CN101939085A - 用于浓缩液体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于浓缩液体的高能效的方法和装置。该方法包括下列步骤：使用膜蒸馏装置，其蒸发侧与用于容纳液体的第一储槽成流体连通，其冷凝侧与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通；至少蒸发部分液体，并冷凝第二储槽中的液体。该方法还包括从冷却液向液体可控传热，以将液体温度保持在预定温度。

Description

用于浓缩液体的装置和方法
技术领域
本发明涉及浓缩液体的方法和装置。下文将结合该应用对本发明进行说明。不过，可理解的是，本发明并不局限于这一特殊应用领域。
背景技术
下文对现有技术的讨论是通过将本发明置于适当的技术条件下进行的，以使人们能够更全面地了解其优点。不过，应理解的是，不应将本说明书中对现有技术的任何讨论理解为明确或暗示承认这类现有技术广为人知或构成本领域常识的一部分。
各种工业中的许多商业性重要产品的固体含量均较低。例如，在制药产业中，诸如蛋白质的某些生物分子在产品中的浓度约为1％至10％。在食物业中的其他例子包括果汁，其鲜榨产品的浓度也较低。对这类产品进行浓缩显然是一项重要的单元操作，因为例如通过浓缩果汁降低水的总量可降低包装、储藏和运输成本，且实际上可提高最终浓缩物的稳定性。此外，这些产品很多具有热敏性能，因此并不是所有的浓缩单元操作都是适当的。所以，不仅这类产品的浓度是重要的，而且其浓缩方法也是重要的。
根据2005年的一项世界银行报告，国际水果产量在2003年达到127,400万吨，其中29.6％的水果被进一步制成果汁。据估计，果汁提取物的产量约为40％，其中约一半经过浓缩。因此，全球每年的浓缩果汁重量估计为7500万吨。如此高的产量使得更加迫切需要在这类工业中使用高效而又低成本的浓缩工艺。
通常采用传统的真空蒸发方法进行果汁浓缩，由此典型地会导致产品变质(例如损失香气、风味、营养和颜色)，从而使最终产品的质量较差、消费者的认可度较低。就可获得的最高浓度而言，包括冻结浓缩在内的可选工艺受到限制(典型地最高只达到40°B至45°B)。由于两种工艺均涉及相变，每种技术的能耗均相对较高。
作为其他浓缩技术的替代技术，最近出现渗透蒸馏(Osmotic distillation，OD)和直接接触式膜蒸馏(direct contact membrane distillation，DCMD)，可用于要求产品具有高的最终浓度和质量的场合。图1示意性显示这两种工艺的原理。在这些工艺中，水分子在进料-薄膜界面处蒸发，然后扩散通过薄膜，在薄膜-剥除溶液界面处冷凝，并最终由“剥除”溶液清除。不过，这两种工艺的不同之处在于在薄膜两侧产生水蒸汽压差的方式不同。OD采用吸湿性盐水作为剥除溶液，而DCMD依靠在薄膜两侧的温差产生工艺驱动力。然而，由于盐水对设备具有腐蚀性，并且其一旦使用就需要被再次浓缩，且消费者不太认可使用“化学品”浓缩食品，因此工业界已倾向于停止使用OD浓缩工艺。
作为另一浓缩技术，DCMD使用冷水代替化学溶液，由此避免使用浓缩盐水作为剥除溶液。DCMD是指热力驱动进料内的挥发性物质(典型地是水)传输通过疏水性微孔薄膜。为对此加以说明，将薄膜置于热的溶液(即进料侧)与诸如冷的纯水的适当液体(即渗透物侧)之间。由于薄膜的疏水性，水相不能渗透到干的薄膜孔隙内，除非横跨膜静水压力超过水的液体入口压力(liquid entry pressure of water，LEPw)(水的液体入口压力是各种薄膜的特性参数)。以这种方式，可通过保持两液体之间的温差，产生作为MD中驱动力的横跨膜蒸汽压。在这些条件下，在热进料界面处产生蒸发，且水蒸汽在传输通过薄膜孔隙后，在薄膜模块内的冷渗透物界面处冷凝。
DCMD系统与其他分离操作相比有许多优点。这些优点包括：由于进料内存在的诸如离子、胶体、大分子的非挥发性物质不能蒸发和扩散通过薄膜，DCMD系统几乎可完全阻挡这些物质；DCMD系统的操作压力低于压力驱动薄膜工艺；以及与传统蒸馏工艺相比，DCMD系统的蒸汽空间小。不过，DCMD也并不是没有局限，它面临与薄膜润湿、温度极化和通量较低有关的问题；同时，DCMD与其他工艺相比能效较低。
在本技术领域中，已知DCMD系统在进料液体与冷却液体之间产生温差，以进行蒸馏，用于由天然或被污染的进料液体制得纯水。不过，为有效制造纯水，人们对这些现有技术系统进行了设计和最优化。例如，已对薄膜、在进料液体与冷却液体之间的温差、以及相对流速等的最优化进行了重要研究。然而，一般而言，对于给定的流速和薄膜，将进料液体流与冷却液体流之间的温差最大化(同时保持渗透物流高于0℃)、以及/或在相对高的温度下操作将会使蒸馏工艺最优化，并由此使纯水的制造最优化。虽然这类系统的设计旨在使纯水输出最大化，但由于使进料与渗透物之间的温差最大化是能量密集性的，所以这些系统容易能效低。此外，这类系统不适合于浓缩诸如果汁的具有热敏性能的液体。
本发明的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一种有用的可选技术。
发明内容
根据第一方面，本发明提供一种用于浓缩液体的装置，所述装置包括：
蒸馏装置，其蒸发侧与用于容纳所述液体的第一储槽成流体连通，其冷凝侧与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通；其中所述液体可从所述蒸发侧蒸发、且可在所述冷凝侧冷凝，由此使所述液体浓缩；以及
用于从所述冷却液向所述液体传热的热泵，以可将所述液体的温度保持在预定温度。
根据第二方面，本发明提供一种用于浓缩液体的方法，所述方法包括下列步骤：
提供蒸馏装置，其在蒸发侧与冷凝侧之间存在温差，且所述蒸发侧与用于容纳所述液体的第一储槽成流体连通，所述冷凝侧与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通；
蒸发所述第一储槽中的所述液体，且冷凝所述第二储槽中的所述蒸发液体；以及
从所述冷却液向所述液体传热，以可将所述液体的温度保持在预定温度。
优选从冷却液向液体可控传热，以可将液体温度保持/控制在预定温度。优选膜蒸馏装置用于蒸馏至少部分液体。
优选蒸馏装置是一种膜蒸馏装置。优选提供疏水性多孔薄膜，且将该薄膜置于蒸发侧与冷凝侧之间。
优选在大气压力下蒸馏或蒸发液体。不过，可根据需要以及取决于被蒸馏的液体，选择在更高或更低压力下进行蒸馏。
在一实施例中，第一和第二储槽是搅拌釜。不过，在可选实施例中，第一和第二储槽是流体线路，分别用于流通所述液体和所述冷却液。优选第一流体线路用于流通要被蒸馏的进料液体，第二流体线路用于流通冷却液、以及接纳由所述进料蒸馏产生的蒸馏物或冷凝物。优选地，来自第一流体线路的液体被膜蒸馏装置蒸馏，通过至少蒸发部分液体形成蒸汽以及冷凝第二流体线路中的蒸汽。
