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"Procédé et appareil pour réaliser certaines opérations chimiques et autres .
Dans certains procédés chimiques et biologiques au cours desquels une substance a été enlevée d'un liquide, il arrive que l'on doive,conserver à ce dernier une concen- tration constante plus ou moins accentuée en remplaçant la substance enlevée, ou bien on peut avoir pour but de laisser la concentration de la substance considérée augmenter ou diminuer régulièrement et systématiquement et dans ce cas on ajouta une solution de la substance en question.
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si on effectue 11 addition de cette solution par traction en la faisant suivre d'une agitation appropriée, on ne peut pas éviter qu'il se tome temporairement en air- tains endroits des zônes ayant une concentration transitoire, dont la valeur est comprise entre les concentrations de la substance dans les deux liquides, ce qui dans certains cas peut présenter un inconvénient et avoir un effet nuisible sur l'opération chimique ou biologique qu'il s'agit de réa- liser, car cette opération peut par exemple dépendre du main- tien d'une certaine concentration faible de l'une ou de plu- sieurs substances en réaction,
s'il s'agit par exemple de la production de silice colloïdale par l'action d'un silicate alcalin sur un acide, le silicate alcalin ne peut se présén- ter qu'à l'état fortement dilué, car aux endroits où la con- centration est plus intense il y a risque que d'autres for- mes de silice se précipitent dans le liquide.
Lorsqu'on précipite un sel halogéné d'argent dans des émulsions qui doivent être aussi uniformes que possible. il est également important que 11 addition de l'agent de pré- cipitation dissous soit effectuée de telle manière que la précipitation du sel halogéné d'argent ne puisse se faire en grandes quantités et sous différentes formes et degrés de fine division aux endroits du liquide ou l'on effectue l'ad- dition de l'agent de précipitation.
Lorsqu'il s'agit de la. fermentation de liquides contenant du sucre, il est quelquefois désirable que la fer- mentation ait lieu dans un liquide nutritif d'une certaine concentration, qui doit être maintenue en ajoutant de temps en temps certaines quantités d'une solution nutritive lorsque les substances sont consommées par le ferment.
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Si l'on n'ajoute pas la solution considérée par tractions, mais d'une tagon continue en un jet plus ou moins épais avec agitation, l'inconvénient mentionné est quelque peu diminué; toutefois, il est difficile avec les méthodes de travail connues d'éviter complètement ou presque complète- ment l'existence de concentrations transitoires.
Le but de l'invention est de rendre possible, dans ce cas et dans des cas analogues, l'addition, de préférence continue, d'une matière dissoute ou en suspension, d'un li- quide ou d'un gaz à un autre liquide ou à un gaz d'où. la matière dissoute ou en suspension, le premier liquide ou le gaz disparaissent plus ou moins complètement par transforma- tion chimique, précipitation ou autre élimination, en vue d'établir une concentration constante, croissante ou dé- croissante, de la substance dissoute ou en suspension, du premier liquide ou du gaz, par l'addition de la matière dis- soute ou en suspension, du liquide ou du gaz en un grand nombre de points,
répartis dans toute la masse du liquide ou une partie importante de celui-ci. On peut faire l'addi- tion en maintenant le liquide en mouvement aux endroits où s'effectue cette addition. en vue d'éviter la formation de concentrations transitoires dans des parties notables de la masse du liquide dans lequel la matière dissoute ou en sus- pension, le liquide ou le gaz ajouté est introduit.
La solution Idéale du problème serait que la quanti- té de liquide ou de matièresajoutées soit répartie unifor- mément en un mombre Infiniment grand de points, répartis eux- mêmes uniformément dans la masse entière du liquide dans lequel doit s'effectuer le remplacement de la substance consommée ou enlevée de ce liquide, et de faire l'addition en ajoutant
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la même quantité infiniment petite en chacun des pointe infi- niment nombreux où a lieu l'addition, cette solition idéale ne peut être réalisée pratiquement, mais suivant l'invention, on s'en rapproche autant que possible en ajoutant le liquide ou la matiere à travers un grand nombre d'orifices d'addition qui sont répartis dans toute la masse du liquide ou une partie notable de celle-ci,
ou qui se trouvent dans un appareil de décharge qu'on déplace par rapport au liquide, de façon qu'ils soient ainsi répartis pratiquement dans toute la masse du li- quide considéré. La distribution doit dans certains cas se faire dans le volume total de la chambre de réaction, par conséquent aussi bien dans la substance en phase liquide qu'en phase gazeuse.
Comme on l'a dit ci-dessus. les points où l'addi- tion s'effectue peuvent être des ouvertures pratiquées dans un appareil qu'on déplace par rapport au liquide, et il peut être avantageux de répartir ces points de telle manière qu'à chacun d'eux corresponde une certaine zône peu étendue de la masse du liquide, de préférence une zône de même étendue pour chacun de tous les points d'addition, pour recevoir du li- quide de ceux-ci.
On peut introduire une solution dans le liquide en question à travers de fines ouvertures, qui peuvent être forées dans les parois de tuyaux faisant partie d'un appareil agita- teur et à travers lesquelles la solution est ajoutée sous une pression appropriée, et lorsque l'appareil agitateur est ac- tionné, le mélange est favorisé davantage par l'agitation qui se produit.
Lorsqu! on déplace un tel appareil agitateur dans le liquide, chaque ouverture se déplace suivant un certain tra-
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jet dans le liquide et déverse la solution ou le liquide ou le gaz dans la zône la plus proche entourant ce trajet, et si toutes ces ouvertures présentent les mêmes dimensions et sont alimentées de solution ou de liquide ou de gaz sous la même pression, il suffit de répartir les ouvertures sur l'appareil agitateur de telle manière que les zones ci-dessus mention- nées,, qui sont proportionnées à chaque orifice pour en re- cevoir la solution ou le liquide ou le gaz présentent le même volume. si les ouvertures existent en grand nombre et sont disposées à proximité les unes des autres et déplacées rapidement à travers le liquide, le mélange de la solution etc.
ajoutée au liquide se fait pour ainsi dire instantanément, et les zônes du liquide où l'on trouve temporairement des concentrations transitoires deviennent si minimes qu'elles ne peuvent pratiquement pas avoir d'importance.
L'appareil peut aussi être disposé suivant d'autres manières permettant d'obtenir le même résultat. Ainsi, on peut faire circuler le liquide etc. une vitesse considérable à travers des tuyaux de section transversale aplatie, dans les parois desquels sont forées une ou plusieurs rangées de fines ouvertures par lesquelles la solution etc. est admise à une pression appropriée, ou bien la solution etc. peut être admise à travers les pores naturels ou artificiels de matières poreuses, telles que les cannes ou autres matières analogues.
L'essentiel est que le liquide etc., auquel on donne de pré- férence un mouvement plus ou moins violent par rapport à l'or- gane à travers lequel se fait l'addition de la solution, re- çoive une solution ou un liquide etc, en un grand nombre de points, qui sont répartis dans toute sa masse, de telle manière que la concentration désirée de la substance admise soit attein-
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te aussi rapidement que possible sans formation de concentra- tions transitoires dans des zones d'étendue considérable quelconque.
Le procédé est applicable à des systèmes comportant l'addition de plus d'une solution ou de plus d'un seul liqui- de ou gaz à un autre liquide ou gaz, et l'appareil peut être arrangé dans ce but d'une manière appropriée.
Le fluide etc. à ajouter peut aussi être admis a travers la paroi du récipient qui contient le fluide etc. à traiter, avec ou sans l'aide de dispositifs distributeurs, dans certains cas pendant que le fluide etc. ajouté et le fluide etc. traité sont on mouvement relatif.
