CN110290854A - 通过正向渗透除去醇溶液的组分和相关系统 - Google Patents
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Abstract
本文所公开的实例涉及用于从溶液中可控制地除去一或多种溶质的方法和系统。本文所公开的实例涉及用于从醇饮料中除去水的方法和系统。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119要求2016年12月23日提交的美国申请序列号62/438,950的较早申请日的权益。出于任何目的，前文提到的优先权申请的全部内容通过引用以其整体特此并入。
背景技术
用于对醇溶液进行脱水的现有技术包含热处理(例如，蒸馏、蒸发)和静水压力驱动的膜处理(例如，逆向渗透、纳滤、超滤)两者。由于高能量消耗、挥发性有机化合物(VOC)的损失以及对风味、香味和味道很重要的蛋白质结构的改变，热处理可能不利于醇溶液的浓缩。压力驱动的膜处理可能会受到醇和VOC的差保留能力以及静水压力极限的限制。
发明内容
公开了用于对溶液进行浓缩的方法。一种实例方法包含将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中。所述实例方法包含相对于所述进料溶液以逆流方式使出料溶液循环穿过所述正向渗透系统的第二侧，所述出料溶液具有一或多种溶质，并且所述出料溶液的所述至少一种可渗透溶质的浓度低于所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的所述第二侧生成经过稀释的出料溶液，相比于所述出料溶液，所述经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更高的至少一种可渗透溶质浓度。所述实例方法包含从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流，所述经过浓缩的进料溶液具有较低的水含量和低于所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度的所述至少一种可渗透溶质的浓度。所述实例方法包含由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液。所述实例方法包含使已经再生的所述出料溶液再循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧。
公开了用于通过正向渗透来浓缩醇溶液的方法。一种实例方法包含将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中。所述实例方法包含相对于所述醇饮料以逆流方式在所述正向渗透系统的第二侧中循环出料溶液，所述出料溶液的醇浓度低于所述醇饮料中的醇浓度。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的所述第二侧生成经过稀释的出料溶液，相比于所述出料溶液，所述经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更高的醇浓度。所述实例方法包含从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含具有降低的醇含量和降低的水含量的经过浓缩的饮料的产物流。所述实例方法包含由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液。所述实例方法包含从所述经过稀释的出料溶液中产生渗透物流。
公开了用于对溶液进行浓缩的系统。一种实例系统包含正向渗透元件，其包含将所述正向渗透元件的第一侧与所述正向渗透元件的第二侧分离的至少一个选择性可渗透的正向渗透膜。所述实例系统包含含有一或多种可渗透溶质的溶液的供应器，所述供应器流体地耦接到所述第一侧。所述实例系统包含相对于所述第一侧以逆流方式可操作地耦接到所述第二侧的出料溶液的供应器，所述出料溶液具有低于所述溶液中的所述一或多种可渗透溶质的浓度的所述一或多种可渗透溶质的浓度和高于所述溶液的总溶质浓度的总溶质浓度。所述实例系统包含至少一个出料溶液再生设备，其可操作地耦接到所述第二侧并且被配置成从中接收输出物。
公开了用于保持溶液中的一或多种溶质的量同时从其中除去水的方法。所述实例方法包含将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中。所述实例方法包含使出料溶液循环穿过所述正向渗透系统的第二侧，所述出料溶液具有一或多种溶质，并且所述出料溶液的所述至少一种可渗透溶质的浓度大于所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的所述第二侧生成经过稀释的出料溶液，相比于所述出料溶液，所述经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更低的至少一种可渗透溶质浓度。所述实例方法包含从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流，所述经过浓缩的进料溶液具有较低的水含量和高于所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度的所述至少一种可渗透溶质的所述浓度。所述实例方法包含由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液。所述实例方法包含使已经再生的所述出料溶液再循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧。
公开了对溶液进行脱水的方法。一种实例方法包含将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中。所述实例方法包含使其中具有一或多种可渗透溶质的出料溶液循环穿过所述正向渗透系统的第二侧，所述出料溶液的可渗透溶质浓度大于或等于所述进料溶液中的至少一种种类的所述一或多种可渗透溶质的的可渗透溶质浓度。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的所述第二侧生成经过稀释的出料溶液，所述经过稀释的出料溶液的水浓度高于所述出料溶液的水浓度。所述实例方法包含从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流，相比于所述进料溶液，所述经过浓缩的进料溶液具有更高浓度的所述至少一种种类的所述一或多种可渗透溶质。