优选所述蒸馏装置的蒸发侧位于第一流体线路中，且冷凝侧位于第二流体线路中。
根据第三方面，本发明在包括蒸馏装置的蒸馏工艺中使用热泵，该蒸馏装置包括与用于容纳所述液体的第一储槽成流体连通的蒸发侧，以及与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通的冷凝侧；其中所述热泵用于从所述冷却液向所述液体传热，以可将所述液体的温度保持在预定温度。优选所述蒸馏工艺是一种膜蒸馏工艺。
根据第四方面，本发明提供一种用于控制包括蒸馏装置的膜蒸馏工艺的方法，所述方法包括下列步骤：
使液体位于所述蒸馏装置的一侧；
使冷却液位于所述蒸馏装置的另一侧；以及
从所述冷却液向所述液体传热，以可将所述液体的温度保持在预定温度。
优选在冷却液与液体之间形成温差，以进行所述液体的蒸馏。
根据一实施例，本发明提供一种用于浓缩液体的方法，所述方法包括下列步骤：
在疏水性多孔屏障的一侧流通所述液体；
同时在所述多孔屏障的反侧流通温度相对较低的冷却液，且使用具有热辐射侧的冷却装置冷却所述冷却液；大体上只是在温度梯度的影响下，其中来自所述液体的溶剂以蒸汽状态通过所述多孔屏障向所述冷却液传输，从而使所述液体浓缩；以及
从所述冷却装置的所述热辐射侧向所述液体传热，以可将所述液体的温度控制在预定温度。
在一相关实施例中，本发明提供一种用于浓缩液体的方法，所述方法包括下列步骤：
提供蒸馏装置，其在蒸发侧与冷凝侧之间存在温差，且所述蒸发侧与用于容纳所述液体的第一储槽成流体连通，所述冷凝侧与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通；
提供具有热辐射侧的冷却装置，用于将所述冷却液保持在预定温度；以及
将所述第二储槽中的所述蒸发液体至少部分蒸发并冷凝；
由此，从所述冷却装置的所述热辐射侧向所述液体可控传热，以将所述液体的温度保持在预定温度。
在另一相关实施例中，本发明提供一种用于浓缩液体的蒸馏装置，所述装置包括：
蒸馏装置，其设有与用于容纳所述液体的第一储槽成流体连通的蒸发侧，以及与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通的冷凝侧；
具有热辐射侧的冷却装置，用于将所述冷却液保持在预定温度；以及
控制器，用于从所述冷却装置的所述热辐射侧向所述液体传热，以将所述液体的温度保持在预定温度。
在一实施例中提供冷却装置，该冷却装置与第二储槽以及其中容纳的冷却液成导热连接。使用具有热辐射侧的冷却装置冷却蒸馏物。优选从冷却装置的热辐射侧向液体传热，以可将液体温度保持/控制在预定温度。
优选向液体可控传输由冷却装置的热辐射侧产生的热量，以将液体温度保持在预定温度。优选使用控制器控制从冷却装置的热辐射侧向液体的传热。控制器可以是PID型控制器或开关型控制器。将可理解的是，可通过诸如换热器的任何方式向液体传热。在另一实施例中，也可使用逆流换热器从渗透物向进料液体传热。
优选向被浓缩的液体传输足够的热量，以保持预定温度，且向大气排放残热或余热。
优选提供热泵，用于从冷却液向进料传热，以可将液体温度保持在预定温度。本领域技术人员将可理解的是，进料温度受到限制(例如最高为45℃)，且渗透物温度受到限制(例如在5℃以上)，因此通过薄膜的通量略受到限制。由于渗透物出口温度优选低于进料出口温度，换热器不能有效回收废热。因此，本发明人已发现，可使用热泵同时冷却冷却液和可控加热进料液体。
本发明涉及液体浓缩，尤其涉及稀释液体的浓缩。被输送到膜蒸馏装置蒸发侧的“进料”液体是要被浓缩的液体，它典型地是稀释性的；在蒸发侧上离开膜蒸馏装置的液体是浓缩的进料液体。冷却液体典型地是水，它被输送到膜蒸馏装置的冷凝侧，且接纳来自蒸馏工艺的蒸馏水(或渗透物)。因此，膜蒸馏装置用于蒸馏至少部分进料液体，由此浓缩进料液体。不过，虽然本发明旨在浓缩“有价值”的进料液体，它也可用于从诸如微咸水或污水的较低价值的进料液体获得“有价值”的净化水。
薄膜在DCMD中的作用是既可作为液体流的实际屏障，同时也可使蒸汽从蒸发侧向冷却液侧传输。为此，薄膜的疏水性起到重要的作用。这样，适用于该应用的薄膜典型地采用疏水性聚合体制备，例如乙烯-三氟氯乙烯(Halar)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethylene，PE)或聚(偏二氟乙烯)(poly(vinylidene fluoride)，PVDF)。
在优选实施例中，本发明特别适用于浓缩热敏性或不稳定性液体。例如，当将果汁暴露于过高的温度时，可造成感官性能或营养含量的损失，因而果汁是热敏性的。在制药和生物制药产业中的其他例子包括诸如通过发酵工艺制得的蛋白质悬浮液的浓缩、以及疫苗制备。本发明也特别适用于浓缩热敏性液体，例如咖啡、茶、酒和牛奶。其他热敏性液体对于本领域技术人员广为人知，例如本发明可用于浓缩乳清蛋白质、食品、医药品、营养品、蛋白质悬浮液、生物提取物、诸如蔬菜汁的植物或蔬菜提取物、以及植物化学品等。
在特别优选的实施例中，本发明涉及一种用于提高膜蒸馏(membrane distillation，MD)工艺能效的工艺，膜蒸馏工艺通过利用来自冷却装置的“废”热及其向进料液体内的排放/传输来浓缩热敏性液体。采用适当的热泵传输来自冷却装置的废热；其中热泵用于向进料选择性地传输恰好足够的废热，以进行蒸馏，但并不影响被浓缩的热敏性液体的热敏性能。
当浓缩热敏性液体时，不仅要求对进料进行严格的温度控制，而且必须将进料的温度保持在进料液体开始变质时的温度以下，以保持进料液体的热敏性能。因此，由于进料液体的“最高”温度或开始变质时的温度(例如在15℃至45℃之间)，因而进料液体与冷却液之间的温差受到限制，由此使蒸馏驱动力较低，从而使工艺相对低效，且降低了用于浓缩这类热敏性液体的工艺的耐久性。由于该工艺就其对具有最高温度的进料液体的浓缩能力而言是低效的，它也是低能效的。这已很好地得到文献验证，可参见Bui，V.A.，Nguyen，M.H.，and Muller，J.in“The energy challenge of direct contact membrane distillation in low temperature concentration”，Asia-Pacific J.of Chem.Eng.，2(5)，400-406(2007)。
如上所述，人们已发现来自用于冷却冷却液体/渗透物的冷却装置的废热可有利地用于加热进料液体，由此降低对系统的能量要求，从而提高总的能效。热泵可有利地用于向进料传热。此外，由于工艺的热平衡性质，如果向进料传输来自冷却装置的所有废热，有可能使进料液体过热。因此，本发明人已通过以下方式改进该状况，即向进料传输来自冷却装置的废热，以进行蒸馏，同时仍保持进料液体的热敏性能。这可通过以下方式实现，即选择性地传输恰好足以保持进料预定温度的热量；其中预定温度低于热敏性能开始恶化时的温度。该处提出的构造由于利用废热而使系统具有高能效，但也特别适用于热敏性液体。