Le procédé peut être employé aussi bien lorsqu* il s'agit d'exécuter l'opération à la pression atmosphérique que dans le vide ou sous pression.
Outre l'application du procédé à l'addition de sub- stances liquides de solutions à un liquide d'une manière systématique et uniforme, on peut également employer ce pro- cédé pour ajouter d'une manière appropriée des substances solides en suspension ou des gaz.
A titre d'exemple d'une application pratique du procédé on va décrire celui-ci dans son application à la fer- mentation en général et spécialement à la production de levu- re comprimée, notamment de l'aérolevure.
On sait que la concentration des éléments nutritifs pour la levure dans une solution fermentante est importante au point de vue de la progression de la fermentation. Toutes autres choses étant égales, notamment la température et loin- tensité de l'aération, plus la concentration réelle en sucre est faible, plus il se formera de levure pendant la fermen-
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tation et moins Il se formera, d'alcool pour une même quantité de matière sucrée employée, inversement une concentration en sucre plus élevée provoquera la formation d'alcool au détri- ment de la quantité de levure produite.
Il peut être avantageux de maintenir pendant la fer- mentation une concentration pratiquement constante des éléments nutritifs, particulièrement du sucre, et il peut être bon aussi de modifier pendant la fermentation la concentration des élé ments nutritifs en partant d'une concentration inférieure pour atteindre une concentration supérieure ou vice-versa, Des modifications dans la concentration des éléments nutritifs peuvent se produire, entre autres, dans les fermentations où l'on désire une concentration uniforme, étant donné que Il peut être très difficile de maintenir une concentration absolument constante pendant la fermentation.
Qu'il s'agisse de fermentation du genre mentionné en dernier lieu, ou d'autres fomentations dans lesquelles la concentration d'éléments nutritifs, spécialement du sucre, est modifiée par l'addition d'une solution d'éléments nutritifs ou de solutions en général, ou d'eau, il est important que la modification ne se tasse pas brusquement, mais soit conduite systématiquement de telle manière qu'elle se fasse graduelle- ment.
En choisissant judicieusement la quantité et la concentration de la solution ou des solutions à ajouter, et en tenant compte de la quantité de la solution en fermentation et de la concentration de celle-ci, il est possible de donner à la solution en fermentation une concentration désirée dans une certaine mesure, comme, lorsque la fomentation est con- duite avec une aération intense, il se produit une agitation
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relativement violente par suite de l'aération, on obtient dama le moût fermentant une concentration relativement uniforme et en tous cas aussi uniforme qu'elle doit l'être dans beau- coup de cas.
Toutefois dans de nombreux cas, une concentration suffisamment uniforme ne peut pas être obtenue assez rapide- ment de cette manière. on ajoute généralement une solution d'éléments nu- tritifs dans la cuve de fermentation de telle manière qu'elle soit amenée d'une cuve de réserve, par une pompe eu autre appareil analogue, dans le moût en fermentation sous forme d'un jet plus ou moins épais. Pour cette raison, à l'endroit où le liquide introduit rencontre le moût contenant la levure, et dans une zône plus ou moins grande entourant cet endroit comme transition, il se produit des concentrations dont la valeur est comprise entre les concentrations des deux consti- tuants.
Il se -produit ainsi des conditions tout-à-fait loca- les de concentration en sucre qui, oeil est présent en quan- tité appréciable par unité de volume de moût, est utilisé ra- pidement pour la formation d'alcool par la levure de cette zone. Si dans la fermentation considérée on désire obtenir le plus grand rendement possible en levure et la plus faible quantité possible d'alcool, la formation d'alcool engendré constitue un inconvénient.
Dans une certaine mesure, on peut remédier à cet inconvénient en ajoutant le liquide nutritif d'une manière spéciale: ainsi, on sait que, par aspiration dans l'air qui est insufflé dans la cuve, on peut amener le moût sous forme d'un brouillard ou à tout degré élevé de dispersion, et on sait aussi que l'on peut placer une crépine (pomme d'arrosoir)
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-sur le tuyau qui amène la solution nutritive dans la cuve de fermentation de façon qu'elle s'écoule dans cette dernière, non 'pas sous tome d'un jet plus ou moins épais, mais à l'état de pluie (brevet anglais no 270.770). ces deux dispositions peuvent être utilisées pour remédier quelque peu à l'inconvénient Indiqué ci-dessus,
mais il est certain qu'elles ne permettent ni l'une ni l'autre de supprimer tout-à-fait cet inconvénient.
En effet, dans les deux cas, il ne se mélange instan- tanément à la solution nutritive Introduite qu'une quantité de moût limitée relativement au contenu total de la cuve de fomentation, à savoirla quantité se trouvant dans la zone la plus proche des tuyaux d'admission d'air ou, dans le second cas, de la surface de la levure en fermentation. Tout le res- tant de la masse de moût n'est pas mélangé Instantanément à la solution ajoutée, et le volume de moût qui n'est mélangé à la solution ajoutée qu'au bout d'un intervalle de temps plus ou moins long est d'autant plus grand que la cuve de fermentation ,est plus profonde.
La zone dans laquelle l'activité de la crois- sance est réduite est d'autant plus étendue que les éléments nutritifs contenus dans la solution ajoutée sont consommés plus rapidement par les cellules de levure qui se trouvent dans les deux zones mentionnées, ce qui a pour effet que la capacité de la cuve de fermentation n'est pas pleinement utilisée,
Si la solution nutritive ajoutée suivant le procédé qui fait l'objet de la présente invention est distribuée de telle manière qu'elle se mélange instantanément avec un volume de moût fomentant aussi grand que possible,
l'activi- té de la croissance de la levure s'étend sur une partie aussi
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grande que possible de .la masse de moût en fermentation et on peut augmenter d'une manière correspondante l'addition de so- lution nutritive et par conséquent la capacité de la cuve de fermentation.
,- exemple mentionné constitue un cas particulier.
Le procédé n'est cependant pas limité à l'addition d'une so- lution nutritive unique mais il comprend aussi le mélange du moût en fermentation avec des additions de matières en gé- néral, l'une ou plusieurs de ces matières étant ajoutées en un grand nombre de points qui sont répartis dans toute la masse du moût en fomentation.
Les matières ajoutées peuvent être de la levure fraies ou des solutions nutritives en général, ou de l'eau, ou bien la substance ajoutée peut être de la levure, soit à l'état de levure centrifugée ou de levure liquide ou autre genre de levure. Différentes solutions, qui sont généralement ajoutées séparément, par exemple du moût, des solutions d'aci- de phesphorique et de sulfate d'ammonium, peuvent être mé- langées, après quoi on ajoute la solution obtenue, ou bien on peut ajouter les différentes solutions séparément en un grand nombre de points qui sont répartis dans toute la masse du moût en fermentation, et de préférence de telle manière que les di- verses matières soient introduites à proximité les unes des au- tres.
La quantité de chacune des matières ajoutées en chaque point par,unité de temps, peut constituer la même fraction de la quantité totale des matières considérées qui est ajoutée dans l'unité de temps à la cuve de fermentation. Suivant des procédés connus, le poids de levure par unité de volume du moût en fermentation peut être réglé par l'addition de levure; en particulier on peut ajouter de la levure provenant de la .
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même cuve de fomentât ion, produite par exemple par centrifu- gation de'moût chargé de levure retiré de cette cuve de fer- mentation .Le procédé suivant l'invention comporte la répar- tition, dans toute la masse du moût en fomentation, de levure ayant une ou l'autre origine.