公开了使用正向渗透对醇饮料进行脱水的方法。一种实例方法包含将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的第二侧循环出料溶液，所述出料溶液的醇浓度大于或等于所述醇饮料的醇浓度。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的所述第二侧生成经过稀释的出料溶液，所述经过稀释的出料溶液的水浓度高于所述出料溶液的水浓度。所述实例方法包含从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含经过浓缩的醇饮料的产物流。所述实例方法包含由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液。所述实例方法进一步包含从所述经过稀释的出料溶液中产生渗透物流。
公开了用于对醇溶液进行脱水的系统。一种实例系统包含正向渗透元件，其包含将所述正向渗透元件的第一侧与所述正向渗透元件的第二侧分离的至少一个选择性可渗透的正向渗透膜。所述实例系统包含所述第一侧中的醇溶液。所述实例系统包含所述第二侧中的出料溶液，所述出料溶液的醇重量百分比大于所述醇溶液的醇重量百分比。
公开了对溶液进行脱水的方法。一种实例方法包含将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中。所述实例方法包含使其中具有一或多种可渗透溶质和一或多种不可渗透溶质的出料溶液循环穿过所述正向渗透系统的第二侧。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的所述第二侧生成经过稀释的出料溶液，所述经过稀释的出料溶液的水浓度高于所述出料溶液的水浓度。所述实例方法包含从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流，所述经过浓缩的进料溶液具有期望浓度的所述至少一种种类的所述一或多种可渗透溶质；其中所述出料溶液中的所述一或多种可渗透溶质与所述一或多种不可渗透溶质的组合渗透压大于所述经过浓缩的进料溶液的渗透压。
可以彼此组合地使用来自所公开实施例中的任何实施例的特征，但不限于此。另外，通过考虑以下详细说明和附图，本公开内容的其它特征和优点对本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解，在各个附图中，相同的元件由相同的附图标记来表示。应理解，这些附图仅描绘了本发明的实施例，并且因此不被认为是对其范围的限制，通过使用附图将对本发明的实施例做出更加具体和详细的描述和说明，在附图中：
图1是根据本文所描述的实例的用于从溶液中除去一或多种组分的并流正向渗透系统的框图；
图2是根据本文所描述的实例的用于从溶液中除去一或多种组分的逆流系统的框图；
图3是根据本文所描述的实例的用于对醇溶液进行脱水的逆流正向渗透系统的框图；
图4是根据本文所描述的实例的用于对醇溶液进行脱水的正向渗透系统的框图，所述正向渗透系统包含用于通过蒸馏来回收出料溶液的蒸馏设备；
图5是根据本文所描述的实例的用于对醇溶液进行脱水的逆流正向渗透系统的框图，所述逆流正向渗透系统具有用于通过逆向渗透来回收出料溶液的逆向渗透元件；
图6是根据本文所描述的实例的用于对醇溶液进行脱水的正向渗透系统的框图，所述正向渗透系统被配置成通过逆向渗透和蒸馏来回收出料溶液；
图7是根据本文所描述的实例的用于对醇溶液进行脱水的正向渗透系统的框图；
图8是根据本文所描述的实例的用于对醇溶液进行脱水并且被配置成通过多次逆向渗透操作来回收出料溶液的正向渗透系统的框图；
图9是根据本文所描述的实例的用于对溶液进行脱水并且被配置成通过多次逆向渗透操作来回收出料溶液的正向渗透系统的框图；
图10是根据本文所描述的实例的用于对溶液进行脱水的方法的流程图；
图11是根据本文所描述的实例的用于通过正向渗透对醇溶液进行脱水的方法的流程图；
图12是根据本文所描述的实例的用于对进料溶液进行浓缩的正向渗透系统的框图；
图13是根据本文所描述的实例的用于对进料溶液进行浓缩的正向渗透系统的框图；
图14是根据本文所描述的实例的用于对进料溶液进行浓缩的正向渗透系统的框图；
图15是根据本文所描述的实例的出料回收系统的框图；
图16是根据本文所描述的实例的蒸馏设备的框图；
图17是根据本文所描述的实例的用于对溶液进行浓缩的方法的流程图；
图18是根据本文所描述的实例的用于通过正向渗透对醇溶液进行浓缩的方法的流程图；
以上所有都根据本公开内容的至少一些实施例来布置。
具体实施方式
本文中描述的实施例涉及用于使用正向渗透(FO)从其中具有一或多种可渗透溶质的溶液中除去水或水和可渗透溶质的方法和其系统。可以使用FO选择性地从一或多种溶剂中分离一或多种溶质(例如，溶剂系统的溶解组分、分散组分或悬浮组分)。所述一或多种溶质可以包含至少部分溶解、分散或悬浮的一或多种糖、一或多种醇、挥发性有机化合物(VOC)、蛋白质、一或多种盐、一或多种糖醇或液体系统的其它能够通过FO在滤膜处过滤(例如，保留或除去)的组分以及其前述组分中的任何组分的组合。溶质可以包含能够穿过FO膜的可渗透溶质，如乙醇、甲醇、乙二醇等。溶质可以包含基本上不能穿过FO膜(除了可忽略量的通量外)的不可渗透溶质，如氯化钠、氯化镁、硫酸镁、甘油、果糖、葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇等。
在本文所公开的实例方法和系统中，具有较低浓度的一或多种可渗透溶质的第一溶液(例如，进料溶液)沿着半透膜的第一侧传送，而具有较高渗透压(例如，较高浓度的一或多种可渗透溶质)的第二溶液(例如，出料溶液)沿着半透膜的第二侧传送。从进料溶液中提取一或多种溶剂(例如，水)和/或可渗透溶质(例如，甲醇、乙醇、乙二醇、锂、质子、pH、乳酸、乙酸、柠檬酸、硼和硼氧化物、氢氧化物、氨等)，使其进入出料溶液中，同时选择性地保留一或多种不可渗透溶质(例如，基本上不能穿过FO膜的溶质(除了可忽略的量外)，如蛋白质、风味化合物、葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油等)，从而浓缩进料溶液同时稀释出料溶液。然而，应当理解的是，材料的渗透性取决于相对于具体材料的膜材料，如本文所使用的，术语“可渗透”和“不可渗透”是指具体溶质跨FO膜的渗透性(忽略相对于RO膜的相同溶质的渗透性)。在一些实施例中，不可渗透溶质可以构成在进料溶液中浓缩以产生进料浓缩物的物质。在一些实施例中，出料溶液中存在的不可渗透溶质可以为浓缩过程提供驱动力(渗透压差)。一或多种不可渗透溶质通过半透膜的保留率可以为99％或更高、或95％或更高、或90％或更高，并且对于所述特定膜和溶质组合来说可以是具体的，并且可能受操作条件(如温度、通量等)的影响。一或多种可渗透溶质通过半透膜的保留率可以低于99％、或可以低于95％或90％或更低，并且对于所述特定膜和溶质组合来说可以是具体的，并且可能受操作条件(如温度、通量等)的影响。本文中一或多种可渗透溶质和/或不可渗透溶质跨FO膜的净通量可以为零(例如，某些正通量或负通量在整个FO膜上可以抵消)。此过程可以通过进料溶液和出料溶液两者在普通的大气压力下进行。具体的可渗透和/或不可渗透溶质可以优先地由与逆向渗透(RO)类似的FO膜截留。