在优选实施例中，本发明的热泵包括冷却装置，该冷却装置与第二储槽以及其中容纳的冷却液成导热连接；其中冷却装置包括热辐射侧。冷却装置也包括换热器和主冷凝器。优选热泵是一种机械式蒸汽压缩制冷泵。优选热泵还包括用于平衡系统内能流的电磁阀和附加冷凝器。
与现有技术装置相比，本发明意外地改善了对温度控制的响应时间。本发明人意外地发现将附加冷凝器与用于加热进料液体的主冷凝器并联，可使任何残余或过剩的热量能够相对快地排放到大气中，由此改善热响应时间。此外，在现有技术装置中，如果使用附加冷凝器(典型地与主冷凝器串联)，则会延长热响应时间。已发现通过在热泵系统内使用附加冷凝器，可向进料液体传输足够的热量，从而保持低于进料液体开始变质时温度的预定温度，且改善热响应时间。相反，现有技术系统试图向进料液体传输所有有效热量，以使热效率最高化，由此与本发明背离。这类现有技术系统不能浓缩热敏性液体。本发明由于传输恰好足够的热量用于蒸馏，且通过将进料液体的温度保持在其开始变质时的温度以下，因而未使进料液体的热敏性能受影响，所以能够浓缩热敏性液体。此外，本发明人已发现，通过并联附加冷凝器，可使用第一冷凝器加热进料，并将任何过剩热量排放到附加冷凝器中。本发明人已发现这一并联系统可显著改善响应时间，并由此增强对浓缩工艺的控制。在另一实施例中，热泵的压缩机使用内燃机而非电动机。
在一些实施例中，由于所利用的废热足以加热进料液体进行蒸馏，本发明无需对进料液体使用单独的加热器，由此降低对系统的能量要求。本发明的其他优点对于本领域的技术人员显而易见。
如前上述，在进料液体与冷却液之间存在温差是进行蒸馏所必需的。冷却液的温度应低于进料液体的温度，约为5℃至15℃，不过优选为10℃。本领域技术人员将可理解的是，由于传热和边界层效应的增强，将冷却液的温度降至约5℃以下实际上将会降低蒸馏的能效。在不受到理论约束的情况下，可认为质量通量取决于水蒸汽压。优选控制冷却液的温度，或将其保持在约10℃；不过，可将冷却液的温度控制或保持在2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28或29℃。
进料液体的温度可以是任何温度；不过，当浓缩具有热敏性能的液体时，其温度应低于热敏性能开始恶化或大体上开始受到影响时的温度。将可理解的是，一些热敏性能也可取决于时间，即液体可短时间内暴露于高于热敏性能开始恶化时温度的温度下，且几乎不受影响。不过，相对较长的暴露将会使那些性能显著降低。在一实施例中，当浓缩橘子汁时，优选在浓缩期间将进料液体的温度保持在约45℃。不过，进料液体的温度可以是25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50℃。一般而言，当进料与冷却液之间的温差最优化时，进料的浓缩效率也将最优化，同时应注意到上述对冷却液温度的限制。
优选将横跨膜蒸汽压差最优化，以将薄膜通量最优化。在比如90℃的高进料温度蒸馏中，约6℃的温差可在薄膜两侧产生约15kPa的蒸汽压差。不过，在比如45℃的低进料温度蒸馏中，6℃的温差可产生小于1kPa的蒸汽压差。因此，优选保持大的ΔT，以将通量最优化，同时将进料的温度限制在其开始变质时的温度以下。
在一实施例中，本发明能够将橘子汁从12°Brix浓缩到43°Brix至75°Brix，且大体上不影响果汁的性能。不过，将可理解的是，其他果汁取决于其性能可被浓缩到不同的°Brix，这些性能包括果肉量、酸含量和风味化合物等。
在另一实施例中，本发明的装置和方法可在进料温度最高只达到40℃时将葡萄糖溶液浓缩到最高达60％(重量比)。不过，将可理解的是，可根据要求将葡萄糖溶液浓缩到更高或更低的程度。一般而言，可通过延长处理时间或使用更大面积的薄膜获得更高的浓度。
本发明所属领域的技术人员将了解具体液体的热敏性能。如上所述，一个例子是果汁，它可在最高约45℃的温度下不发生变质。可恶化的性能典型地包括颜色、味道、香气、风味、营养等。其他例子包括凝胶和各种酶的浓缩，这些物质在长期暴露于30℃以上温度的情况下会发生分解。
本发明能够使液体浓缩具有意外的高能效。举例来说，当进料液体的温度很高时，比如80℃至90℃，只要求进料液体与冷却液之间存在小的温差，即可产生大的横跨膜水蒸汽压，由此可得到适当的质量通量。然而，当进料液体的温度被升至相对低的温度时，比如40℃，则横跨膜蒸汽压低，且得到的质量通量低，由此使工艺的能效相对较低。不过，回收来自冷却装置的部分废热，用于将进料液体加热到低于开始变质时温度的预定温度，可显著提高能效。在低温下进行非本发明的膜蒸馏工艺会降低能效，从而提高工艺运行的成本，因此与其他可在低温下浓缩液体的浓缩工艺相比缺乏吸引力。不过，与其他这些工艺相比，本发明由于其能效与热敏性液体的其他浓缩方法相当或者更佳，因而使膜蒸馏工艺具有可行性。
在优选实施例中，本发明装置的结构被设计为可在第一和第二流体线路内进行逆流流动。不过，将可理解的是，在流体线路内的液体也可被设计为进行单向流通。在其他实施例中，本申请人预期，第一和第二流体线路可被设计成搅拌釜，这些搅拌釜可通过膜蒸馏装置中的薄膜互连。不过，本领域技术人员将可理解的是，其他结构也将在本发明的保护范围内。
本发明也可与其他浓缩工艺结合。例如，反渗透作用可用于进行“初始”浓缩步骤，以获得比如35％的浓度，然后本发明可用于将溶液从35％进一步浓缩至65％。
在另一实施例中，可使用初始冻结浓缩工艺进行浓缩，以获得比如35％的初始浓度，然后本发明可用于将溶液进一步浓缩至65％或更高浓度。在这一实施例中，在冻结浓缩工艺中的制冷装置可用作膜蒸馏的热泵，同时从冻结浓缩工艺除去的冷水可被轻易用作膜蒸馏的冷却液。
如果将流经膜蒸馏装置冷凝侧的冷却液的温度保持在如上所述优选约10℃的预定温度，则可在线路中的任何位置冷却冷却液。不过，为提高总的能效，优选在冷却液进入膜蒸馏装置之前(即在膜蒸馏装置的上游)由冷却装置冷却冷却液。同样地，如果将流经膜蒸馏装置蒸发侧的进料液体的温度保持在如上所述约45℃的预定温度，则可在线路中的任何位置加热进料液体。不过，为提高总的能效以及为尽量减少过热，优选在进料液体进入膜蒸馏装置之前(即在膜蒸馏装置的上游)由热泵向进料液体传热。
如上所述，来自冷却装置的“废”热被输送/重新输送到进料液体中，以保持预定温度。在一些实施例中，全部废热均被重新输送到进料流体线路中，以将进料液体的温度升至预定温度。不过，在其他实施例中，只需部分废热即可将进料液体的温度升至预定温度。在这些实施例中，过多废热只是被排放到大气中，或可用于其他目的，例如用于本发明中的并联/串联装置。也可理解的是，由冷却装置产生的废热量取决于工作量，从而要求运行冷却装置，以将冷却液保持在期望温度，该期望温度取决于冷却装置的相对大小和冷却液的流速。也可理解的是，可设计本发明的装置，以使冷却液和进料液体的流速大小可使冷却装置所产生的废热大体上由进料液体耗尽，由此提高工艺的总能效。将可理解的是，进料液体和冷却液的流速可相同或相异。