Il est entendu que suivant le -procédé qui fait l'ob- jet de l'invention et utilise les dispositifs ci-dessous dé- crits, on peut effectuer des fermentations qui se rapprochent autant que possible de l'idéal, à savoir la production d'un très grand nombre de petits espaces de réaction soumis pra- tiquement aux mêmes conditions et repartis dans toute la cuve de fermentation, ce qui permet d'obtenir une uniformité extrême au point de vue de la concentration de l'un ou de plusieurs des éléments nutritifs, de même qu'au point de vue de la pro- duction d'un poids désiré de levure par unité de volume de moût en fomentation, et le procédé et l'appareil donnent les moyens de régler systématiquement ces quantités.
Comme on l'a dit ci-dessus, la solution idéale du problème serait obtenue si le nombre des points où se fait l'addition des substances ajoutées au moût était infiniment grand et si ces points étaient uniformément répartis dans toute la masse du liquide. Ceci ne peut pas être réalisé pra- tiquement ;
on doit s'en tenir à un nombre limité de points d'addition qui doivent se trouver à une certaine distance l'un de l'autre de telle manière que la solution ou la levure sortant des ouvertures d'addition, par unité de temps, par exemple par seconde, soit admise dans une zône du moût de fomentation ayant une étendue telle que les matières débi- tées soient mélangées aussi rapidement que possible au moût de fermentation contenu dans cette zone, grâce au mélange
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provoque par l'aération, par le mouvement de l'organe d'ad- dition, la rotation, etc. ou d'une autre manière.
Le procédé est applicable à toute espèce de fermon. tation pendant laquelle on ajoute au moût en fomentation une solution nutritive, des solutions en général, de l'eau ou de la levure, peu importe que l'on retire ou non, pendant la fermentation, du moût chargé de levure de la cuve de fer- mentation, et que l'opération se fasse à une concentration plus élevée ou plus faible des éléments nutritifs, ou que les quantités en poids de levure par unité de volume de moût soient grandes ou petites, et qu'on produise ou non une aéra- tion pendant la fermentation.
on peut employer le procédé entr'autres dans les fermentations qu'on peut amorcer en ensemençant la levure mère (levure d'ensemencement) dans du moût dilué, dans du moût très dilué ou dans du moût infiniment dilué ou dans l'eau et le but de l'invention peut être en pareils cas que la formation progresse d'une manière continue dans du moût très dilué et de telle manière que le moût contenant la levure, continuellement prélevé de la cuve de fermentation,, soit complètement fermenté.
Il peut quelquefois être avantageux de prendre des mesures pour que la solution nutritive fraîche ne soit ajoutée qu'à une partie de la masse du moût en termen- tation, tandis qu'une zône de celui-ci d'où la quantité enlevée est prélevée ne reçoit pas de solution nutritive fraîche, de sorte que la levure a ainsi l'occasion de con- sommer et d'utiliser la quantité totale d'éléments nutri- tifs ajoutés de façon que la quantité de moût prélevée soit entièrement fermentée. n -
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Les dessina représentent diverses formes d'exé- cution d'appareils permettant de réaliser le procédé sui-
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vant l'invention. ' Fig, l montre sC11êmatlquement une coupe à travers une cuve de fermentation cylindrique avec un appareil ad- ditionneur de liquide suivant l'invention;
Fig. 2 en est une coupe horizontale vue du dessus-,
Fig. 3 est une autre variante de l'appareil;
Fig. 4 est une coupe horizontale de l'appareil représenté sur la Fig. 3, vu d'en haut-,
Fig. 5 est une vue en plan d'une autre variante applicable à des cuves de. fermentât ion rectangulaires;
Fig. 6 est une coupe verticale d'une partie de la variante de la Fig. 5 ;
Fig 7 représente un détail;
Fig. 8 est une coupe à travers une cuve de fre- mentation cylindrique pourvue d'un dispositif d'admission d'air en forme d'appareil agitateur;
Fig. 9 est une vue en plan de l'appareil repré- senté sur la Fig. 8;
Fig. 10 est une variante dans laquelle les ou- vertures de décharge d'air se trouvent pour ainsi dire dans un seul plan horizontal qui peut se déplacer verti- calement dans la cuve de fermentation;
Fig. 11 est une coupe transversale de l'appareil de la Fig. 10, vu de naut en bas;'
Fig. 12 est une disposition semblable à colle représentée sur la Fig. 10, destinée à une cuve de fer- mentation rectangulaire et comportant un dispositif pour l'addition simultanée de levure en suspension et de moût 'ou liquide nutritif frais;
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Fig. 13 est une coupe verticale de l'appareil représenté sur la.
Fig. 12;
Fig. 14 est une coupe verticale à travers un système d'admission d'air comportant des dispositifs d'ad- mission d'air fixes auxquels l'air est admis à différentes pressions; et
Fig. 15 est une coupe verticale à travers un système semblable dans lequel on emploie un système de tuyaux à parois perforées, ce système étant mobile ver- ticalement et alimenté d'air à différentes pressions.
Sur les Figs. 1 et 2, a désigne une cuve de fer- mentation cylindrique, qui est pourvue de la manière connue d'une chemise d'eau b pour rendre possible le maintien d'une température déterminée dans la cuve. Le système de tuyaux à parois perfoerées c disposés au fond de la cuve sert à l'admission d'air.
Un tuyau vertical d qui est fermé à son extrémité inférieure, est tourillonné dans des coussinets ± et 15. et un mouvement de rotation peut lui être communiqué par une transmission appropriée, comme c'est indiqué, Le tuyau d est pourvu d'un certain nombre de tuyaux e de plus faible section transversale, s'étendant radiale- ment et dont les parois sont perforées d'un nombre conve- nable de trous f;
à son extrémité supérieure, le tuyau 1 s'ouvre dans un récipient m. dans lequel un flotteur n peut être disposé et flotter de manière à maintenir de la ma- nière connue un niveau constant en étranglant la décharge de la soupape d'admission c. par exemple jusqu'à ce que la quantité de liquide admise pendant un certain intervalle de temps devienne égale à la quantité qui s'écoule de la cuve pendant le même intervalle de temps, s'il s'agit de
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-fermentation avec prélèvement continu du moût contenant de la levure. :
en supposant que la surface du moût en fer- mentation se trouve au niveau représenté par et que h est la différence de niveau entre les liquides dans la, cuve de fermentation et dans le récipient m, en négligeant les résistances du tube et autres faibles influences sans Importance notable, la pression représentée par la Hauteur de charge h sera utilisée pour refouler le liquide dans la cuve à travers chacune des ouvertures f, peu importe quelle est leur distance en-dessous de la surface et, si toutes les ouvertures ont les mêmes dimensions, des quantités égales de liquide s'échapperont par chacune de ces ou- vertures par unité de temps.
lorsqu'on fait tourner le tuyau d, chacune des ouvertures décrit un cercle et dé- charge un très mince jet de liquide dans la zone la plus proche du moût en fermentation, et la distance entre les ouvertures peut être telle que chacune de celles-ci ali- mente'en liquide d'addition le même volume de moût fermen- tant,. si le volume, qui est proportionné à chaque ouvertu- re pour être alimenté par celle-ci pendant la rotation du tuyau d, est faible, par exemple un litre, l'agitation pro- voquée par 11 aération aura pour effet que le liquide ajouté
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est presqu'ins$antanément mélangé au moût, de sorte que la moût aura la composition voulue dans toute sa masse.
Comme c'est représenté, ü peut y avoir en-dessous du système de tuyaux e, une zône située sous le niveau indi- qué par d, ou aucun liquide ni est introduit dans le moût, et lorsqu'il s'agit de fermentation avec prélèvement con- tinu de moût contenant de la levure, du moût fermentant peut être retiré par le tuyau de décharge d1 dans la même
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u v u ........ proportion que le liquide est introduit dans la cuve a par les nombreuses ouvertures f. de telle .sorte que la quantité de liquide dans la cuve reste constante.