当通过正向渗透浓缩具有多种组分(例如，水、乙醇、碳水化合物等)的进料流时，一种组分(例如，乙醇)对另一种组分(例如，碳水化合物)的保留率可能很低(例如，低于70％)。通过向出料溶液中添加选自多种组分(例如，乙醇、乙二醇、甘油、蔗糖等)的一或多种具体组分(例如，一或多种可渗透溶质(如乙醇)和/或一或多种不可渗透溶质(如甘油、蔗糖等))，本文中的分离系统可以保留进料流中的一或多种具体组分(例如，乙醇)，同时至少部分地除去(例如，脱水)进料中的其它组分或一或多种溶剂(例如，水)中的至少一些。通过最小化出料溶液中的可渗透溶质的浓度，可以选择性地从其它多种组分(例如，碳水化合物)中除去可渗透溶质。通过在通过正向渗透浓缩之前稀释进料流增加除去的水和可渗透溶质的总量、期间或之后，从而可以进一步除去另外的可渗透溶质。本文还公开了利用各种压力驱动膜和蒸馏过程重构存在于出料溶液中的脱水醇溶液的方法。
本文所公开的方法和系统的实例利用正向渗透来分离液体。正向渗透(FO)通常是指跨半透膜输送液体(例如，水)同时截留溶质的过程。FO过程在进料流中使用半透膜和具有较高浓度的一或多种组分的出料流来使进料流脱水(例如，浓缩)以提供更高的渗透压。与典型的静水压力驱动的膜过程不同，FO的驱动力(将至少一种液体和/或溶质组分(例如，水)从进料流转移到出料流)是由两个流的化学势产生的一或多个渗透压差。所公开的实例方法和系统可以特别用于使醇溶液脱水。脱水通常是指从材料(例如，固体或另一种(水)溶液)中除去水。包含FO元件的分离系统可以用于处理溶液(例如，其中具有乙醇的水溶液)，所述溶液可能包含醇饮料。通常，可以使用本文所描述的系统和方法使任何溶液(例如，含有水、醇和一或多种其它可渗透溶质的液体)脱水。包含在进料溶液(例如，醇溶液)中的醇通常可以是任何醇，如乙醇、甲醇等。实例(醇)溶液可以包含啤酒、麦芽饮料、蒸馏酒、发酵液(例如，用于乙醇生产)、一或多种风味萃取物、一或多种染料萃取物、葡萄酒或其组合。
虽然某些溶液、蒸馏物、渗透物、浓缩物、产物等在本文中描述为“流”，但可以理解的是“流”可能含有所述溶液、蒸馏物、渗透物、浓缩物、产物等。如本文所使用的，术语“一或多个流”旨在包含溶液的流量或体积的含义而且不旨在要求流具有恒定流量。
本文所公开的实例FO系统和方法允许在环境压力和温度下使溶液脱水，同时允许选择性地保留一或多种可渗透溶质，如一或多种醇、挥发性有机化合物(VOC)、一或多种糖等。有利地，脱水溶液可以以比输送和/或运送完全水化的溶液更有效的方式输送和运送。然后，可以在饮用之前重构脱水溶液。以此方式，例如，可以使啤酒脱水以形成脱水啤酒溶液，并且可以以脱水形式包装和运送所述啤酒。脱水啤酒溶液可以具有比啤酒溶液浓度高的醇浓度、与啤酒溶液浓度相同的醇浓度或比啤酒溶液浓度低的醇浓度。在收到后，消费者(或零售商店)可以重构脱水啤酒溶液以供饮用。可以通过添加碳酸水或通过消费者或饮料机重构脱水啤酒溶液，从而产生啤酒或醇减少的啤酒(例如，3.2％ABW的啤酒或无醇啤酒)。可以通过添加醇溶液(例如，伏特加)重构脱水啤酒溶液并使其碳化。本文所描述的实例系统和方法可以有利地采用FO进行脱水，这可以提高脱水溶液的风味保留，使得重构的溶液(例如，重构的脱水啤酒溶液)保留与脱水前的原始溶液的风味相同或类似的风味。因此，本文所公开的FO系统和技术可以在不显著改变或降低产物流的营养或组分或醇饮料的一或多种风味(例如，在重构时)的情况下使醇溶液脱水。浓缩(例如，脱水)所述溶液的益处可以包含降低运输成本、降低VOC损失、制造醇减少的溶液(例如，无醇啤酒、无醇风味萃取物)、增加稳定性和保存期限、制造独特的消费产品(例如，脱水醇饮料)。
提供了本文所描述的实例的益处和优点以便于理解本文所描述的实例系统。可以理解的是，益处和优点仅仅是示范性的，并且并非本文所描述的所有实例可以具有所描述的益处和优点的全部或甚至任何益处和优点。
本文中用于分离溶液或混合物的液体组分(例如，脱水)的实例系统通常可以包含：主流体输入，所述主流体输入提供含有进料溶液(例如，醇饮料或溶液)的进料流；FO膜；以及至少一个流体输出，所述至少一个流体输出包含含有脱水醇溶液(例如，醇溶液浓缩物)的经过浓缩的进料流。可以产生含有经过稀释的出料溶液的经过稀释的出料流，所述出料流可以提供第二输出(通常主要含有水的渗透物流)。本文中的实例系统还可以包含出料流输入，所述出料流输入提供含有出料溶液的出料流，所述出料流具有比进料流和/或经过浓缩的进料流浓度更高的一或多种组分(例如，可渗透和/或不可渗透溶质)。虽然包含醇饮料的醇溶液在本文中用作具有可渗透溶质的溶液的实例，但可以理解的是，实例中的每个实例还考虑了除了醇之外或代替醇的可渗透溶质，并且所述可渗透溶质可以与所描述的实例醇可互换地或另外地使用。
图1是用于从溶液中除去一或多种组分的并流FO系统100的框图。系统100被配置成并流系统。也就是说，进料流112和出料流122两者的整体流动在同一方向上行进穿过系统100中的一或多个FO元件110。系统100包含进料流源114，所述进料流源向至少一个FO元件110提供进料流112中的至少一些进料流。系统100进一步包含至少一个出料流源124，所述至少一个出料流源流体地耦接到至少一个FO元件110并且被配置成向至少一个FO元件110提供出料流122。进料流112可以存在于FO元件110的第一侧115中并行进穿过所述FO元件。出料流122可以存在于FO元件110的第二侧125中并行进穿过所述FO元件。第一侧115和第二侧125被布置在其间的至少一个FO膜130分开。至少一个FO元件110可以包含FO壳体(例如，流体密封容器或组合件)，所述FO壳体至少部分地限定内部区域，所述FO膜130以及第一侧115和第二侧125位于所述内部区域中。尽管第一侧115被描述为进料侧并且第二侧125被描述为出料侧，但名称第一和第二仅仅是为了在元件之间进行区分，并不意在限制系统100的元件或配置。例如，只要第一侧115与第二侧125如通过其间的至少一个FO膜130至少部分地化学分离，那么第一侧115和第二侧125可以包含单独的体积、层、蛇行路径等。