本发明旨在采用膜蒸馏工艺以高能效的方式和相对低的资本和操作成本浓缩热敏性液体。将可理解的是，温差的大小足以获得蒸馏物，而进料液体仍未过热，因而不会使正在被浓缩/蒸馏的进料液体开始变质或腐败。
将可理解的是，可要求使用温度传感器监测进入膜蒸馏装置的进料液体的温度，并向热泵提供反馈控制，以选择性地可调节地接纳足够的热量，从而将进料液体的温度大体上保持在预定温度。这类诸如开-关和PID控制的反馈控制对本领域技术人员而言广为人知。优选温度传感器位于膜蒸馏装置的上游，不过也可位于膜蒸馏装置的内部或甚至后部。优选热泵可对温度传感器作出响应，以向进料液体传热，从而将进料液体的温度控制在预定温度。
本领域技术人员将可理解的是，换热器可用于回收来自冷却装置的热量，并将其重新输送到进料流体线路中。不过，由于要求在进料液体与冷却液体之间存在相对大的温差，优选使用热泵。优选使用蒸汽压缩制冷技术，其中从较低温度源(冷却液体)向较高温度冷源(进料液体)传热。
制冷系统的能量回收水平或能效通常被称为性能系数(coefficient of performance，COP)，且通常被表示成有效热功率与用于驱动压缩机(或供应工作)的能量之间的比值。COP越高，热泵就越高效。在有利的操作条件下，例如在空调操作条件下时，单级制冷器的COP当用于冷却时通常在4至5的范围内，当用于加热时通常在5至6的范围内。例如，如果热泵的COP为4，则该热泵每单位能耗排放4个单位的热量。机械式蒸汽压缩制冷可显著降低在低进料温度下运行的MD系统的能耗。例如，如果诸如在此描述的工艺的MD工艺总计要求5kW，且热泵具有COP＝5，则只需输入1kW电能即可操作系统。换言之，80％的能量被“回收”且用于进料流。
虽然已在前文中结合对果汁的浓缩对本发明进行了讨论，将可理解的是，本发明的装置和方法也可适用于将水从诸如海水、微咸水或污水的液体中提取出来。当总能耗成为难题时，这尤其重要。
在另一实施例中，本发明也可用于产生和回收至少部分存在于两液体之间的势能，其中一液体(即渗透物)处于低温，另一液体(即进料)处于相对高的温度。
根据另一方面，本发明提供用于浓缩热敏性液体的膜蒸馏工艺；其中，所述液体的温度在蒸馏期间保持在其开始变质时的温度以下，且蒸馏工艺的能效超过60％。开始变质时的温度可以是25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50℃。在此确定的工艺能效可超过60％、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245或250％。
除非另有明确说明，否则在本说明书和权利要求书中，单词“comprise”和“comprising”等均被翻译为“包括、包含”，与排他性或无遗漏意义相反，表示包括在内的意思，即表示“包括，但并不局限于”。
为简洁起见，在此给出的一些定量描述并不适合使用“约”这个字。应理解的是，无论“约”字使用得是否明确，在此给出的每个数量均是指实际的给定值，也可指本领域技术人员可合理推断出的这类给定值的近似值，包括由于这类给定值的实验和/或测量条件而得到的近似值。这些实施例并不旨在限制本发明的保护范围。在下文中，或在其他指出的地方，“％”是指“重量％”，“比例”是指“重量比”，且“分数”是指“重量分数”。
附图说明
现在将只通过实施例并结合附图描述本发明的优选实施例。这些附图中：
图1是渗透蒸馏工艺和膜蒸馏工艺的示意性原理图，其中水蒸汽从水蒸汽压高的进料溶液侧通过疏水性薄膜向水蒸汽压低的剥除溶液侧传输；
图2显示本发明的新颖工艺；
图3是本发明MD工艺的示意图；
图4显示在浓缩处理期间进料液体和渗透物的温度随时间的变化曲线；以及
图5是相对于图4中浓缩处理时间的浓度和质量通量曲线图。
定义
在描述本发明和要求本发明专利权时，将根据下文中的定义使用下列术语。也可理解的是，在此使用的术语只是为了说明本发明的具体实施例，而并不旨在限制本发明。除非另有定义，否则在此使用的所有科技术语均具有本发明所属领域技术人员普遍认知的相同意义。
术语“preferred”和“preferably”是指在某些条件下具有某些优点的本发明的实施例。不过，也可在相同或其他条件下优选其他实施例。此外，对一或多个优选实施例进行描述并不暗示其他实施例是无用的，且并不旨在将其他实施例排除在本发明的保护范围之外。
使用端点表示的数字范围包括在该范围内的所有数字(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
术语“Brix”是糖含量的衡量单位，Brix单位(°B)被定义为糖(蔗糖)在溶液中的重量百分比(在每100毫升水中的克数)，且通常用于表示可溶物在溶液中的含量。
在此术语MD(membrane distillation，膜蒸馏)和DCMD(direct contact membrane distillation，直接接触式膜蒸馏)可相互替换使用。
具体实施方式
在此给出的附图中，由相同参考编号表示相同特征。图2和图3中以公开而不是限制优选实施例的方式，显示用于浓缩诸如果汁的热敏性稀释液体的高能效MD装置1。该装置包括具有蒸发侧3和冷凝侧4的膜蒸馏装置2，且疏水性多孔薄膜5位于蒸发侧3与冷凝侧4之间。蒸发侧3与用于流通进料液体(例如橘子汁)的第一流体线路6成流体连通，且冷凝侧4与用于流通冷却液(典型地是水)的第二流体线路7成流体连通。进料液体被输送到膜蒸馏装置2的蒸发侧3，且在蒸发侧3上离开膜蒸馏装置2的液体是浓缩的进料液体。冷却水被输送到膜蒸馏装置2的冷凝侧4，且接纳来自蒸馏工艺的蒸馏水(或渗透物)。因此，膜蒸馏装置2用于蒸馏至少部分进料液体，由此浓缩进料液体。
以换热器9的形式存在的冷却装置8位于第二流体线路7中，且具有热辐射侧(未显示)。此外，热泵10与冷却装置8的热辐射侧以及第一流体线路6成导热连接。以冷凝器12的形式存在的热泵10通过选择性地控制向进料液体的传热量，将进料液体的温度控制在预定温度。热泵10用于向进料液体选择性地传输恰好足够的来自冷却装置8的“废”热，以进行蒸馏，但并不影响正在被浓缩的热敏性液体的热敏性能。优选采用蒸汽压缩制冷技术，其中从较低温度源(冷却液体)向较高温度冷源(进料液体)传热。
已发现可将来自冷却装置8的废热有利地用于加热进料液体，由此降低对系统的能量要求(或相反，提高能效)。不过，由于工艺的热平衡性质，如果向进料液体传输来自冷却装置8的所有废热，有可能发生进料液体的过热。因此，本申请人已通过使用热泵10向进料传输来自冷却装置8的废热，将现有技术MD工艺用于热敏性液体；其中热泵10向进料传输恰好足够的热量，以进行蒸馏，但仍保持进料液体的热敏性能。在此提出的构造由于利用废热而使系统具有高能效，不过它也特别适用于热敏性液体。