Dans la zone située en-dessous du niveau q. la levure trouve l'occasion de con- sommer les derniers résidus d'éléments nutritifs du moût avant de quitter la cuve par le tuyau de décharge d1. Lors- que par un retour continu à la cuve de termentation de la levure séparée par centrifugation ou d'une autre manière, une quantité désirée de levure est maintenue ou établie dans la cuve. et que la dégénération de la levure est ainsi empè- chée ou arrêtée, la fomentation peut être effectuée conti- nuellement pendant plusieurs jours et nuits dans des condi- tions qui se rapprochent aussi près que possible des condi- tions idéales, avec les avantages consécutifs. si on désire modifier la quantité de liquide ajoutée par unité de temps, il faut modifier la hauteur de charge du liquide h ou les dimensions des trous.
Connne il n'est pas commode en pratique de changer les dimensions des trous, il est préférable de faire varier la pression et ceci peut être effectué très avantageusement, oomme c'est représenté sur la Fig. 7, en munissant le tuyau d d'un presse-
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étoupe r pour un tuyau d' admi.sion .1 amenant du liquide d'Orne pompe t. la course ou la vitesse de fonctionnement étant modifiée lorsque c'est nécessaire de telle manière que la pompe soit amenée à débiter la quantité désirée de liquide par unité de temps.
Les Figs. 3 et 4 représentent une cuve de termen- tation cylindrique analogue, dans laquelle le dispositif d'ad- mission du liquide est formé d'un tuyau en spirale relié à un tuyau d'admission u; les parois du tuyau 1. sont perforées
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et le tuyau peut être déplacé verticalement dans la cuve, en produisant ainsi un mélange rapide et uniforme du li- quide ajouté avec le moût en fermentation.
La Fig. 5 montre une disposition très semblable destinée à être appliquée à une cuve de fermentation rec- tangulaire et comprenant un cadre 1 en tuyaux, dont les deux côtés parallèles sont reliés au moyen de tuyaux transversaux horizontaux y à parois perforées, On peut employer un nombre plus grand ou plus petit de cadres fi- xes de ce genre superposés.
La Fige 6 représente deux de ces cadres, et si l'on désire conserver le système de tuyaux mobiles qui donne la meilleure disposition, il est possible au moyen de deux cadres de réduire la auteur à laquelle l'appareil d'admission doit être élevé et abaissé à la moitié de celle qui est nécessaire lorsqu'on n'emploie qu'un seul cadre.
Les variantes décrites doivent être considérées uniquement comme des exemples, mais l'invention n'y est pas limitée et elle peut comprendre en outre un disposi- tif dans lequel les parois de la cuve de fermentation sont percées de trous pour l'admission du liquide, tandis que la moût en fermentation dans la cuve est amené à se dé- placer par rapport à ces parois; de même, au lieu de faire passer à travers des trous forés le liquide qui doit être mélangé d'une manière homogène avec le moût en fermenta- tion, à un degré élevé de dilution, on peut l'introduire à travers des corps plus ou moins poreux.
Bien que le cadre x sur les Figs. 5 et 6 soit disposé horizontalement et puisse être déplacé verticale-
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ment, un ou plusieurs de ces cadres peuvent aussi être disposés verticalement et déplacés dans le sens de leurs axes horizontaux, Le type d'appareil de distribution que Il y a lieu de choisir dans chaque cas particulier dépend de la disposition et de la forme des cuves de fomentation ainsi que de l'espace, de la hauteur disponible au-dessus des cuves de fermentation, etc.
Pour 1- aération de la masse ou du moût en fer- mentation, il est important que l'air soit introduit sous forme de bulles aussi petites que possible, en vue d'obte- nir le mélange le plus intime que possible du moût de fer- mentation par l'effet purement mécanique de l'air et pour que l'air insuflé puisse être absorbé par le liquide fer- mentant de la manière la plus efficace possible.
Lorsqu'on emploie les dispositifs connus et uti- lisés jusqu'à présent dans la fabrication de l'aérolevure, la partie du liquide en fermentation qui est la plus rap- prochée des fines ouvertures d'échappement d'air des tuyaux d'admission d'air dans le voisinage du fond de la cuve, ren- contre l'air à un état finement divisé, tandis que les balles d'air à l'extérieur de cette zone se réunissent plus ou moins vite pour former des bulles plus grosses, qui s'élèvent ra- pidement à la surface et quittent alors le liquide.
Suivant l'invention, on ajoute l'air au moût ou à la masse en un grand nombre de points situés à différentes hauteurs et répartis dans tout le volume du liquide en fer- mentation.
De cette manière, pratiquement toutes les par- ties du liquide résolvent l'air à un état finement divisé, ce qui facilite le mélange et favorise l'absorption de l'air par toute la masse du moût.
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Ceci est important pour toute fermentation SI et- tectuant avec aération et spécialement pour les fermen- tations où le moût aéré qui est saturé d'air doit être mélangé à une masse ou moût non aéré ajouté, ou à de la levure en suspension, comme c'est décrit ci-dessus. si le procédé suivant l'invention est utilisé pour l'aération dans les fermentations de ce genre, on peut atteindre ce résultat que les trois éléments constitu- tifs qui sont décisifs pour la fermentation, à savoir: la levure, la solution nutritive et l'air finement divisé, se rencontrent dans des conditions pratiquement identiques pour tous les éléments volumétriques dont la masse entière du moût de fermentation est composée.
Dans un appareil pour réaliser un semblable pro- cédé, les nombreuses ouvertures de décharge du dispositif d'admission 4' air sont réparties dans toute la masse du moût en fomentation dans la cuve, et elles peuvent soit être disposées en des endroits fixes par rapport à la cuve, soit se trouver dans des tuyaux ou autres corps qui peuvent être déplacés dans le liquide, de telle sorte que le liquide est aéré pour ainsi dire uniformément dans toute sa masse.
Qu'il s'agisse d'admettre des substances liqui- des, dissoutes ou en suspension, ou des gaz, la descrip- tion ci-après est toujours applicable, un certain nombre de dispositifs distributeurs peuvent se trouver à diverses hauteurs dans la cuve et d'autres peuvent se trouver à la même hauteur dans la cuve.
En outre, quelques uns des dispositifs distri- buteurs peuvent se trouver à la même distance d'une paroi
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quelconque de la cuve et d'autres dispositifs distribu- teurs peuvent se trouver à des distances différentes d'une paroi quelconque de la cuve.
Le ou les dispositifs d'admission d'air peuvent comme il a été dit, être mobiles dans la masse ou le moût en fermentation ou bien ils peuvent avoir la forme d'un appareil agitateur et 11 en est de même pour les disposi- tifs d'admission de liquide nutritif et de levure en sus- pension.
L'un quelconque des différents dispositifs d'ad- mission qui se trouvent dans le même plan horizontal peut dans une certaine mesure foncer un système séparé dit dis- positif d'admission d'air et chacun de ces systèmes peut être raccordé à son réservoir d'air propre, et la pres- sion d'air peut être différente dans les divers réser- voire d'air suivant la 'hauteur de charge du liquide au- dessus des ouvertures de décharge du système considéré dans la cuve de fomentation.
Différentes variantes d'appareils d'admission d'air suivant l'invention, sont représentés schématique- ment sur les Figs. 8 à 15. sur les Figs. 8 et 9, 1 désigne une cuve de fermentation cylindrique, dans laquelle est tourillonné un tuyau vertical 2 portant un système de tuyaux 3 à parois perforées, qui forment un appareil agitateur. On peut faire tourner le tuyau 2 au moyen d'un mécanisme de commande approprié; son extrémité supérieure est enfermée dans une boîte à bourrage 4 à travers laquelle de l'air peut être admis sous pression. L'air pénètre dans le li- quide sous forme de nombreuses bulles très fines et est
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de cette manière distribue uniformément dans toute la masse du liquide de sorte que l'aération est effectuée très uniformément et très efficacement.
