TITRE
Machine pour la concentration de la sève d'érable.
CHAMPS DE L'INVENTION
L'invention se rapporte à une machine qui sert à concentrer la sève d'érable en enlevant une partie des molécules d'eau (H20) pour obtenir un mélange d'eau plus sucré avant le procédé d'évaporation qui donnera le sirop d'érable comme produit fini.
Le taux de sucre moyen de sève d'érable avant concentration peut varier entre 11 % et 6% selon le type d'érable à sucre et la région où il croît. Le concentré obtenu après concentration peut varier du pourcentage de sucre de la sève originale jusqu'à 7 à 8 fois ce pourcentage.
La pratique courante de concentration de la sève d'érable est entre 8% et 10% avant évaporation. Le pourcentage de sucre du sirop d'érable est de 66% après le procédé d'évaporation. L'énergie requise durant le procédé
d'évaporation est le feu de bois ou l'huile à chauffage (mazout) brûlée après évaporation. Étant donné qu'il faut réduire de 30 à 40 fois le volume de sève pour obtenir un bon sirop d'érable de 66 degrés Brix, le principe de concentration de la sève par le principe de l'osmose inversée utilisé dans l'appareil ci-dessous décrite réduit considérablement le coût de fabrication du sirop d'érable à partir de la sève de l'érable à sucre.
Plusieurs appareils à concentrer les liquides à base d'eau sont commercialisés présentement tel que l'eau salée, l'eau polluée, l'eau sucrée, mais tous ont des caractéristiques différentes l'une de l'autre. Ces appareils sont munis de caissons renfermant une membrane capable de filtration moléculaire qui peut séparer les molécules courtes des molécules longues d'un liquide quand celui-ci est pressé sur la membrane à des pressions ne TITLE
Machine for the concentration of maple sap.
FIELDS OF THE INVENTION
The invention relates to a machine for concentrating maple sap.
removing part of the water molecules (H20) to obtain a mixture sweeter water before the evaporation process which will give the maple syrup as a finished product.
Average maple sap sugar before concentration may vary between 11% and 6% depending on the type of sugar maple and the region where it grows. The concentrate obtained after concentration can vary from the percentage of sugar of the original sap up to 7 to 8 times this percentage.
The common practice of concentrating maple sap is between 8% and 10% before evaporation. The sugar percentage of maple syrup is 66% after the evaporation process. Energy required during the process evaporation is a wood fire or heating oil (oil) burned after evaporation. Since the volume of sap has to be reduced by 30 to 40 times to get a good 66 degree Brix maple syrup, the principle of concentration of the sap by the principle of reverse osmosis used in the apparatus described below considerably reduces the manufacturing cost maple syrup from the sap of the sugar maple.
Several devices for concentrating water-based liquids are currently marketed such as salt water, polluted water, sugar water, but all have different characteristics from each other. These devices are fitted with boxes containing a membrane capable of filtration molecular which can separate short molecules from long molecules of a liquid when it is pressed on the membrane at pressures does not
-2-dépassant pas 500 PSI (pound square inch). La membrane est un micro tissu synthétique enroulé, tel un rouleau de tissu hygiénique, avec un grillage entre les couches entre lesquelles le liquide à séparer peut circuler afin de contacter toute la surface de la membrane enroulée en même temps. On obtient ainsi une très grande surface de membrane exposée au liquide en même temps afin d'optimiser le débit de liquide sous pression traversant la membrane.
Le probléme majeur rencontré afin de séparer de la sève d'érable est l'accumulation de bactéries dans les endroits difficilement accessibles du grillage entre les couches de la membrane enroulée. Ce problème n'était pas remarqué dans les appareils à adoucir l'eau dans lesquelles le procédé
d'osmose inversée utilisé dans des applications autres que la concentration d'eau sucrée.
Afin de minimiser la formation accélérée de bactéries dans ces endroits difficiles d'accès, il faut donc garder en mouvement accéléré la sève à
l'intérieur du caisson afin d'auto-nettoyer ces endroits. La sève se gâte très rapidement (comme le lait qui pourrit quand la température est au dessus de 45°F). La sève peut être collectée de l'érablière par un système de tubulures sous-vide fi des températures allant jusqu'à 70°F. La sève doit donc être transformée très rapidement pour obtenir une meilleure qualité de sirop.
La sève qui meurt dans les endroits difficiles d'accès d'une membrane à
cette température tourne en une substance crémeuse blanchâtre qui bouche très rapidement les pores de la membrane et bloque toute circulation du phénomène d'osmose inversée, ce qui oblige un rinçage très fréquent pour garder la circulation à travers la membrane.