由于进料侧112和出料侧122行进穿过FO元件110，因此进料流112的一或多种可渗透溶质可以渗透通过FO膜130进入出料流122中。进料流112可以包含有待浓缩的(例如，脱水的)进料溶液，如含有本文所公开的可渗透溶质(例如，醇溶液)的任何组合的溶液。出料流122可以包含出料溶液，所述出料溶液中具有进料流112的一或多种共有组分(例如，一或多种溶剂、一或多种可渗透和/或不可渗透溶质)。例如，出料流122可以包含醇、水、葡萄糖、乙二醇、蔗糖、果糖、甘油、乳酸、一或多种溶解盐或在进料流112中找到的任何其它组分中的一或多种。存在一或多种可渗透溶质(例如，醇)和/或不可渗透溶质(例如，甘油)或向出料流122中添加所述一或多种可渗透溶质和/或不可渗透溶质对于在脱水时选择性地控制一或多种可渗透溶质在进料流112中的保留率可能是有效的。进料流112的存在于出料流122中的相等量或更高量的一或多种共有组分(例如，进料流和出料流两者中的可渗透和/或不可渗透溶质)可以限制或阻止所述一或多种共有组分穿过FO膜130从进料流112进入出料流122中。进料流112的存在于出料流122中的减少量的一或多种共有组分(例如，进料流和出料流两者中的可渗透和/或不可渗透溶质)可以允许一或多种共有组分穿过FO膜130从进料流112进入出料流122中。例如，存在于出料流122中的与存在于进料流112中的量相等或更高的醇和乙二醇可能导致经由FO膜130优先地从进料流112中除去水，同时保留净醇和乙二醇的量。在出料流122中缺少醇的情况下，可以容易地将醇从进料流112转移到出料流122中，使得最终经过浓缩的进料流116将具有降低的醇浓度。在一些实施例中，至少两种可渗透溶质和/或不可渗透溶质在出料流中的组合可以用于提供充足量的足以限制一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)从进料流迁移到出料流的渗透压。例如，一或多种可渗透溶质和不可渗透溶质的组合可以在出料流中产生比存在于进料流中的渗透压更高的渗透压，从而使溶剂(例如，水)选择性地渗透通过FO膜，同时基本上整体保留进料流中的可渗透溶质(例如，乙醇)。例如，存在于出料流122中的与进料流112中的乙醇的量相等或更高的醇或甘油的组合可能导致经由FO膜130优先地从进料流112中除去水，同时保留醇。在一些实施例中，可渗透溶质或不可渗透溶质中的至少一种溶质可能不是进料流和出料流所共有的。
当通过除去通过FO膜130的其至少一种流体组分(例如，如水等溶剂)在FO元件110中浓缩进料流112时，产生经过浓缩的进料流116(例如，经过浓缩的醇溶液)。经过浓缩的进料流116可以被引导到一或多个下游产物部件118，所述一或多个下游产物部件流体地耦接到FO元件110的第一侧115。当通过FO膜130添加来自进料流112的一或多种组分(例如，水)来稀释出料流122(例如，出料溶液)时，系统100产生经过稀释的出料流126(例如，具有与当出料流进入FO元件110时存在的一或多种组分的浓度类似或更高的一或多种组分(如水)的出料流)。经过稀释的出料流126可以被引导到一或多个下游出料部件128，所述一或多个下游出料部件流体地耦接到FO元件110的第二侧125。
进料流源114可以包含罐、加压泵、阀门、管、导管、软管、温度控制元件等中的一或多个。进料流源114流体地耦接(例如，接通(plumbed))到FO元件110的第一侧125。进料流源114可以被配置成选择性地向FO元件110提供进料流112的期望的进料速率和/或压力。出料流源124可以包含罐、加压泵、阀门、管、导管、软管、温度控制元件等中的一或多个。出料流源124流体地耦接到FO元件110的第二侧125。出料流源124可以被配置成选择性地向FO元件110提供进料流112的期望的进料速率和/或压力。
FO元件110可以是任何FO元件或元件阵列，包含但不限于螺旋缠绕FO元件或标准板或挡板和一或多个框架FO元件。一或多个FO元件110的一或多个FO膜130可以包含任何可渗透膜，如选择性渗透膜，所述可渗透膜被配置成允许进料流的一或多种组分从其中穿过，同时截留进料流的一或多种组分。在一些实例中，FO膜130可以是聚合物膜，所述聚合物膜包含其中的聚合物材料(如聚酰胺、乙酸纤维素、芳族聚酰胺、聚(偏二氟乙烯)、聚丙烯腈、聚砜)或任何其它适合用作FO膜的聚合物材料。在一些实例中，FO膜可以包含薄膜复合膜，所述薄膜复合膜包含上文公开的聚合物材料中的任何聚合物材料中的一或多种聚合物材料。在一些实例中，FO膜130可以包含支撑一或多个功能层的一或多个支撑层，如一或多个聚酰胺薄膜层。在一些实施例中，FO膜130可以包含FO膜阵列，所述FO膜阵列可以并联或串联布置或以并联和串联的任何组合布置。本文所描述的FO元件、FO膜以及适合用于FO系统中的其组分的实例可以包含以下中描述的那些实例中的任何实例：于2011年9月30提交的美国专利第8,920,654号；于2013年12月20日提交的美国专利申请第14/137,903号；于2014年3月14日提交的PCT申请第PCT/US2014/029227号；以及于2014年3月14日提交的PCT申请第PCT/US2014/029332号，这些申请中的每个申请出于任何目的以全文引用的方式并入。
流体地耦接到第一侧115的一或多个下游产物部件118可以包含管道、储罐、使用点装置、导管、压力泵、温度控制装置(例如，冰箱或加热器)、包装设备、一或多个FO元件、单独的包装(例如，桶、瓶等)中的一或多个。一或多个下游出料部件128可以包含管道、导管、储罐、泵、温度控制装置(例如，冰箱)、一或多个出料溶液回收(例如，再生)设备、废料储存器、渗透物储存器等中的一或多个。在一些实施例中，一或多个出料溶液回收或再生设备可以包含逆向渗透(RO)元件(例如，低截留或标准逆向渗透设备)或一或多个蒸馏设备。
在使用中，进料溶液(例如，5％ABW醇)可以由泵(例如，进料流源114)加压，从而形成低压进料流112。至少一个FO元件110可以接收进料流112并分配经过浓缩的进料流116(例如，在2gpm下30％ABW)。出料溶液(例如，在30gpm下40％ABW)可以由泵(例如，出料流源124)加压以形成低压出料流122。出料流122可以包含水、可渗透溶质(例如，乙醇)和至少一种不可渗透溶质(例如，氯化钠、氯化镁、硫酸镁、甘油、果糖、葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇)。FO元件110可以接收低压出料流122并分配经过稀释的出料流126(例如，在40gpm下30％ABW)。一或多个出料流和/或进料流中的可渗透溶质可以包含本文所公开的可渗透溶质中的任何可渗透溶质。在FO元件110中，至少一些水可以穿过其间的至少一个FO膜130从进料流112渗透到出料流122中。至少一些醇或一或多种其它可渗透溶质可以保留在进料流112中，使得醇或其它可渗透溶质的总量维持在进料流112中，同时使进料流112脱水，从而产生经过浓缩的进料流116(例如，30％ABW)。