Dans ces dispositifs et dans d'autres disposi- tifs d'admission d'air, les trous peuvent être dirigés de bas en haut, de haut en bas, obliquement de bas en haut ou obliquement de haut en bas, ou horizontalement.
Sur les Figs. 10 et 11, le dispositif d'admis- sions d'air consiste en un tuyau 5, présentant la forme d'une spirale, susceptible d'être déplacée verticalement à travers le moût en fermentation dans la cuve, au moyen du tuyau vertical 6. L'air est admis par le tuyau 7 et un tuyau flexible 8 au tuyau 6, comme c'est représentée De cette manière aussi chaque partie de la masse totale du liquide contenu dans la cuve regoitde l'air sous tome de bulles s'échappant par les nombreuses ouvertures des parois du tuyau 5.
Sur les Figs. 12 et 13, on a disposé dans la cuve de fermentation, qui a ici une forme rectangulaire, un cadre mobile verticalement et comprenant une paire de tuyaux horizontaux 9 et 10 d'où partent des tuyaux il et 12 à parois perforées; les tuyau$ 11 raccordés au tuyau 9 peuvent alors servir à l'admission de l'air, tandis que les tuyaux 12 raccordés au tuyau 10 peuvent servir pour admettre simultanément du moût frais de la manière indi- quée ci-dessus, si on le désire, un troisième système de tuyaux d'admission 13 peut encore être ajouté et disposé par exemple perpendiculairement aux systèmes 11 et 12, et être susceptible de se déplacer verticalement conjointe- ment avec ceux-ci;
les tuyaux 13 peuvent servir à l'ad-
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mission de levure en suspension, si cette admission doit avoir lieu. La levure ajoutée peut, comme c'est indiqué, être de la levure centrifugée prélevée de la même cuve de fermentation et ramenée dans celle-ci, ou bien de la le- vure d'une autre origine.
Quelquefois la disposition peut être telle que la levure en suspension qu'il s'agit d'ajouter ou de ra- mener est introduite dans le tuyau d'admission même et être ainsi injectée sous une forme finement divisée ou pulvérisée, conjointement avec l'air, de sorte que cette levure est aérée d'une manière particulièrement intense.
Dans la variante d'appareil représentée sur la Fig. 14, on emploie trois tuyaux d'admission d'air 14, 15 et 16, qui, par exemple,, peuvent être du même type que les tuyaux 5 représentés sur les Fige. 10 et il, et ces tuyaux d'admission d'air sont disposés à des niveaux différents dans la cuve. Le tuyau 16 reçoit de l'air directement du réservoir d'air 17, dans lequel règne une pression suf- fisante pour refouler l'air à travers les fines ouvertu- res malgré la pression exercée par la colonne de liquide surmontant ces ouvertures.
Les tuyaux 14 et 15 reçoivent de l'air de réservoirs 18 et 19 respectivement, dans les- quels règnent des pressions un peu intérieures, l'air du réservoir d'air 17 passant par des soupapes de réduction de pression 20 et 21, comme c'est représenté. En réglant convenablement les pressions, on peut assurer une aéra- tion uniforme suivant les différentes contre-pressions correspondant aux hauteurs de charge variables du liquide.
Enfin. la Fig. 15 montre schématiquement comment un dispositif d'admission d'air susceptible d'être dé-
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placé verticalement comme celui représenté sur les Figs. 10 et 11, peut recevoir de l'air à différentes pressions cor- respondant à peu près à la charge de liquide supporté à un moment quelconque par les ouvertures de décharge.
Le tuyau 6 est monté sur un tiroir allongé 22 situé à l'extérieur de la cuve de fermentation 1 et ce tiroir peut recevoir un mouvement de monte et baisse et être en même temps pressé fermement contre la glace 23.
Le tiroir est pourvu d'une rainure oblongue 24 qui est reliée au tuyau, et la glace du tiroir est munie de lu- mières 25, 26 et 27 situées à des 'hauteurs différentes, qui reçoivent de l'air à des pressions différentes comme et est décrit avec référence à la Fig. 14. Lorsque le tiroir 22 est déplacé dans le sens vertical conjointement avec les tuyaux 5 et 6, la rainure 24 est mise en commu- nication, successivement, avec les ouvertures 25, 26 et 27 et vice-versa.
Au lieu d'envoyer dans les ouvertures d'admis- sion d'air, comme c'est représenté sur le dessin, de l'air venant du même réservoir à air sous pression, ou réel- pient à air, on peut en vue d'économiser la dépense d'é- nergie dans la compression, employer plusieurs réservoirs d'air ayant chacun sa pression propre, et alimentés par exemple d'air provenant de compresseurs individuels ou d'un compresseur d'où il est possible de prélever de l'air à différentes pressions, soit en différents endroits du cylindre s'il est fait usage d'un compresseur à piston mono-cylindrique, soit à différents étages à pressions in- termédiaires si l'on emploie des compresseurs compound,,
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si l'on emploie des compresseurs rotatifs,
de l'air à différentes pressions peut être prélevé en dit- férents points de ces compresseurs.
REVENDICATIONS -:-
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"Method and apparatus for performing certain chemical and other operations.
In certain chemical and biological processes in which a substance has been removed from a liquid, it may be necessary to maintain a constant concentration in the latter more or less accentuated by replacing the substance removed, or it is possible to aim to let the concentration of the substance considered increase or decrease regularly and systematically and in this case a solution of the substance in question was added.
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If this solution is added by traction followed by suitable stirring, it cannot be avoided that it temporarily collapses in certain places of areas having a transient concentration, the value of which is between concentrations of the substance in the two liquids, which in certain cases may present a disadvantage and have a detrimental effect on the chemical or biological operation to be carried out, since this operation may for example depend on the hand - hold of a certain low concentration of one or more substances in reaction,
if it is for example the production of colloidal silica by the action of an alkali silicate on an acid, the alkali silicate can only be present in the highly diluted state, because in places where the concentration is more intense, there is a risk that other forms of silica will precipitate in the liquid.
When precipitating a halogenated salt of silver in emulsions which should be as uniform as possible. it is also important that the addition of the dissolved precipitating agent is carried out in such a way that the precipitation of the halogenated silver salt cannot take place in large quantities and in different forms and degrees of fine division at the places of the liquid or the addition of the precipitating agent is carried out.
When it comes to the. fermentation of liquids containing sugar, it is sometimes desirable that the fermentation take place in a nutrient liquid of a certain concentration, which must be maintained by adding from time to time certain amounts of a nutrient solution when the substances are consumed by the ferment.
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If we do not add the solution considered by traction, but a continuous tagon in a more or less thick jet with stirring, the mentioned disadvantage is somewhat reduced; however, it is difficult with known working methods to completely or almost completely avoid the existence of transient concentrations.
The object of the invention is to make possible, in this case and in analogous cases, the addition, preferably continuous, of a dissolved or suspended matter, of a liquid or of a gas to a substance. other liquid or gas from where. the dissolved or suspended matter, the first liquid or the gas disappear more or less completely by chemical transformation, precipitation or other elimination, with a view to establishing a constant, increasing or decreasing concentration, of the dissolved substance or in suspension, of the first liquid or of the gas, by the addition of the dissolved or suspended matter, of the liquid or of the gas at a large number of points,
distributed throughout the mass of the liquid or a significant part of it. The addition can be made by keeping the liquid moving at the points where this addition takes place. in order to avoid the formation of transient concentrations in substantial parts of the mass of the liquid into which the dissolved or suspended matter, the added liquid or gas is introduced.
