits acheminant l'échantillon en aval de la régulation thermique sont pourvus d'une isolation thermique appropriée. On poursuivra la description en se référant plus particulièrement à la figure 2 où le récipient de préparation de l'échantillon est représenté plus en détail vu en coupe verticale. Maintenu par un support 18 par ses faces supérieure et inférieure, il se compose d'un récipient 19 de forme générale cylindrique pourvu d'un fond 20 à vidage central 21 sous la forme d'une cuvette 22 communiquant avec un conduit d'évacuation 23 obturé par une électrovanne 24. I1 possède une sortie latérale 25 pour l'introduction sous pression d'un mélange étalon et le cas échéant pour un rinçage forcé,et des orifices supérieurs. I1 s' agit de deux orifices latéraux : un orifice d'entrée 26 et un orifice de sortie 27 ainsi qu'un orifice central 28 obturé par un bouchon 29 traversé par un conduit 30 d'amenée de gaz se terminant au fond du récipient par un diffuseur 31. Le récipient comporte en plus un passage 32 pour une sonde. Le récipient de préparation de l'échantillon comporte une jaquette thermostatée 33 alimentée en liquide à température constante par l'intermédiaire d'un circuit annexe 34 de préférence en liaison avec le bac de régulation thermique 10. On prévoit dans le récipient pour assurer le bon fonctionnement automatique de l'ensemble, une sonde 35 sensible au liquide par son élément 36 reliée au programmateur par l'intermédiaire d'un boitier électronique 37. Le conduit 30 d'amenée du gaz se trouve bien entendu relié à une source de gaz, de préférence du gaz carbonique choisi pour son caractère neutre et sa présence dans l'échantillon. Cette arrivée s'effectue par l'intermédiaire d'une électrovanne d'admission 38. Ce gaz entraîne après barbotage, après son injection au bas du récipient par le diffuseur 31, les volatils à mesurer présents dans l'échantillon à travers un conduit de sortie 39 acheminant ceux-ci vers un appareil d'analyse constitué comme indiqué ci-dessus par un chromatographe 40 en phase gazeuse avec dispositif d'enrichissement. Le conduit de sortie comporte deux conduits coaxiaux, une âme 41 en matière connue sous la dénomination téflon et une gaine de régulation en température 42 par exemple alimentée en liquide à température constante provenant du bac de régulation. Le rinçage s'effectue à l'eau pure par l'intermédiaire d'un circuit 43 comprenant les arrivées 4a, 4b, 4c,, 4d. . au niveau des vannes de prélèvement et d'isolement ainsi qu'une arrivée 44 sur la vanne de rinçage 8 en amont du bac 10 de régulation thermique. La coordination avec le chromatographe et le fonctionnement d'ensemble de l'installation sont assurés par un programmateur central 45 relié pour leur commande au chromatographe et aux différents organes actifs de l'installation : électrovannes de prélèvement, de répartitfon, de rinçage, d'admission du gaz carbonique, ainsi qu'au dispositif de détection de niveau. Ces liaisons, du type électrique, sont représentées en traits fins. Le bon fonctionnement séquentiel de l'installation résulte d'un programme préétabli et modifiable à l'intérieur du programmateur. Pour plus de clarté, on expliquera ci-après les différentes phases de fonctionnement de l'installation. Après le rinçage approprié du cycle précédent, on retrouve le récipient de préparation de l'échantillon propre prêt à une autre mesure. On admet un échantillon dans le circuit par ouverture simultanée des vannes 3, 6 et 8 établissant un-circuit entre la canule de prélèvement et le récipient de préparation. L'échantillon parcourt ce-circuit en poussant l'eau du rinçage précédent et traverse le serpentin où il prend une température donnée constante et s 'écoule au bas du récipient pendant une courte durée tout en le rinçant. On ferme ensuite l'écoulement bas du récipient et l'échantillon vient remplir ce dernier. L'arrivée tangentielle et surtout l'écoulement à contre pression évite toute formation de mousse. Le remplissage se poursuit jusqu'à contact avec la sonde du dispositif de détection de niveau (niveau constant) mettant progressivement le récipient sous pression. On ferme alors les vannes 3, 6, 8 pour isoler le récipient du tank contrôlé et on injecte de l'eau de rinçage depuis la vanne 8 jusqu'au tank au niveau de la vanne de prélèvement concernée de façon à éviter