在一些实施例中，经过浓缩的进料流116中的相对醇含量(相比于进料流112)可以增加至少约5％ABW，如约5％ABW到约50％ABW、约10％ABW到约40％ABW、约15％ABW到约35％ABW、约20％ABW到约40％ABW、约25％ABW到约35％ABW或小于约60％ABW。在一些实施例中，至少一些醇可以从出料流122渗透到进料流112中。可替代地，至少一些醇(和/或一或多种其它可渗透溶质)可以从进料流112渗透到出料流122中，使得经过浓缩的进料流116中的醇(和/或一或多种其它可渗透溶质)浓度降低。例如，与进料流112相比，经过浓缩的进料流116的相对醇含量可以降低至少约1％ABW，如约1％ABW到约40％ABW、约5％ABW到约20％ABW或小于约40％ABW。相对醇浓度可以降低选择的量，使得除去大量醇(例如，流116小于约0.1％ABW)。虽然醇在本文中用作实例，但是可以使用进料流和出料流的其它可渗透溶质(如氨、乙二醇、溶解盐等)(例如，其中组分的浓度是按重量％而非％ABW计算的)获得与本文中公开的那些结果中的任何结果类似或同样的结果。
在具有FO膜130的阵列(例如，在挡板和框架FO元件中)或具有FO元件110的阵列的一些实例(未示出)中，进料流112和出料流122可以由阵列开端的同一FO元件110接收，并且经过浓缩的进料流116和经过稀释的出料流126可以由阵列末端的同一FO元件分配。并流操作可以与螺旋缠绕元件一起使用。控制跨膜压力、操作从进料流到出料流的正压和低压(例如，1到5psi)可以改进可渗透溶质截留并对从进料中分离出料组分具有显著影响。适合的压力可以包含约0.5psi或更多，如约0.5psi到约10psi、约1psi到约8psi、约2psi到约6psi、约3psi到约5psi、约0.5psi到约2psi、约2psi到约4psi、约1psi到约5psi、小于约5psi或小于约3psi。
在并流方案中，出料流122和/或经过稀释的出料流126中的醇(和/或一或多种其它可渗透溶质或不可渗透溶质)的最终浓度可以大于或等于经过浓缩的进料流116的最终醇(和/或一或多种其它可渗透溶质)的浓度，例如，30％ABW。在一些实例中，过量的醇可以用于出料流122和/或经过稀释的出料流126中，以在脱水时维持醇在进料流112中的高保留率。过量的醇(或其它可渗透出料组分)可以用于保留进料中的醇，因为当水从进料流转移到出料流中时，出料流被稀释，这被称为稀释浓差极化。因此，可以使用出料流中过量的醇以获得有效的浓度差。此外，渗透通过膜的水可以与一些可渗透溶质(例如，醇)氢键合并增加相对于不与水氢键合的可渗透溶质的渗透性。在一些实施例中，过量的醇(和/或一或多种其它可渗透溶质)甚至在出料溶液稀释后仍然过量，超过的量可以存在于出料流122或经过稀释的出料流126中。在一些实例中，可以使用比进料流112醇含量大0％ABW到约60％ABW的过量的醇。例如，经过稀释的出料流126中醇的最终浓度可以比经过浓缩的进料流116的最终醇浓度大至少约1％ABW，如比经过浓缩的进料流116的最终醇浓度大约1％ABW到约60％ABW、大约5％ABW到约50％ABW、大约10％ABW到约40％ABW、大约15％ABW到约35％ABW、大约20％ABW到约40％ABW、大约25％ABW到约35％ABW、大约1％ABW到约20％ABW、大约20％ABW到约40％ABW、大约40％ABW到约60％ABW、大约1％ABW到约5％ABW、大约1％ABW到约10％ABW、大约5％ABW到约15％ABW、大约10％ABW到约20％ABW或大小于约60％ABW。已经发现，经过稀释的出料流126(和前体出料流122)对于在经过浓缩的进料流116中产生期望水平的醇特别有效，所述经过稀释的出料流的最终醇浓度(或组合的可渗透溶质和/或不可渗透溶质的浓度)比相关联的经过浓缩的进料流116的最终醇含量的浓度大至少约5％ABW(例如，大10％ABW)。例如，经过浓缩的进料溶液的最终醇浓度可以为约30％ABW，而经过稀释的出料流的最终醇浓度可以为至少约40％ABW。
进料流112的渗透FO膜130进入出料溶液中的一或多种组分(例如，一或多种溶剂，如水和/或一或多种可渗透溶质)的种类以及渗透程度(例如，量)可以通过控制以下中的一或多个选择性地调整：出料流122的出料溶液(例如，醇含量)的一或多种可渗透溶质(和/或不可渗透溶质)的量(例如，浓度)和/或种类、与进料流112和出料流122接触的FO膜130的表面积、进料流112和出料流122中的一者或两者进入FO元件110中的进料率、进料流112和出料流122中的一者或两者进入FO元件110中的压力(和穿过FO膜130的相关静水压力)或进料流112和出料流122中的一者或两者进入FO元件110中的温度。具体地，用于出料流122中的过量的醇(例如，乙醇)和/或其它可渗透溶质或不可渗透溶质的量可能取决于一或多个流速、脱水率、一或多个回收率、温度、进料流组合物、出料流组合物、与流接触的膜的表面积、膜的类型、第一侧和/或第二侧的压力中的一或多个。
本文所公开的系统的不同部件中的每个部件可以通过一或多个导管(例如，管、管子、软管等)、阀门、泵等可操作地(例如，流体地)耦接在一起。为了简洁起见，框图中的部件用其间的箭头示出。应理解的是，箭头中的每个箭头可以表示一或多个导管、阀门、罐、泵或系统部件之间的其它流体连接。
在一些实施例中，FO系统或其中的元件阵列可以以逆流配置进行配置。图2是用于从溶液中除去一或多种组分的逆流系统200的框图。在逆流系统中，进料流和出料流沿相反的方向行进穿过FO元件。逆流处理可以允许使用相比于并流流量而言减少量的一或多种可渗透溶质和不可渗透溶质，因为一或多种可渗透溶质和不可渗透溶质的浓度和进料流与出料流之间的渗透压差可以是基本上恒定的。逆流处理可以允许使用相比于并流处理而言减少量的可渗透溶质和不可渗透溶质，因为进料流与出料流之间的浓度差可以是基本上恒定的。系统200包含供应进料流112的进料流源114、包含至少一个FO膜130的至少一个FO元件110和一或多个下游产物部件118，所述一或多个下游产物部件被配置成接收如上所述经过浓缩的进料流116。系统200包含供应出料流122的出料流源124和含有经过稀释的出料流126的一或多个下游出料部件128。如所示出的，出料流122行进穿过FO元件110的第二侧125的方向与进料流112流动穿过FO元件110的第一侧115的方向相反。在一些实例中，逆流配置的优点可以是初始出料流122的醇和/或一或多种其它可渗透溶质的浓度可以等于或不一定明显超过(例如，仅仅约1％ABW到约5％ABW)进料流112浓缩物醇的浓度。在一些实例中，出料流122中少量过量的醇和/或一或多种其它可渗透溶质的含量(高于醇溶液有效脱水的量)可以用于替换或抵消出料流回收(例如，纳滤(NF)/RO渗透或蒸馏)中损失的醇和/或一或多种其它可渗透溶质。