The ideal solution to the problem would be that the amount of liquid or matter added should be evenly distributed in an Infinitely large number of points, themselves evenly distributed throughout the entire mass of the liquid in which the replacement is to be made. substance consumed or removed from this liquid, and to make the addition by adding
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the same infinitely small quantity in each of the infinitely numerous points where the addition takes place, this ideal solition cannot be practically achieved, but according to the invention, it is approached as closely as possible by adding the liquid or the material through a large number of addition orifices which are distributed throughout the mass of the liquid or a significant part of it,
or which are in a discharge apparatus which is displaced with respect to the liquid, so that they are thus distributed practically throughout the mass of the liquid considered. The distribution must in some cases be in the entire volume of the reaction chamber, therefore both in the liquid phase substance and in the gas phase.
As we said above. the points where the addition takes place may be openings made in an apparatus which is displaced with respect to the liquid, and it may be advantageous to distribute these points in such a way that each of them corresponds to a certain small area of the mass of the liquid, preferably an area of the same area for each of all the points of addition, to receive liquid therefrom.
A solution can be introduced into the liquid in question through fine openings, which can be drilled in the walls of pipes forming part of an agitating apparatus and through which the solution is added under an appropriate pressure, and when the When the agitator is activated, the mixing is further aided by the agitation which occurs.
When! such a stirrer is moved in the liquid, each opening moves along a certain path.
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jet into the liquid and pour the solution or the liquid or the gas into the nearest area surrounding this path, and if all of these openings have the same dimensions and are supplied with solution or liquid or gas under the same pressure, it It suffices to distribute the openings on the agitating apparatus in such a way that the above-mentioned zones, which are proportioned to each orifice to receive the solution or the liquid or the gas therefrom have the same volume. if the openings exist in large number and are arranged close to each other and moved rapidly through the liquid, the mixture of the solution etc.
added to the liquid occurs almost instantaneously, and the areas of the liquid where transient concentrations are temporarily found become so minimal that they can hardly matter.
The apparatus can also be arranged in other ways to obtain the same result. Thus, the liquid can be circulated etc. considerable speed through pipes of flattened cross section, in the walls of which are drilled one or more rows of fine openings through which the solution etc. is admitted at an appropriate pressure, or the solution etc. can be admitted through the natural or artificial pores of porous materials, such as canes or the like.
The essential thing is that the liquid etc., to which one gives preferably a more or less violent movement with respect to the organ through which the addition of the solution takes place, receives a solution or a liquid, etc., at a large number of points, which are distributed throughout its mass, in such a way that the desired concentration of the substance admitted is reached.
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te as quickly as possible without the formation of transient concentrations in areas of any considerable extent.
The method is applicable to systems involving the addition of more than one solution or of more than a single liquid or gas to another liquid or gas, and the apparatus may be arranged for this purpose in a manner. appropriate.
Fluid etc. to be added can also be admitted through the wall of the container which contains the fluid etc. to be treated, with or without the aid of dispensing devices, in some cases while the fluid etc. added and fluid etc. treated are relative movement.
The method can be employed both when it comes to carrying out the operation at atmospheric pressure as well as in vacuum or under pressure.
In addition to applying the method to the addition of liquid substances from solutions to a liquid in a systematic and uniform manner, this method can also be employed to conveniently add suspended solids or substances. gas.
As an example of a practical application of the process, it will be described in its application to fermentation in general and especially to the production of compressed yeast, in particular air yeast.
It is known that the concentration of nutrients for yeast in a fermenting solution is important from the standpoint of the progress of fermentation. All other things being equal, especially the temperature and intensity of the aeration, the lower the actual sugar concentration, the more yeast will form during fermentation.
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tation and less Alcohol will be formed for the same quantity of sugar material used, conversely a higher sugar concentration will cause the formation of alcohol to the detriment of the quantity of yeast produced.
It may be advantageous to maintain during fermentation a substantially constant concentration of nutrients, particularly sugar, and it may also be beneficial to modify the concentration of nutrients during fermentation from a lower concentration to a higher concentration. higher concentration or vice versa, Changes in the concentration of nutrients can occur, inter alia, in fermentations where a uniform concentration is desired, since it can be very difficult to maintain an absolutely constant concentration during fermentation. fermentation.
Whether it is fermentation of the kind last mentioned, or other formulations in which the concentration of nutrients, especially sugar, is changed by the addition of a solution of nutrients or solutions. in general, or of water, it is important that the modification does not settle abruptly, but is carried out systematically in such a way that it takes place gradually.
By carefully choosing the quantity and concentration of the solution or solutions to be added, and by taking into account the quantity of the fermentation solution and the concentration thereof, it is possible to give the fermentation solution a concentration desired to a certain extent, such as, when fomentation is carried out with intense aeration, agitation occurs
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relatively violent as a result of aeration, the fermenting wort is obtained in a relatively uniform concentration and in any case as uniform as it should be in many cases.
However, in many cases a sufficiently uniform concentration cannot be obtained quickly enough in this manner. a solution of nutrients is generally added to the fermentation tank in such a way that it is brought from a reserve tank, by a pump or other similar device, into the fermenting must in the form of a jet more or less thick. For this reason, at the place where the introduced liquid meets the must containing the yeast, and in a more or less large area surrounding this place as a transition, there are concentrations whose value is between the concentrations of the two constituents. killing.
Quite local conditions of sugar concentration are thus produced which, when present in appreciable quantity per unit volume of wort, is rapidly used for the formation of alcohol by the yeast. of this area. If in the fermentation considered it is desired to obtain the greatest possible yield of yeast and the smallest possible quantity of alcohol, the formation of alcohol generated constitutes a drawback.
To a certain extent, this drawback can be overcome by adding the nutrient liquid in a special way: thus, it is known that, by aspiration in the air which is blown into the tank, the wort can be brought in the form of a fog or any high degree of dispersion, and we also know that we can place a strainer (spray head)
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-on the pipe which brings the nutritive solution into the fermentation tank so that it flows into the latter, not 'in the form of a more or less thick jet, but in the state of rain (English patent no 270.770). these two provisions can be used to somewhat remedy the drawback indicated above,
but it is certain that neither of them completely eliminates this inconvenience.
In fact, in both cases, it mixes instantaneously with the nutrient solution Introduced only a limited quantity of must relative to the total content of the fomentation tank, namely the quantity located in the zone closest to the pipes. air intake or, in the second case, the surface of the fermenting yeast. All the remainder of the wort mass is not instantly mixed with the added solution, and the volume of wort which is only mixed with the added solution after a longer or shorter time interval is the larger the fermentation tank, the deeper.
The area in which the growth activity is reduced is all the more extensive as the nutrients contained in the added solution are consumed more quickly by the yeast cells which are in the two mentioned areas, which has the effect that the capacity of the fermentation tank is not fully utilized,
If the nutrient solution added according to the process which is the object of the present invention is distributed in such a way that it mixes instantly with as large a volume of fomentant wort as possible,
the activity of the growth of the yeast extends over a part also
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of the fermenting wort mass as possible and the addition of nutrient solution and consequently the capacity of the fermentation vessel can be increased correspondingly.
, - example mentioned constitutes a special case.
The process is not, however, limited to the addition of a single nutrient solution but also includes mixing the fermenting wort with additions of materials in general, one or more of these materials being added. at a large number of points which are distributed throughout the mass of the must in fomentation.