水冷却液的温度优选约为10℃至25℃，且进料液体的温度取决于被浓缩的具体进料液体；不过，当浓缩比如橘子汁时，进料液体的温度典型地约为45℃。将可理解的是，进料液体的温度应保持在进料液体的热敏性能开始恶化时的温度以下。对于果汁，可恶化的性能包括颜色、味道、香气、风味、营养等。优选采用本发明的新颖装置和方法，将橘子汁从12°B浓缩至65°B。
在一实施例中，本发明的新颖方法包括以下步骤：流通第一流体线路6中的进料液体；流通第二流体线路7中的水冷却液；至少蒸发部分进料液体，以形成蒸汽，并冷凝第二流体线路7中的蒸汽，从而通过膜蒸馏装置2蒸馏来自第一流体线路6的进料液体。所述方法还包括下列步骤：使用具有热辐射侧的冷却装置8冷却蒸馏物，且从冷却装置8的热辐射侧向进料液体选择性地传热，以可将液体的温度控制在预定温度。
如上所述，向进料液体选择性地传输来自冷却装置8的废热，以保持预定温度。在一些实施例中，全部废热被重新输送到进料液体中；不过，在其他实施例中，只需部分废热即可将进料液体的温度升至预定温度。在这些实施例中，多余的废热被排放到大气中。
优选在冷却液进入膜蒸馏装置2之前冷却冷却液，且在进料液体进入膜蒸馏装置2之前由热泵10向进料液体传热。也可分别对进料和渗透物使用储槽13和14。也可使用适当的泵15和16，用于分别泵送进料和渗透物流经第一流体线路6和第二流体线路7。还可提供通量测量方法，这可通过吸量管(未显示)或相似装置的形式进行，不过该方法是可选性的。
具体参见图3。由图3可看出，优选使用若干流量计18、压力计19和温度计20监测和控制本发明的装置。热泵10优选采用机械式蒸汽压缩制冷泵的形式，包括蒸发器8、冷凝器12、压缩机22、电磁阀23、附加冷凝器24、储罐25和热力膨胀阀26。安装用于平衡系统内能流的附加冷凝器24和电磁阀23，以及将附加冷凝器24与主冷凝器12并联，以在相对短的响应时间内精确控制进料温度。
表1中列出浓缩技术在能效、成本和产品质量方面的比较结果。由表1中的数据可看出，MD在果汁业中的能量成本已降至可与一级EC和OD工艺相比的水平。不过，应注意的是，本发明是紧凑、灵活而又可移动的，且与EC和OD工艺相比投资显著降低。
表1：各种浓缩技术的能耗
Figure BPA00001204779000151
注：
1)*摘自Ramteke，Singh et al.1993；
2)价格计算为1.7分/kWh(热力)，以及5分/kWh(电)，且1公吨蒸汽＝2,500MJ。
本发明采用膜蒸馏工艺浓缩热敏性液体，不仅能效高，且资本和操作成本相对较低。将可理解的是，温差的大小足以获得蒸馏物，而进料液体并未过热，因而不会使正在被浓缩/蒸馏的进料液体开始变质或腐败。
实施例
下文将结合下列实施例对本发明作说明。对该实施例各方面的说明应被理解为是说明性的，而非限定性的。
根据本发明采用小型MD工艺浓缩葡萄糖(参见图2和图3中的示意图)，操作条件如下：
·进料液体进口温度Tfi＝40℃
·渗透物进口温度Tpi＝20℃
·进料液体速度ωf＝0.6m.s-1
·渗透物液体速度ωp＝0.5m.s-1
·进料液体是浓度为30％(重量百分比)的葡萄糖溶液
·薄膜模块HL50(Siemens Water Technologies，Australia)
·(图4注：Tfo是进料出口温度，Tpo是渗透物出口温度)
在约13小时的时间内(如果模块的薄膜面积更大，该时间会更短)将葡萄糖溶液从30％浓缩至60％(重量百分比)(4.2kg葡萄糖)。图4中显示这两条液流的温度变化。可看出，进料温度最初降低，这可能是由于加热系统的所有管道会消耗热量。然后经过约2.5小时使进料进口温度达到其设定值40℃。
在浓缩操作过程中，由吸量管记录从进料中除去的水量，且由折射计测量进料的浓度。每隔15分钟进行测量。进料浓度在750分钟后达到要求的60％(重量百分比)，且浓缩物未呈现出可察觉的变质。计算测得的质量通量和进料浓度(转换为总的固体重量百分比)，且结果显示在图5中。
通量由于横跨膜温差增大而最初升高，然后由于进料浓度增大效应而逐渐下降。在整个浓缩过程中的平均质量通量约为3.6kg.m-2.h-1。
对根据本发明得到的MD系统的总的能效评估是根据从进料中除去的总水量、以及用于驱动压缩机的电动机的总耗电量作出的。
除水总量：
ΔM＝2090.2g，或相当于Ediff＝5,037kJ的有效潜热
·压缩机电动机的总耗电量：
Ecomp＝Qmotor×time×Rtime＝105×(750×60)×1.0＝4,725kJ
·泵的总耗电量：
E pump = ∫ 0 t Σ j Q pump j dt = ∫ 0 t Σ j m · j ( 1 + 0.15 ) Δ p j dt ≈ 148 kJ
·根据本发明无附加热泵的MD工艺的总能耗：
E DCMD = ∫ 0 t ( Q F + Q pump ) dt = 11,670 kJ
因此，根据本发明无附加热泵的MD工艺的总能效、以及根据本发明由新颖MD系统进行批量浓缩操作时的总能效估计如下：
·根据本发明无附加热泵的MD工艺的总能效：
Figure BPA00001204779000173
或EEDCMD≈43.1％
·本发明新颖MD系统的总能效：
Figure BPA00001204779000174
或EEDCMD-R≈103％
根据本发明得到的MD工艺提高了MD浓缩工艺的总能效，即从现有工艺(对于无热回收的现有技术系统)的43.1％升至103％。不过，本申请人预期“表观”能效有可能超过200％。由于使用高性能系数的热泵，通过本发明可获得相对高的能效。本申请人预期附加制冷系统(热泵)的安装成本由于总能效的提高足以被操作系统成本的降低所弥补。
应注意的是，前述实施例只是为了说明本发明，而并不旨在限制本发明。虽然已结合代表性实施例对本发明作出说明，应理解的是已在此使用的文字是说明性的和例证性的，而并非限制性的。可在不偏离本发明的范围和精神的原则下、在目前所述所附权利要求的范围内作出变化。虽然已在此结合具体方法、材料和实施例对本发明作出说明，但本发明并不旨在局限于在此公开的细节，而是可延伸至诸如在所附权利要求范围内的所有功能性相当的结构、方法和用途。

Claims (44)

1.一种用于浓缩液体的装置，所述装置包括：
蒸馏装置，其具有与用于容纳所述液体的第一储槽成流体连通的蒸发侧，以及与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通的冷凝侧，其中所述液体可从所述蒸发侧蒸发、并在所述冷凝侧冷凝，由此使所述液体浓缩；以及