在一些实例中，进料流112和/或经过浓缩的进料流116中少量损失的醇(例如，大于0％ABW到约3％ABW)可以用于(例如，容许)避免向出料流122中添加过量的醇。在这种实例中，出料流122中醇的量可以等于或略小于(例如，小0％ABW到3％ABW)进料流112和/或经过浓缩的进料流116中醇的含量。
在使用期间，进料溶液(例如，在12gpm下5％ABW)可以由泵(例如，进料流源114)加压以形成低压进料流112。FO元件110可以接收进料流112并分配经过浓缩的进料流116(例如，在2gpm下30％ABW)。出料溶液(例如，在2gpm下30％ABW)可以由第二泵(例如，出料流源124)加压以形成低压出料流122。所述FO元件110可以接收低压出料流122并分配经过稀释的出料流126(例如，在12gpm下5％ABW)。水可以通过其间的FO膜130从进料流112渗透到出料流122中。
在一些实施例中，FO系统可以包含多于一个FO元件。在一些实施例中，至少一个FO元件或FO元件阵列(例如，并联和/或串联阵列)可以以逆流配置接通，其中在中间阶段，沿着所述阵列中间注入高浓度出料溶液或纯的可渗透溶质和/或不可渗透溶质(例如，醇)。这种配置可以允许向系统添加一或多种可渗透溶质和不可渗透溶质，从而提高驱动力(例如，由化学势产生的渗透压)，同时沿着FO膜阵列平衡一或多种出料溶液中可渗透溶质和不可渗透溶质(例如，乙醇)的浓度。
图3是用于使醇溶液脱水的逆流FO系统300的框图。逆流FO系统300包含到经过稀释的出料流中的醇(或高浓度醇溶液)的一或多个中间注入(用于中间注入的端口)。系统300包含多个串联流体耦接(例如，接通)的FO元件110a-110c。系统300包含可操作地耦接到第一FO元件110a的进料流源114。第一FO元件110a包含第一FO膜130a，所述第一FO膜至少部分地限定其中的第一侧115a和第二侧125a。第一FO元件110a的第一侧115a流体地耦接到第二FO元件110b。第二FO元件110b包含第二FO膜130b，所述第二FO膜至少部分地限定其中的第一侧115b和第二侧125b。第二FO元件110b的第一侧115b流体地耦接到第三FO元件110c。第三FO元件110c包含第二FO膜130c，所述第二FO膜至少部分地限定其中的第一侧115c和第二侧125c。FO元件110a-110c的第一侧115a-115c耦接在一起以形成系统300的集体第一侧。系统300的第一侧可以包含一或多个部件，所述一或多个部件与FO元件110a-110c的第一侧115a-115c(如进料流源114)流体连通。
随着进料流112穿过一系列FO元件110a-110c，进料流112变得越来越浓缩。例如，随着进料流112穿过第一FO元件110a的第一侧115a，进料流112脱水(例如，浓缩)以形成经过浓缩的进料流116a，所述经过浓缩的进料流的醇浓度比进料流112的醇浓度高。随着经过浓缩的进料流116a穿过第二FO元件110b的第一侧115b，经过浓缩的进料流116a进一步浓缩(例如，脱水)以形成第二经过浓缩的进料流116b，所述第二经过浓缩的进料流的醇浓度比进料流112和经过浓缩的进料流116a中的一者或两者的醇浓度高。随着第二经过浓缩的进料流116b穿过第三FO元件110c的第一侧115c，第二经过浓缩的进料流116b进一步浓缩以形成第三经过浓缩的进料流116c，所述第三经过浓缩的进料流的醇浓度比进料流112和一或多个经过浓缩的进料流116a和/或116b中的一者或全部的醇浓度高。第三经过浓缩的进料流116c可以被引导到一或多个下游产物部件118，如本文中公开的这些部件中的任何部件。
在系统300的第二侧上，出料流源124被配置成向系统300提供出料流122。出料流源124可操作地耦接到第三FO元件110c的第二侧125c。随着出料溶液穿过第二侧125c，出料流122a被稀释以形成经过稀释的出料流126a。经过稀释的出料流126a被引导到下游出料部件128a。下游出料部件128a可以包含至少一个导管(例如，管)、泵、阀门、罐、注射口、混合设备等中的一或多个。例如，下游出料部件128a可以包含具有注射口的导管，其中出料流122a的一或多种组分(例如，醇和/或甘油)的注射可以添加到经过稀释的出料流126a中以形成第一重构出料流122b。醇注射口可以被配置成提供足以选择性地控制(例如，提高)经过稀释的出料流126a中的醇(或一或多种其它出料流组分)的浓度的醇(或一或多种其它出料流组分)的注射、滴度或流。例如，醇注射口可以用于提供注射138a，所述注射被配置成将醇的浓度提高到比经过稀释的出料流126a的醇的浓度高至少约5％ABW，如将浓度提高到比经过稀释的出料流126a的醇含量高至少约10％ABW、提高到比经过浓缩的出料流116a或116b高至少约5％ABW、比第二经过浓缩的进料流116a或116b的醇含量高至少约10％ABW或至少与出料流122a的浓度一样高。下游出料部件128a可操作地耦接到第二FO元件110b的第二侧125b。
第一重构出料流122b可以被引导穿过第二FO元件110b的第二侧125b以从存在于其第一侧115b中的进料流中提取出一或多种组分。随着第一重构出料流122b在第二FO元件110b中从进料溶液吸收组分(例如，水)，重构出料流122b被稀释以形成第二经过稀释的出料流126b。第二FO元件110b的第二侧125b可以流体地耦接到一或多个下游出料部件128b。一或多个下游出料部件128b可以与上文公开的一或多个下游出料部件128a类似或相同。例如，第二经过稀释的出料流126b可以从第二侧125b引导穿过导管、泵或混合罐中的一或多个。一或多个下游出料部件128b可以包含第二醇注射口，其中醇(或任何其它出料流组分)可以添加到第二经过稀释的出料流126b中以控制其中醇的浓度。第二醇注射口可以被配置成向第二经过稀释的出料流126b提供足以选择性地控制第二经过稀释的出料流126b中醇的浓度的醇(或其它出料溶液组分)的注射、滴度或流。例如，醇注射口可以用于提供第二注射138b，所述第二注射被配置成将醇(或出料溶液的一或多种其它组分)的浓度提高到比第二经过稀释的出料流126b的醇的浓度高至少约5％ABW，如比第二经过稀释的出料流126b的醇含量高至少约10％ABW、比经过浓缩的进料流116a的醇含量高至少约5％ABW、比第二经过浓缩的进料流116b的醇含量高至少约10％ABW、比进料流112的醇含量高至少约5％ABW、比进料流112的醇含量高至少约10％、与进料流112的醇含量至少一样高或与出料流122a的醇含量至少一样高。下游出料部件128b可操作地耦接到第一FO元件110a的第二侧125a。