The added material can be fresh yeast or nutrient solutions in general, or water, or the added material can be yeast, either in the state of centrifuged yeast or liquid yeast or other kind of yeast. . Different solutions, which are usually added separately, for example wort, phesphoric acid and ammonium sulfate solutions, can be mixed, after which the resulting solution is added, or the different ones can be added. solutions separately at a large number of points which are distributed throughout the mass of the fermenting must, and preferably in such a way that the various materials are introduced close to each other.
The quantity of each of the materials added at each point per unit of time may constitute the same fraction of the total quantity of the materials considered which is added in the unit of time to the fermentation tank. According to known methods, the weight of yeast per unit volume of the fermentation must can be regulated by the addition of yeast; in particular, yeast from the.
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same fomentation tank, produced for example by centrifugation of must loaded with yeast withdrawn from this fermentation tank. The process according to the invention comprises the distribution, throughout the mass of the must under formation, of yeast having one or the other origin.
It is understood that according to the -process which forms the subject of the invention and uses the devices described below, it is possible to carry out fermentations which come as close as possible to the ideal, namely the production. a very large number of small reaction spaces subjected to practically the same conditions and distributed throughout the fermentation tank, which allows to obtain an extreme uniformity from the point of view of the concentration of one or more nutrients, as well as from the point of view of producing a desired weight of yeast per unit volume of brewing wort, and the method and apparatus provide the means to systematically control these amounts.
As has been said above, the ideal solution of the problem would be obtained if the number of points at which the addition of substances added to the wort takes place were infinitely large and if these points were uniformly distributed throughout the mass of the liquid. This cannot be done practically;
one must stick to a limited number of addition points which must be at a certain distance from each other so that the solution or the yeast leaving the addition openings, per unit of time , for example per second, is admitted into a zone of the fomenting must having an extent such that the debited materials are mixed as quickly as possible with the fermentation must contained in this zone, thanks to the mixing
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caused by aeration, by the movement of the additive organ, by rotation, & c. or some other way.
The process is applicable to all kinds of fermon. tation during which a nutrient solution, solutions in general, water or yeast are added to the brewing must, regardless of whether or not the must loaded with yeast is removed during fermentation from the tank. fermentation, and whether the operation is at a higher or lower concentration of nutrients, or whether the amounts by weight of yeast per unit volume of wort are large or small, and whether or not a aeration during fermentation.
one can use the process among others in the fermentations which can be initiated by inoculating the mother yeast (seeding yeast) in diluted must, in very diluted must or in infinitely diluted must or in water and the It may be the object of the invention in such cases that the formation progresses continuously in very dilute wort and in such a way that the wort containing the yeast, continuously withdrawn from the fermentation tank, is completely fermented.
It may sometimes be advantageous to take measures so that the fresh nutrient solution is only added to a part of the mass of the wort in termi- nation, while an area of it from which the amount removed is taken. does not receive a fresh nutrient solution, so that the yeast has the opportunity to consume and use the total amount of nutrients added so that the amount of wort removed is fully fermented. not -
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The drawings represent various forms of execution of apparatus for carrying out the following process.
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before the invention. Fig. 1 schematically shows a section through a cylindrical fermentation vessel with a liquid addition apparatus according to the invention;
Fig. 2 is a horizontal section seen from above,
Fig. 3 is another variant of the apparatus;
Fig. 4 is a horizontal section of the apparatus shown in FIG. 3, seen from above-,
Fig. 5 is a plan view of another variant applicable to tanks. rectangular fermentations;
Fig. 6 is a vertical section of part of the variant of FIG. 5;
Fig 7 shows a detail;
Fig. 8 is a section through a cylindrical freeze tank provided with an air intake device in the form of a stirring apparatus;
Fig. 9 is a plan view of the apparatus shown in FIG. 8;
Fig. 10 is a variation in which the air discharge openings lie virtually in a single horizontal plane which can move vertically in the fermentation vessel;
Fig. 11 is a cross section of the apparatus of FIG. 10, seen from naut below; '
Fig. 12 is a glue-like arrangement shown in FIG. 10, intended for a rectangular fermentation tank and comprising a device for the simultaneous addition of suspended yeast and fresh nutrient wort or liquid;
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Fig. 13 is a vertical section of the apparatus shown in.
Fig. 12;
Fig. 14 is a vertical section through an air intake system having fixed air intake devices to which air is admitted at different pressures; and
Fig. 15 is a vertical section through a similar system in which a system of perforated wall pipes is employed, this system being vertically movable and supplied with air at various pressures.
In Figs. 1 and 2, a denotes a cylindrical fermentation vessel, which is provided in known manner with a water jacket b to make it possible to maintain a determined temperature in the vessel. The system of pipes with perforated walls c arranged at the bottom of the tank is used for the air intake.
A vertical pipe d which is closed at its lower end is journalled in bearings ± and 15. and a rotational movement can be imparted to it by a suitable transmission, as indicated. The pipe d is provided with a certain number of pipes e of smaller cross section, extending radially and the walls of which are perforated with a suitable number of holes f;
at its upper end, the pipe 1 opens into a receptacle m. in which a float n can be arranged and float so as to maintain a constant level in known manner by throttling the discharge of the inlet valve c. for example until the quantity of liquid admitted during a certain time interval becomes equal to the amount which flows out of the tank during the same time interval, if it is
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- fermentation with continuous removal of the must containing yeast. :
assuming that the surface of the fermenting wort is at the level represented by and that h is the difference in level between the liquids in the fermentation tank and in the vessel m, disregarding tube resistances and other weak influences Without Significant Significance, the pressure represented by the Head of Charge h will be used to force the liquid into the tank through each of the openings f, no matter how far they are below the surface and, if all the openings have the same dimensions, equal amounts of liquid will escape through each of these openings per unit time.
when the pipe d is rotated, each of the openings describes a circle and discharges a very thin stream of liquid into the area closest to the fermenting wort, and the distance between the openings may be such that each of these This supplies the same volume of firming wort with addition liquid. if the volume, which is proportioned to each aperture to be supplied by it during the rotation of the pipe d, is small, for example one liter, the agitation caused by the aeration will cause the added liquid
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is almost immediately mixed with the must, so that the must will have the desired composition throughout its mass.
As shown, ü may be below the pipe system e, an area below the level indicated by d, where no liquid ni is introduced into the wort, and when it comes to fermentation with continuous withdrawal of wort containing yeast, fermenting wort can be withdrawn through the discharge pipe d1 in the same
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'µ>%, o "$, .4'
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u see ........ proportion that the liquid is introduced into the tank a through the many openings f. such .sort that the amount of liquid in the tank remains constant.
In the area below level q. the yeast finds the opportunity to consume the last residues of nutrients in the must before leaving the tank through the discharge pipe d1. When by continuous return to the fermentation tank of the yeast separated by centrifugation or otherwise, a desired amount of yeast is maintained or established in the tank. and as the degeneration of the yeast is thus prevented or stopped, fomentation can be carried out continuously for several days and nights under conditions which come as close as possible to ideal conditions, with the consequent advantages . if it is desired to modify the quantity of liquid added per unit of time, it is necessary to modify the head of the liquid h or the dimensions of the holes.
As it is not practical in practice to change the dimensions of the holes, it is preferable to vary the pressure and this can be done very advantageously, as shown in FIG. 7, by fitting the pipe d with a
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packing r for an admi.sion pipe .1 bringing liquid from Orne pump t. the operating stroke or speed being changed when necessary so that the pump is caused to deliver the desired quantity of liquid per unit time.
Figs. 3 and 4 show a similar cylindrical termination vessel, in which the liquid inlet device is formed of a spiral pipe connected to an inlet pipe u; the walls of the pipe 1.are perforated
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and the pipe can be moved vertically in the tank, thus producing rapid and uniform mixing of the added liquid with the fermenting wort.