用于从所述冷却液向所述液体传热的热泵，以可将所述液体的温度保持在预定温度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述蒸馏装置是一种膜蒸馏装置，且所述膜蒸馏装置的所述薄膜位于所述蒸发侧与所述冷凝侧之间。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述薄膜包括疏水性多孔薄膜。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述疏水性多孔薄膜选自Halar、PTFE、PP、PE、PVDF或它们的组合。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述薄膜包括Halar纤维。
6.根据前述权利要求中的任何一个所述的装置，其特征在于：所述热泵包括冷却装置，该冷却装置与所述第二储槽以及其中容纳的冷却液成导热连接，且所述冷却装置包括热辐射侧。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述冷却装置包括换热器。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于：所述热泵包括主冷凝器。
9.根据权利要求6至8中的任何一个所述的装置，其特征在于：所述热泵包括机械式蒸汽压缩制冷泵。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述热泵还包括用于平衡所述系统内能流的电磁阀和附加冷凝器。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述附加冷凝器与所述主冷凝器并联。
12.根据权利要求6至8中的任何一个所述的装置，其特征在于：所述热泵包括内燃机。
13.根据权利要求6至12中的任何一个所述的装置，其特征在于：所述冷却装置将所述冷却液冷却至约3℃至约15℃的范围内。
14.根据前述权利要求中的任何一个所述的装置，其特征在于：所述热泵向所述液体传输足够的热量，以将所述液体升温至所述预定温度。
15.根据前述权利要求中的任何一个所述的装置，其特征在于：所述预定温度选自约25℃至约45℃的范围内。
16.根据前述权利要求中的任何一个所述的装置，其特征在于：在蒸馏期间，在所述液体与所述冷却液之间的所述蒸汽压差保持在约小于10kPa。
17.根据前述权利要求中的任何一个所述的装置，其特征在于：所述第一和第二储槽是分别用于流通所述液体和所述冷却液的流体线路。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于：所述进料液体和所述冷却液以逆流流动的方式在它们各自的流体线路中流通。
19.根据前述权利要求中的任何一个所述的装置，其特征在于：所述液体包括热敏性材料。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于：所述液体选自食品、医药品、营养品、蛋白质悬浮液、植物或蔬菜提取物、生物提取物或植物化学品。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于：所述液体是果汁。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述液体是橘子汁。
23.根据前述权利要求中的任何一个所述的装置，还包括控制系统，用于控制传热、以及将所述进料液体和所述冷却液保持在预定温度。
24.一种在包括蒸馏装置的蒸馏工艺中热泵的用途，该蒸馏装置具有与用于容纳所述液体的第一储槽成流体连通的蒸发侧，以及与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通的冷凝侧，其中所述热泵用于从所述冷却液向所述液体传热，以可将所述液体的温度保持在预定温度。
25.根据权利要求24所述的用途，其特征在于：所述蒸馏工艺是一种膜蒸馏工艺。
26.一种用于浓缩液体的方法，包括下列步骤：
提供蒸馏装置，所述蒸馏装置在一蒸发侧与一冷凝侧之间存在温差，所述蒸发侧与用于容纳所述液体的第一储槽成流体连通，并且所述冷凝侧与用于容纳冷却液的第二储槽成流体连通；
蒸发所述第一储槽中的所述液体，并冷凝所述第二储槽中的所述蒸发液体；以及
从所述冷却液向所述液体传热，以可将所述液体的温度保持在预定温度。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：所述蒸馏装置还包括位于所述第一流体线路与所述第二流体线路之间的薄膜。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于：所述薄膜包括疏水性多孔薄膜。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于：所述疏水性多孔薄膜选自Halar、PTFE、PP、PE、PVDF或其组合。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于：所述薄膜包括Halar纤维。
31.根据权利要求26至30中的任何一个所述的方法，其特征在于：使用热泵从所述冷却液向所述液体传热。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于：所述热泵包括冷却装置和换热器。
33.根据权利要求31或32所述的方法，其特征在于：所述热泵包括冷凝器。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于：所述热泵是一种机械式蒸汽压缩制冷泵。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于：所述热泵还包括用于平衡所述系统内能流的电磁阀和附加冷凝器。
36.根据权利要求32至35中的任何一个所述的方法，其特征在于：所述冷却装置将所述冷却液冷却至约3℃至约15℃的范围内。
37.根据权利要求31至36中的任何一个所述的方法，其特征在于：所述热泵向所述进料液体传输足够的热量，以将所述进料液体升温至所述预定温度。
38.根据权利要求24至35中的任何一个所述的方法，其特征在于：所述预定温度选自约25℃至约45℃的范围内。
39.根据权利要求26至28中的任何一个所述的方法，其特征在于：在蒸馏期间在所述进料液体与所述冷却液之间的所述蒸汽压差保持在约小于10kPa。
40.根据权利要求26至39中的任何一个所述的方法，其特征在于：所述液体包括热敏性材料。
41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述要被浓缩的液体选自医药品、营养品、蛋白质悬浮液、植物或蔬菜提取物、生物提取物或植物化学品。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于：所述液体是果汁。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于：所述液体是橘子汁。