第二重构出料流122c可以被引导穿过第一FO元件110a的第二侧125a以从存在于其第一侧115a中的进料流112中提取出一或多种组分。随着第二重构出料流122c在第一FO元件110a中从进料溶液吸收组分(例如，水)，第二重构出料流122c被稀释以形成第三经过稀释的出料流126c。第一FO元件110a的第二侧125a可以流体地耦接到一或多个下游出料部件128c，如本文所公开的任何下游出料部件。例如，第三经过稀释的出料流126c可以从第二侧125a引导穿过导管、泵或储存罐中的一或多个。
第二侧125a-125c(以及系统300的与其流体连通的部分)可以共同形成系统300的第二侧。系统的第二侧与系统的第一侧被一或多个FO膜隔开并仅仅通过一或多个FO膜与其接触。如本文一些实例中使用的，第一侧可以是进料侧，并且第二侧可以是出料侧。
如图3所示，在一些实例中，可能存在多个中间注射阶段，而在其它实例中，可能仅存在一个中间注射阶段(例如，端口)。在一些实施例中，系统300可以包含在FO元件中的任何FO元件之间的、在第一(进料)侧或第二(出料)侧中的一者或两者上的一或多个输出。例如，如阀门和排出管道等输出可以安置在第一FO元件110a与第二FO元件110b之间以及第二FO元件110b与第三FO元件110c之间。一或多个输出可以允许在系统300的末端(例如，一或多个下游产物部件118)之前选择性地捕获经过浓缩的进料流116a和116b。在一些实施例中，系统300可以包含在FO元件中的任何FO元件之间的、在第一(进料)侧或第二(出料)侧中的一者或两者上的一或多个泵以控制系统300的部件中的任何部件的压力或流速。在一些实施例中，可以从系统中的每个FO元件处除去经过稀释的出料溶液，并且可以通过新的不同的出料流源将新的出料溶液引入到每个相应的FO元件的第二侧，而不是重构一或多种出料溶液。
在一些实例中，进料溶液可以由泵(例如，进料流源114)加压以形成低压进料流112(例如，在12gpm下5％ABW)。第一FO元件110a可以接收低压进料流112并分配经过浓缩的进料流116a(例如，在8.7gpm下6.7％ABW)。第二FO元件110b可以接收经过浓缩的进料流116a并分配第二进一步经过浓缩的进料流116b(例如，在5.3gpm下11.3％ABW)。第三FO元件110c可以接收第二经过浓缩的进料流116b并分配第三进一步经过浓缩的进料流116c(例如，在2gpm下30％ABW)。出料溶液可以由泵(例如，出料流源124)加压以形成低压出料流122a(例如，在12gpm下大于30％ABW、按重量计15％甘油(GBM))。第三FO元件110c可以接收低压出料流122a并分配经过稀释的出料流126a(例如，在15.3gpm下23.5％ABW、11.7％GBW)。经过浓缩的甘油和水(例如，在16.7gpm下30％GBW)的注射138a可以通过注射口、阀门和/或泵(例如，下游出料部件128a)与经过稀释的出料流126a组合，以形成第一重构出料流122b(例如，在32gpm下11.25％ABW、21.2％GBW)。第二FO元件110b可以接收第一重构出料流122b并分配经过稀释的出料流126b(例如，在35.3gpm下10.2％ABW、19.2％GBW)。经过浓缩的甘油和水(例如，在17gpm下30％GBW)的第二注射138b可以通过如注射口、阀门或泵(例如，下游出料部件128b)与第二经过稀释的出料流126b组合，以形成第二重构出料流122c(例如，在52.3gpm下6.9％ABW、22.7％GBW)。第一FO元件110a可以接收第二重构出料流122c并分配第三经过稀释的出料流126c(例如，在55.7gpm下6.5％ABW、21.4％GBW)。第三经过稀释的出料流126c可以被引导到一或多个下游出料部件128c。第三经过稀释的出料流126c可以通过本文所描述的若干种出料溶液回收/再生技术中的任一种技术处理。
在一些实例中，出料溶液可以通过蒸馏回收(例如，再生或重构)。图4是用于使醇溶液脱水的FO系统400的框图，系统400包含用于通过蒸馏回收(例如，再生)出料溶液的蒸馏设备140。系统400包含进料流源114，所述进料流源被配置成向至少一个FO元件110的第一侧115供应进料流112，所述至少一个FO元件具有在其中的至少一个FO膜130。系统400包含出料流源124，所述出料流源被配置成向FO元件110的第二侧125供应出料流122。系统包含至少一个下游产物部件118，所述至少一个下游产物部件流体地耦接到FO元件110的第一侧115。系统400进一步包含至少一个再生设备，所述至少一个再生设备流体地耦接到FO元件110的第二侧125的输出孔。
可以提供至少一个再生设备以至少部分地将经过稀释的出料流126恢复成与出料流122的出料溶液相同的组合物(例如，相对量)。如所示出的，至少一个再生设备可以包含蒸馏设备140。蒸馏设备140可以流体地耦接并被配置成从FO元件110的第二侧125接收经过稀释的出料流126，并通过蒸馏浓缩所述经过稀释的出料流中的至少一种溶质(例如，可渗透溶质和/或不可渗透溶质)。例如，蒸馏设备140可以被配置成产生蒸馏物流142，所述蒸馏物流可以用作或用于增大出料流122的出料溶液。蒸馏设备140可以包含蒸馏柱或蒸馏柱阵列(例如，串联、并联或两者)。蒸馏设备140可以包含一或多个膜蒸馏或渗透蒸发设备，并且蒸馏可以包含膜蒸馏或渗透蒸发。蒸馏设备140可以接收经过稀释的出料流126并产生蒸馏物流142(例如，乙醇蒸馏物)和出料渗透物144(例如，10gpm)流。蒸馏物流142可以被引导(例如，通过一或多个导管和/或泵再循环)到出料流源124。可以通过可操作地耦接到蒸馏设备的一或多个导管、阀门和/或泵从系统400中除去出料渗透物144(例如，如水等釜底物)流。在实施例中，出料渗透物144可以在系统中再循环，如再引导到经过稀释的出料流126、引导到废料或一或多个逆向渗透元件。在实例中，当出料渗透物144被引导到逆向渗透元件时，逆向渗透元件可以从出料渗透物144中除去如醇或甘油等任何残余溶质并产生作为基本上纯的水的RO渗透物以及包含溶质的RO浓缩物。RO渗透物可以被引导到废料，如废水出口，并且RO浓缩物(例如，醇和/或甘油)可以被引导回经过稀释的出料流126中。