Fig. 5 shows a very similar arrangement intended to be applied to a rectangular fermentation tank and comprising a frame 1 of pipes, the two parallel sides of which are connected by means of horizontal transverse pipes y with perforated walls. A larger number can be used. large or small of such superimposed fixed frames.
Fig. 6 represents two of these frames, and if one wishes to keep the movable pipe system which gives the best arrangement, it is possible by means of two frames to reduce the author to which the intake apparatus must be raised. and lowered to half that required when only one frame is used.
The variants described are to be considered only as examples, but the invention is not limited thereto and it may further comprise a device in which the walls of the fermentation vessel are pierced with holes for the admission of liquid. , while the must fermenting in the tank is caused to move in relation to these walls; likewise, instead of passing through drilled holes the liquid which is to be mixed homogeneously with the fermenting wort, at a high degree of dilution, it can be introduced through more or less bodies. less porous.
Although the frame x in Figs. 5 and 6 is arranged horizontally and can be moved vertically
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ment, one or more of these frames may also be arranged vertically and moved in the direction of their horizontal axes. The type of dispensing device which should be chosen in each particular case depends on the arrangement and shape of the fermentation tanks as well as the space, available height above the fermentation tanks, etc.
For 1- aeration of the mass or the fermenting must, it is important that the air is introduced in the form of bubbles as small as possible, in order to obtain the most intimate mixture as possible of the must. fermentation by the purely mechanical effect of the air and so that the blown air can be absorbed by the fermenting liquid in the most efficient way possible.
When employing the devices known and used heretofore in the manufacture of aeroleveast, the part of the fermenting liquid which is closest to the fine air exhaust openings of the intake pipes air in the vicinity of the bottom of the tank, meets the air in a finely divided state, while the air balls outside this zone meet more or less quickly to form larger bubbles , which rise rapidly to the surface and then leave the liquid.
According to the invention, air is added to the must or to the mass at a large number of points situated at different heights and distributed throughout the entire volume of the fermentation liquid.
In this way, virtually all parts of the liquid resolve the air to a finely divided state, which facilitates mixing and promotes absorption of air by the entire mass of the wort.
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This is important for any SI fermentation carried out with aeration and especially for fermentation where aerated wort which is saturated with air must be mixed with added mass or unaerated wort, or with suspended yeast, such as this is described above. if the process according to the invention is used for aeration in fermentations of this kind, it can be achieved that the three constituent elements which are decisive for the fermentation, namely: the yeast, the nutrient solution and the finely divided air, meet under practically identical conditions for all the volumetric elements of which the entire mass of the fermentation must is composed.
In an apparatus for carrying out a similar process, the numerous discharge openings of the air intake device are distributed throughout the mass of the wort being formulated in the vat, and they may either be arranged at fixed locations relative to each other. to the tank, either be in pipes or other bodies which can be moved in the liquid, so that the liquid is aerated almost uniformly throughout its mass.
Whether it is a question of admitting liquid, dissolved or suspended substances, or gases, the description below is always applicable, a certain number of dispensing devices can be found at various heights in the tank. and others may be at the same height in the tank.
In addition, some of the distribution devices may be at the same distance from a wall.
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any of the vessel and other dispensing devices may be at different distances from any wall of the vessel.
The air intake device (s) can, as has been said, be mobile in the mass or the must in fermentation or they can have the form of a stirring device and the same is the case for the devices. intake of nutritive liquid and suspended yeast.
Any of the different intake devices which are in the same horizontal plane can darken a separate so-called air intake system to some extent and each of these systems can be connected to its reservoir. of clean air, and the air pressure may be different in the various air reservoirs depending on the height of the liquid charge above the discharge openings of the system under consideration in the formation tank.
Different variants of air intake apparatus according to the invention are shown schematically in Figs. 8 to 15. in Figs. 8 and 9, 1 designates a cylindrical fermentation tank, in which is journalled a vertical pipe 2 carrying a system of pipes 3 with perforated walls, which form a stirrer device. The pipe 2 can be rotated by means of a suitable control mechanism; its upper end is enclosed in a stuffing box 4 through which air can be admitted under pressure. The air enters the liquid in the form of numerous very fine bubbles and is
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in this way distributes evenly throughout the mass of the liquid so that aeration is carried out very evenly and very efficiently.
In these and other air intake devices, the holes may be directed from bottom to top, top to bottom, obliquely from bottom to top or obliquely from top to bottom, or horizontally.
In Figs. 10 and 11, the air intake device consists of a pipe 5, having the shape of a spiral, capable of being moved vertically through the fermenting wort in the tank, by means of the vertical pipe 6 The air is admitted through the pipe 7 and a flexible pipe 8 to the pipe 6, as is shown In this way also each part of the total mass of the liquid contained in the tank receives air under the volume of bubbles. escaping through the many openings in the walls of the pipe 5.
In Figs. 12 and 13, there is placed in the fermentation tank, which here has a rectangular shape, a frame movable vertically and comprising a pair of horizontal pipes 9 and 10 from which the pipes 11 and 12 with perforated walls start; the pipes $ 11 connected to the pipe 9 can then be used for the admission of air, while the pipes 12 connected to the pipe 10 can serve to simultaneously admit fresh wort in the manner indicated above, if it is If desired, a third system of intake pipes 13 can also be added and arranged, for example, perpendicular to the systems 11 and 12, and be able to move vertically together with them;
the pipes 13 can be used for the ad-
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suspension yeast mission, if this admission is to take place. The added yeast may, as indicated, be centrifuged yeast taken from the same fermentation tank and returned to it, or yeast from another origin.
Sometimes the arrangement may be such that the suspended yeast which is to be added or taken back is introduced into the inlet pipe itself and thus be injected in a finely divided or pulverized form, together with the air, so that this yeast is aerated in a particularly intense way.
In the variant of the apparatus shown in FIG. 14, three air intake pipes 14, 15 and 16 are employed, which, for example, may be of the same type as the pipes 5 shown in Figs. 10 and he, and these air intake pipes are arranged at different levels in the tank. The pipe 16 receives air directly from the air reservoir 17, in which there is sufficient pressure to force the air through the fine openings despite the pressure exerted by the column of liquid above these openings.
The pipes 14 and 15 receive air from reservoirs 18 and 19 respectively, in which somewhat internal pressures prevail, the air from the air reservoir 17 passing through pressure reducing valves 20 and 21, as it is represented. By properly regulating the pressures, a uniform aeration can be ensured at the different back pressures corresponding to the varying head heights of the liquid.
Finally. Fig. 15 shows schematically how an air intake device capable of being
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placed vertically like that shown in Figs. 10 and 11, can receive air at various pressures corresponding approximately to the liquid charge supported at any time by the discharge openings.
The pipe 6 is mounted on an elongated drawer 22 located outside the fermentation tank 1 and this drawer can receive an up and down movement and at the same time be pressed firmly against the ice 23.
The drawer is provided with an oblong groove 24 which is connected to the pipe, and the window of the drawer is provided with lights 25, 26 and 27 located at different heights which receive air at different pressures such as. and is described with reference to FIG. 14. When the drawer 22 is moved in the vertical direction together with the pipes 5 and 6, the groove 24 is brought into communication, successively, with the openings 25, 26 and 27 and vice versa.
Instead of sending air from the same pressurized air tank, or real airpient, into the air intake openings, as shown in the drawing, it is possible to view to save the energy expenditure in the compression, use several air reservoirs each having its own pressure, and supplied for example with air coming from individual compressors or from a compressor from which it is possible to take air at different pressures, either at different places in the cylinder if a single-cylinder piston compressor is used, or at different stages at intermediate pressures if compound compressors are used,
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if rotary compressors are used,
air at different pressures can be taken from different points of these compressors.
CLAIMS -: -
EMI24.1
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