OBJECTIF DE L'INVENTION
L'objectif principal du dispositif de cette invention est d'optimiser au maximum le mouvement de la sève dans le caisson jusqu'à la limite maximale recommandée par le manufacturier de la membrane en tant que débit entre les couches en plus d'y favoriser une turbulence maximale entre les couches de la membrane. De plus, l'injection de sève dans le caisson se fait directement à l'entrée de la pompe circulatrice à partir d'une buse d'injection de la sève dans la base du caisson. La nouvelle sève qui entre dans le caisson se mélange uniformément et instantanément en pénétrant immédiatement dans la pompe qui pousse le mélange directement à travers le grillage qui sépare les couches de la membrane en forme de rouleau.
L'uniformité du mélange est identique partout dans le caisson et la concentration de sucre est partout la même, minimisant ainsi la croissance des bactéries pendant le processus.
L'invention se décrit donc comme suit en faisant référence au dessin ci joint;
l'appareil comprend:
un caisson cylindrique (8) qui est fermé aux deux bouts par un bouchon de téte (14) et un bouchon de base (15);
une membrane de fibres synthétiques (5) enroulée sur un grillage de plastique (20) qui assure une circulation du liquide (10) à séparer entre les couches du rouleau (21 );
une pompe circulatrice (1 ) qui force une circulation accélérée à grand débit du mélange de concentré et de sève (11 ) entre les couches de la membrane (5);
_4_ un tube à injection (9) de la sève (10) dans l'entrée de la pompe (1 ) de circulation forcée entre les couches de la membrane (5);
un moteur électrique (4) qui tourne le rotor (7) de la pompe circulatrice;
une pompe (19) d'alimentation basse pression qui sert d'injecteur dans l'entrée de la pompe (18) haute pression qui sert à maintenir la pression suffisante dans le caisson (8) pour accélérer le principe d'osmose en travers les fibres de la membrane (5);
une soucoupe (12) en forme de cône inversé qui sert de connecteur étanche entre la pompe (1) et la membrane (21) afin d'assurer le transfert du liquide (11 ) du rotor (7) de la pompe (1) vers les couches du bout inférieur de la membrane (21 );
un raccord qui traverse le couvercle supérieur du caisson (14) et qui évacue l'eau pure extradée du mélange (11) qui a traversé la membrane (5); ce raccord assure un transfert sans fuite sous haute pression de l'eau pure à l'extérieur du caisson; et une sortie (3) d'une partie du mélange (11 ) pendant le processus de concentration afin d'ajouter le pourcentage de sucre dans le concentré (11) à faire bouillir pour évaporation afin obtenir le sirop d'érable.
La sève (10) part d'un réservoir et passe par la pompe d'alimentation qui pousse la sève (1) à l'entrée de la pompe haute pression (18), la sève étant poussée, à son tour, dans le caisson (8) directement à l'entrée de la pompe de circulation (1) intérieure de la membrane (21) et ce à travers la buse d'injection (9). La pompe (1 ) pousse à très grand débit, environ sept fois le volume de la pompe d'alimentation de la pompe (19), la sève (10) directement du rotor (7) vers les inter-couches de la membrane (5). Ä si courtes distances de la membrane, on obtient une turbulence maximale pour prévenir les points morts dans le grillage (20) entre les couches de la membrane (5). La nouvelle sève qui vient de la buse (9) entre immédiatement en contact avec l'entrée de la pompe circulatrice (1 ) qui assure un mélange parfait le plus rapidement possible dans le caisson (8) entre la nouvelle sève (10) qui entre et le mélange de concentré (11) qui circule à toute vitesse en circuit fermé entre les couches de la membrane (21) et le mur intérieur cylindrique du caisson (8). Pendant que le mélange (11) circule de bas en haut et de haut en bas, une partie du mélange concentré (11) est évacuée par une sortie (15) dans le côté du bouchon de base. On ajuste le débit de cette sortie (15) par une vanne plus ou moins ouverte qui contrôle le pourcentage de sucre qu'on désire obtenir dans le concentré (11) avant l'évaporation finale. Le filtrat (6), molécule d'eau pure qui traverse la membrane, est évacué par la sortie (17) vers le drain de vidange.
La capacité de l'appareil est une combinaison (5) de la taille des pompes et du nombre de caissons qui peuvent être interconnectés ensemble. La capacité totale d'une machine est proportionnelle au nombre de caissons en opération en même temps. Un bouchon étanche doit bloquer toute circulation du mélange (11 ) dans le tube central d'évacuation du filtre (6) pour s'assurer d'une séparation à 100%. -2-not exceeding 500 PSI (pound square inch). The membrane is a micro rolled up synthetic fabric, such as a roll of sanitary tissue, with a wire mesh between the layers between which the liquid to be separated can circulate in order to contact the entire surface of the wound membrane at the same time. We thus obtains a very large membrane surface exposed to the liquid in same time to optimize the flow of pressurized liquid through the membrane.