toute contamination. Peu avant la fermeture de ce circuit, on ouvre l'arrivée de gaz carbonique qui se diffusera vers le chromatographe après stabilisation du débit du gaz occlus dans le récipient. On fait barboter ce gaz pendant un temps déterminé par les caractéristiques d'analyse du chromatographe. I1 emporte vers le chromatographe les corps volatils faisant l'objet de la mesure. Le stockage dans le dispositif d'enrichissement se termine par la mise en communication avec le système d'analyse en vue de l'enregistrement des mesures sur courbes ou sur unité informatique. Après une durée déterminée correspondant à l'extraction des volatils, l'échantillon, appauvri de ses volatils est évacué par ouverture de la vanne, le gaz carbonique continuant à passer, purge le récipient. On ferme ensuite l'arrivée de gaz carbonique. Le rinçage par l'eau contenue dans les conduites est assuré par l'admission d'un nouvel échantillon qui, lors de sa progression pousse le volume d'eau et l'évacue par le fond du récipient. Le cycle de préparation et de mesure recommence par les phases indiquées en début sur une autre cuve de fermentation. La succession des différentes phases de fonctionnement est assurée par le programmateur, actionnant les différentes électrovannes au moment voulu du cycle, à partir de capteurs tels que la sonde de niveau en coordination avec le chromatographe. L'invention se rapporte également au procédé de prise et de préparation de l'échantillon de bière en vue de la détermination automatique et périodique Qu taux-des corps volatils contenus. Qn prélève l'échantillon sur le conduit ou canule médiane d'un tank out door ou cuve de fermentation type "hors murs" en établissant l'ouverture du circuit de prélèvement concerné par l'électrovanne de prélevement et d'isolement, 3a, l'électrovanne de répartition 6a, et l'électrovanne de rinçage. L'échantillon progresse dans le circuit en poussant l'eau du dernier rinçage qui s 'évacue par le fond du récipient de préparation. On laisse s'échapper par l'évacuation une petite quantité d'échantillon pour rincer le circuit de prélèvement concerné avec le liquide à analyser. On ferme le récipient de mesure qui se remplit à contre pression pratiquement sans formation de mousse. On impose au liquide une température constante en le faisant traverser par un serpentin le, bac de régulation thermique et en maintenant le récipient de préparation à la même température par sa jaquetté de thermostatisation. On arrête le remplissage par indication d'une sonde de detection de niveau. On rince le circuit de prélèvement proprement dit pour éviter toute infection ; on entraîne les corps volatils vers le chromatographe à travers un conduit à température constante. On procède au stockage des volatils dans le dispositif d'enrichissement en vue de l'analyse. En fin de séquence de charge du chromatographe, on vide le récipient de mesure de 11 échantillon appauvri de ses corps volatils et on procède au-rinçage du circuit de régulation thermique, d'alimentation du récipient et dd récipient lui-même avant de débuter une deuxième séquence de mesure sur la-même cuve de fermentation mais surtout sur une autre cuve ou le phénomène n'est pas forcément arrivé au même stade. Le rinçage à l'eau et à l'échantillon assurent des conditions parfaites de mesure et de représentativité,. Par ailleurs, le faible volume prélevé (environ un litre) devant le volume total de la cuve (1 million de litres) ne perturbe en aucune façon le déroulement du phénomène et assure une bonne qualité de la mesure. A cet effet la présence de l'eau permet de réduire encore les quantités prélevées. REVENDICATIONS 1. Installation Dour la mesure automatique en continu, par prélèvements périodiques du taux des corps volatils présents dans un échantillon de boisson fermentée en cours de fermentation et de garde en particulier de la bière caractérisée en ce qu'elle se compose de plusieurs circuits de prélèvement exploités séquentiellement aboutissant à un répartiteur branché sur un conduit commun de prélèvement, d'une vanne de rinçage raccordée sur sa voie principale à ce dernier et à- travers un bac de régulation thermique à serpentin et par un conduit arrivant tangentiellement à son fond à un récipient de préparation de l'échantillon comportant une injection de gaz et dont la sortie se trouve reliée à un chromatographe en phase gazeuse de préférence à dispositif d'enrichissement, l'ensemble étant commandé par un programmateur et comportant un circuit de rinçage. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les circuits de prélèvement se composent d'une électrovanne de prélèvement et d'isolement à trois voies reliées au piquage médian sur le tank, d'une canule ou conduit de prélèvement, d'une électrovanne de répartition, chaque -circuit débitant le même conduit commun de prélèvement. 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le récipient de préparation de l'échantillon se compose d'un récipient de forme générale cylindrique pourvu d'un fond à vidage central par une cuvette communiquant avec un conduit d'évacuation obturé par une électrovanne, en ce qu'il possède des orifices supérieurs latéraux d'entrée et de sortie traversés par des conduits spécifiques ainsi qu'un orifice central obturé et traversé par un conduit d'amenée de gaz se terminant au fond du récipient par un diffuseur, en ce qu'il comporte également dans sa partie supérieure une sonde sensible au liquide reliée au programmateur par un boîtier électronique, et en ce que le récipient possède une jaquette de régulation athermique. 4. Installation selon les revendications l et 3 caractérisée en ce que le conduit d'amenée de I'échantillon dans le réservoir arrive tangentiellement au fond. 5. Installation selon les revendications 1 et 3 caractérisée en ce que le conduit d'amenée du gaz est relié à une source de gaz carbonique à travers une électrovanne. 6. Installation selon les revendications 1 et 3 caractérisée en ce que la jaquette de régulation thermique est reliée au bac de régulation. 7. Installation selon les revendications 1 et 3 caractérisée en ce que le conduit de sortie reliant le récipient au chromatographe possède une âme centrale sous la forme d'un conduit en téflon et une gaine de thermostatisation à la température générale de régulation. 8. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le circuit de rinçage aboutit à chacune des électrovannes de prélèvement et à I'électrovanne de rinçage sur la troisième voie. 9. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le bac de régulation thermique, rempli par exemple d'eau glycollée reçoit un serpentin dans lequel passe l'echan- tillon et comporte divers organes de réfrigération, de chauffage et de régulation thermique. 10. Procédé pour la mesure automatique, en continu, par prélèvements périodiques du taux des corps volatils présents dans un échantillon de boisson fermentée en cours de fermentation et de garde, en particulier de la bière caractérisée en ce que l'on prélève un échantillon de faible volume devant la contenance de la cuve de fermentation sur le conduit ou canule médiane en établissant l'ouverture du circuit de prélèvement concerné par l'électrovanne de prélèvement et d'isolement, l'electrovan- ne de répartition et l'électrovanne de rinçage, que l'echantil- lon progresse dans le circuit par la faible pression existant dans la cuve de fermentation poussant l'eau du dernier rinçage s'évacuant par le fond du récipient de préparation, que l'on laisse échapper par l'évacuation d'une petite quantité d'échantillon pour rincer le circuit de prélèvement concerné, que l'on ferme le récipient de mesure qui se remplit à contre-pression que l'on impose au liquide une température constante en le faisant traverser par un serpentin le bac de régulation thermique et en maintenant le récipient de préparation à la meme température par sa jaquette de thermostatisation ainsi que son conduit de liaison au chromatographe en phase gazeuse, que l'on arrête le remplissage par indication d'une sonde de détection de niveau, que l'on rince le circuit de prélèvement proprement dit, que l'on entraîne les corps volatils vers le chromatqgraphe à travers un conduit à température constante, que l'on procède au stockage des volatils dans le dispositif d'enrichissement en vue de l'analyse, que l'on vide le récipient de mesure de l'échantillon en fin de séquence de charge du chromatographe que l'on procède au rinçage du circuit derégulation thermique, d'alimentation du récipient et du recipient lui-même avant de débuter une deuxième séquence de mesure de préférence sur une autre cuve de fermentation à surveiller.