44.根据权利要求26至43中的任何一个所述的方法，还包括控制系统，用于控制传热、以及将所述液体和所述冷却液保持在预定温度。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103443552A (zh) * 2011-03-16 2013-12-11 开利公司 从空气中生产蒸馏水的空气调节系统
CN104364203A (zh) * 2012-05-30 2015-02-18 旭化成化学株式会社 得到净化水的方法及其装置
CN105709601A (zh) * 2014-12-02 2016-06-29 北京工业大学 一种热泵-两效膜蒸馏装置及蒸馏方法
CN105771662A (zh) * 2016-03-10 2016-07-20 天津科技大学 光伏型太阳能热泵膜蒸馏装置
CN106061521A (zh) * 2014-01-03 2016-10-26 伊丽莎白·里纳尔迪·申克尔 用于浓缩母乳的方法和设备
CN107651727A (zh) * 2017-10-19 2018-02-02 南京航空航天大学 双效热泵膜蒸汽污水处理系统及方法
CN110960995A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 香港科技大学 用于盐水处理的薄聚合物膜
CN111151140A (zh) * 2020-01-20 2020-05-15 河北工业大学 一种浓缩氯碱阳极淡盐水的方法

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9044711B2 (en) * 2009-10-28 2015-06-02 Oasys Water, Inc. Osmotically driven membrane processes and systems and methods for draw solute recovery
US9248405B2 (en) 2009-10-28 2016-02-02 Oasys Water, Inc. Forward osmosis separation processes
FR2955376B1 (fr) * 2010-01-21 2012-03-16 Pyraine Dispositif et procede ameliores de recuperation de chaleur dans un gaz contenant de la vapeur d'eau
CN101797479B (zh) * 2010-02-25 2012-09-05 北京理工大学 一种利用直接蒸汽压缩热泵进行真空膜蒸馏的方法及装置
US20120211409A1 (en) * 2011-02-23 2012-08-23 Massachusetts Institute Of Technology Photovoltaic reverse osmosis system with thermal management
EP2680955B1 (en) * 2011-03-03 2019-10-23 Victoria University A heat exchange system
GB2490903B (en) * 2011-05-17 2013-08-14 Shaul Yaakoby Device and method for concentrating industrial products and by-products
DE102011117194A1 (de) * 2011-10-29 2013-05-02 Jürgen Scharfe Verfahren zur Konditionierung von aus mehreren Stoffen bestehenden Gasen oder Flüssigkeiten durch simultanen Wärme- und Stoffaustausch über mikroporöse Membranen
CN102419548B (zh) * 2011-11-11 2016-08-10 符红 废水余热循环利用的药液提取浓缩自动控制系统及方法
DE102013200998A1 (de) 2013-01-22 2014-07-24 Aaa Water Technologies Ag Kristallisationssystem und -verfahren
US10584926B1 (en) * 2013-12-19 2020-03-10 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc System and method for cooling using a heat exchanger having a membrane
JP6417826B2 (ja) * 2014-09-29 2018-11-07 栗田工業株式会社 濃縮システムおよび濃縮方法
KR102533553B1 (ko) * 2016-08-26 2023-05-16 한국산업기술시험원 막증발 모듈 성능시험장치
CN106582292B (zh) * 2016-12-13 2019-10-29 北京工业大学 一种提高热泵-膜蒸馏热效率的方法
US10596521B2 (en) * 2018-03-27 2020-03-24 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Water gap membrane distillation module with a circulating line
CN108479406B (zh) * 2018-06-19 2023-05-26 北京电子科技职业学院 一种正渗透-膜蒸馏耦合果汁浓缩装置及浓缩方法
US11306009B2 (en) * 2018-09-20 2022-04-19 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Membrane distillation device with bubble column dehumidifier

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60203173A (ja) * 1984-03-28 1985-10-14 Nitto Electric Ind Co Ltd 果汁の濃縮方法
US4728397A (en) * 1985-07-04 1988-03-01 Svenska Utvecklings Ab Apparatus for desalinating salt water by membrane distillation