The major problem encountered in separating from maple sap is the accumulation of bacteria in hard-to-reach places of the mesh between the layers of the wound membrane. This problem was not not noticed in water softeners in which the process reverse osmosis used in applications other than concentration sugar water.
In order to minimize the accelerated formation of bacteria in these places difficult to access, so keep the sap in accelerated motion inside the case to self-clean these places. The sap is very spoiled quickly (like milk which rots when the temperature is above 45 ° F). The sap can be collected from the sugar bush by a system of vacuum vacuum lines for temperatures up to 70 ° F. The sap must therefore be transformed very quickly to obtain a better quality of syrup.
The sap that dies in hard-to-reach places from a membrane to this temperature turns into a whitish creamy substance that clogs very quickly the pores of the membrane and blocks all circulation of the reverse osmosis phenomenon, which requires very frequent rinsing for keep circulation through the membrane.
OBJECTIVE OF THE INVENTION
The main objective of the device of this invention is to optimize the maximum movement of the sap in the box to the limit maximum recommended by the membrane manufacturer as flow between layers in addition to promoting maximum turbulence between the layers of the membrane. In addition, the injection of sap into the box is done directly at the inlet of the circulating pump from a nozzle injecting the sap into the base of the box. The new sap coming in in the box mixes uniformly and instantly when entering immediately into the pump which pushes the mixture directly through the mesh which separates the layers of the membrane in the form of a roll.
The uniformity of the mixture is identical throughout the box and the sugar concentration is the same everywhere, thus minimizing growth bacteria during the process.
The invention is therefore described as follows with reference to the accompanying drawing;
the device includes:
a cylindrical box (8) which is closed at both ends by a head plug (14) and a base plug (15);
a synthetic fiber membrane (5) wound on a plastic mesh (20) which circulates the liquid (10) to be separated between the layers of the roller (21);
a circulating pump (1) which forces an accelerated circulation at high flow rate of the mixture of concentrate and sap (11) between the layers of the membrane (5);
_4_ an injection tube (9) of the sap (10) into the inlet of the forced circulation pump (1) between the layers of the membrane (5);
an electric motor (4) which turns the rotor (7) of the pump circulator;
a low pressure supply pump (19) which serves injector in the inlet of the high pressure pump (18) which is used to maintain sufficient pressure in the box (8) to accelerate the principle of osmosis across the fibers of the membrane (5);
an inverted cone-shaped saucer (12) which serves as waterproof connector between the pump (1) and the diaphragm (21) in order to ensure the transfer of the liquid (11) from the rotor (7) of the pump (1) to the layers of the lower end of the membrane (21);
a fitting which passes through the upper cover of the box (14) and which discharges the pure water extracted from the mixture (11) which has crossed the membrane (5); this connection ensures a transfer without high pressure leakage of pure water outside the box; and an outlet (3) of part of the mixture (11) during the concentration process in order to add the percentage of sugar in the concentrate (11) to boil for evaporation to get the maple syrup.
The sap (10) leaves from a reservoir and passes through the supply pump which pushes the sap (1) at the inlet of the high pressure pump (18), the sap being pushed, in turn, into the box (8) directly at the pump inlet circulation (1) inside the membrane (21) and this through the nozzle injection (9). The pump (1) pushes at very high flow rate, about seven times the volume of the pump supply pump (19), the sap (10) directly from the rotor (7) to the interlayer of the membrane (5). Ä if short distances from the membrane, maximum turbulence is obtained for prevent dead spots in the mesh (20) between the layers of the membrane (5). The new sap coming from the nozzle (9) enters immediately in contact with the input of the circulating pump (1) which ensures perfect mixing as quickly as possible in the box (8) between the new sap (10) which enters and the concentrate mixture (11) which runs at full speed in a closed circuit between the layers of the membrane (21) and the cylindrical inner wall of the box (8). While the mixture (11) flows from bottom to top and from top to bottom, part of the mixture concentrate (11) is discharged through an outlet (15) in the side of the stopper based. The flow rate of this outlet (15) is adjusted by a more or less valve open which controls the percentage of sugar that we want to obtain in the concentrate (11) before final evaporation. The filtrate (6), pure water molecule which crosses the membrane, is evacuated by the outlet (17) towards the drain of emptying.
The capacity of the device is a combination (5) of the size of the pumps and the number of boxes that can be interconnected together. The total capacity of a machine is proportional to the number of boxes in operation at the same time. A tight plug must block all circulation of the mixture (11) in the central filter discharge tube (6) to ensure 100% separation.