CA2308966A1 - Machine pour la concentration de la seve d'erable - Google Patents

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Jean-Marie Chabot
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C13SUGAR INDUSTRY
    • C13BPRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B30/00Crystallisation; Crystallising apparatus; Separating crystals from mother liquors ; Evaporating or boiling sugar juice
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PREPARATION OR TREATMENT THEREOF
    • A23L2/00Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Preparation or treatment thereof
    • A23L2/02Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Preparation or treatment thereof containing fruit or vegetable juices
    • A23L2/08Concentrating or drying of juices
    • A23L2/082Concentrating or drying of juices by membrane processes
    • A23L2/085Concentrating or drying of juices by membrane processes by osmosis, reverse osmosis, electrodialysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/08Apparatus therefor
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    • B01D65/08Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

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
-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%.

Claims (2)

REVENDICATIONS
1. Une pompe submersible connectée de façon étanche directement à l'extrémité d'une membrane d'osmose inversée d'une soucoupe; la pompe reçoit la sève directement à son entrée d'une pompe haute pression à travers une buse d'injection installée dans le bouchon de base du caisson; la pompe submersible pousse en écoulement très turbulent et axial la sève directement dans le bout de la membrane enroulée sur un grillage de support; la connexion de la sortie de la pompe étant si proche donne une efficacité optimale de turbulence et de débit à l'endroit critique de formation bactériologique pendant le processus de concentration; l'injection de la nouvelle sève à l'entrée de la pompe assure un mélange parfait le plus vite possible entre la sève et le concentré qui circule très rapidement en circuit fermé dans le caisson.
2. La pompe submersible est installée verticalement sous la membrane dans le caisson sur le bouchon de base du caisson où sont percées l'entrée et la sortie et est actionnée par un moteur électrique fixé
sous le bouchon; l'arbre du moteur traverse le bouchon par son centre et est connecté à l'arbre du rotor de la pompe avec un connecteur à rainures afin de faciliter le montage et démontage rapides de la pompe à son moteur.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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