CN1198307A (zh) * 1997-05-03 1998-11-11 冬季环境技术有限公司 浓缩果汁或加工含有固体成分的水溶液的方法及设备
US20060144788A1 (en) * 2004-12-03 2006-07-06 Cath Tzahi Y Vacuum enhanced direct contact membrane distillation

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0352627A (ja) * 1989-07-19 1991-03-06 Hitachi Ltd 膜蒸留装置
JPH03181302A (ja) * 1989-12-12 1991-08-07 Hitachi Ltd 蒸留装置
SE509928C2 (sv) * 1997-09-23 1999-03-22 Hvr Water Purification Ab Apparat för utvinning av rent vatten ur råvatten
CA2351272C (en) * 2001-06-22 2009-09-15 Petro Sep International Ltd. Membrane-assisted fluid separation apparatus and method
US7247238B2 (en) * 2002-02-12 2007-07-24 Siemens Water Technologies Corp. Poly(ethylene chlorotrifluoroethylene) membranes
US6899743B2 (en) * 2002-06-12 2005-05-31 Membrane Technology And Research, Inc. Separation of organic mixtures using gas separation or pervaporation and dephlegmation
WO2005089913A1 (en) * 2004-03-16 2005-09-29 Sri International Membrane purification system
US8048304B2 (en) * 2007-12-27 2011-11-01 Dynasep Llc Solvent extraction and recovery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60203173A (ja) * 1984-03-28 1985-10-14 Nitto Electric Ind Co Ltd 果汁の濃縮方法
US4728397A (en) * 1985-07-04 1988-03-01 Svenska Utvecklings Ab Apparatus for desalinating salt water by membrane distillation
CN1198307A (zh) * 1997-05-03 1998-11-11 冬季环境技术有限公司 浓缩果汁或加工含有固体成分的水溶液的方法及设备
US20060144788A1 (en) * 2004-12-03 2006-07-06 Cath Tzahi Y Vacuum enhanced direct contact membrane distillation

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103443552B (zh) * 2011-03-16 2016-06-15 开利公司 从空气中生产蒸馏水的空气调节系统
CN103443552A (zh) * 2011-03-16 2013-12-11 开利公司 从空气中生产蒸馏水的空气调节系统
US9784489B2 (en) 2011-03-16 2017-10-10 Carrier Corporation Air conditioning system with distilled water production from air
US10330360B2 (en) 2011-03-16 2019-06-25 Carrier Corporation Air conditioning system with distilled water production from air
CN104364203A (zh) * 2012-05-30 2015-02-18 旭化成化学株式会社 得到净化水的方法及其装置
CN106061521B (zh) * 2014-01-03 2019-03-08 母乳最佳公司 用于浓缩母乳的方法和设备
CN106061521A (zh) * 2014-01-03 2016-10-26 伊丽莎白·里纳尔迪·申克尔 用于浓缩母乳的方法和设备
CN105709601A (zh) * 2014-12-02 2016-06-29 北京工业大学 一种热泵-两效膜蒸馏装置及蒸馏方法
CN105709601B (zh) * 2014-12-02 2018-06-01 北京工业大学 一种热泵-两效膜蒸馏装置及蒸馏方法
CN105771662A (zh) * 2016-03-10 2016-07-20 天津科技大学 光伏型太阳能热泵膜蒸馏装置
CN107651727A (zh) * 2017-10-19 2018-02-02 南京航空航天大学 双效热泵膜蒸汽污水处理系统及方法
CN107651727B (zh) * 2017-10-19 2023-06-23 南京航空航天大学 双效热泵膜蒸汽污水处理系统及方法
CN110960995A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 香港科技大学 用于盐水处理的薄聚合物膜
CN110960995B (zh) * 2018-09-28 2022-11-22 香港科技大学 用于盐水处理的薄聚合物膜
CN111151140A (zh) * 2020-01-20 2020-05-15 河北工业大学 一种浓缩氯碱阳极淡盐水的方法
CN111151140B (zh) * 2020-01-20 2021-10-15 河北工业大学 一种浓缩氯碱阳极淡盐水的方法

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Publication number Publication date
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