在一些实例中，进料溶液可以由泵(例如，进料流源114)加压以形成低压进料流112(例如，在12gpm下5％ABW)。FO元件110可以接收低压进料流112并输出经过浓缩的进料流116(例如，在2gpm下30％ABW)。出料溶液(例如，在2gpm下至少约30％ABW)可以由泵(例如，出料流源124)加压，从而形成低压出料流122。出料溶液可以包含水和醇(例如，乙醇)。FO元件110可以接收低压出料流122并分配经过稀释的出料流126(例如，在12gpm下5％ABW)。蒸馏设备140(例如，柱或蒸馏柱阵列)可以接收经过稀释的出料流126并产生蒸馏物流142(例如，乙醇蒸馏物)和出料渗透物144(例如，在10gpm下减少的乙醇渗透物)。在一些实例中，通过出料流源124(例如，泵)与蒸馏物流142(例如，乙醇)的组合接收经过稀释的出料流126的部分，以产生期望的水和一或多种溶质(例如，醇和一或多种经过溶解的糖)组合物的出料溶液。在一些实施例中，第二侧125的输出可操作地耦接到下游出料部件128。可以经由一或多个下游出料部件128将出料渗透物144引导出系统。
在一些实施例中，再生设备可以包含至少一个逆向渗透(RO)元件，所述至少一个RO元件具有在其中的至少一个RO膜。在一些实施例中，出料溶液可以通过RO至少部分地回收(例如，再生)。图5是用于使醇溶液脱水的逆流FO系统500的框图，系统500包含用于通过RO回收出料溶液的RO元件150。系统500包含进料流源114，所述进料流源被配置成向FO元件110提供进料流112。FO元件110包含将第一侧115与FO元件110的第二侧125分开的FO膜130。第一侧115可以可操作地耦接到如本文所描述的一或多个下游产物部件。第二侧125可以可操作地耦接到出料流源124，所述出料流源被配置成向FO元件110的第二侧125供应出料流122。随着在FO元件110中稀释出料流122，由此产生了经过稀释的出料流126。经过稀释的出料流126可以被引导(例如，经由一或多个导管、泵、阀门等)到RO元件150。RO元件150可以包含壳体，所述壳体含有安置在其中的RO膜136。壳体(例如，容器或组合件)可以是流体密封的并且被配置成固持有效地至少部分限定其中的第一侧151和第二侧152的RO膜136。RO膜的第一侧151和第二侧152可以由RO膜136至少部分地化学分离，从而限定壳体内的两个不同的体积。RO元件150的第一侧151和第二侧152可以与本文所描述的FO元件110的第一侧115和第二侧125类似或相似。RO膜136可以包含任何适合于RO的膜(例如，标准RO膜或低截留RO膜)。例如，RO膜136可以将至少一些水、醇或其它可渗透溶质和不可渗透溶质与其中具有水、醇以及可渗透溶质和不可渗透溶质的溶液分离。RO的单个阶段可以使ABW(或其它可渗透溶质或不可渗透溶质含量)增加至多5wt％，如约1wt％到约3wt％或小于3wt％。
经过稀释的出料流126可以被引导到RO元件150的第一侧151，其中RO膜136将可渗透溶质(如醇)中的至少一些可渗透溶质与其它溶质(例如，可渗透溶质和/或不可渗透溶质，如葡萄糖、果糖、甘油、溶解盐等)和至少一些水分离以在RO浓缩物154中形成RO浓缩物。RO浓缩物在本文中也可以被称为RO截留物。这种分离可以以流或批的形式执行。RO浓缩物154可能主要含有水以及可渗透溶质和不可渗透溶质。例如，RO浓缩物154可能含有其中的至少一些醇。RO浓缩物154中的至少一些浓缩物可以被引导回出料流源124。在一些实施例中，RO浓缩物154可以与出料溶液的一或多种组分组合以形成(例如，重新形成)出料流122。例如，RO浓缩物154可以至少与醇组合以再生出料流122。RO元件150还可以从其第二侧152产生RO渗透物156。RO渗透物156可以包含其中的水、醇和一或多种其它可渗透溶质。RO渗透物156可以进一步处理以通过蒸馏或进一步RO操作再生(例如，浓缩或更充分回收)其组分的至少一些组分(例如，可渗透溶质或不可渗透溶质中的一者或两者)，如醇或甘油。在一些实施例中，RO渗透物156可以包含或可以进一步处理成基本上纯的水。在一些实施例中，一或多个泵(未示出)可以用于控制经过稀释的出料流126进入RO元件150之前的压力。
在一些实施例中，一或多个RO元件150可以被配置成一或多个低截留RO元件和/或一或多个螺旋缠绕逆向渗透元件。在一些实例中，如在低截留RO元件中，可以使用具有减少的溶质截留的元件。低截留RO元件(例如，具有低截留RO膜的RO元件)可以用于用比标准RO元件的渗透压更高的渗透压浓缩溶液。在一些实施例中，低截留RO元件可以用于浓缩一或多种不可渗透溶质，如氯化钠、氯化镁、甘油、蔗糖、果糖、葡萄糖、一或多种溶解盐等。一或多个RO元件150可以被配置为串联或并联的元件阵列。元件或元件阵列可以在连续系统或批次系统中通过缓冲罐操作。
在一些实施例中，用于除去流体混合物的一或多种组分的FO系统可以包含多于一个出料流再生设备。图6是FO系统600的框图，所述FO系统被配置成通过逆向渗透和蒸馏回收出料溶液。系统600可以被配置为所示出的逆流系统。系统600包含进料流源114，所述进料流源被配置成将进料流112递送到FO元件110。FO元件110包含将FO元件110的第一侧115与FO元件的第二侧125隔开的FO膜130并且被配置成选择性地允许将一或多种组分从第一侧115中的进料流112输送到第二侧125中的出料流122中。系统600可以包含出料流源124，所述出料流源可操作地耦接到第二侧125并被配置成向所述第二侧提供出料流122。随着出料流122从进料流112中提取组分中的一些组分，所述进料流通过FO浓缩，从而形成经过浓缩的进料流116(例如，经过脱水的醇溶液)。经过浓缩的进料流116离开第一侧115并被引导到下游产物部件(未示出)。
随着进料流112中的一或多种组分迁移跨过FO膜130，出料流122被稀释，以形成经过稀释的出料流126。经过稀释的出料流126可以包含进料流112的作为其中的至少一种稀释剂的一或多种组分(例如，水)。经过稀释的出料流126离开第二侧125并被引导到一或多个下游出料部件128。一或多个下游出料部件可以包含泵，所述泵被配置成控制经过稀释的出料流126的压力。一或多个下游出料部件128可以可操作地耦接到一或多个再生设备，如至少一个RO元件150。
至少一个RO元件150可以包含RO膜136，所述RO膜被配置成分离经过稀释的出料流126的一或多种组分。RO元件150的第一侧151可以包含经过稀释的出料流126，所述经过稀释的出料流通过RO在其中转换成RO浓缩物154。RO浓缩物154主要可以包含水和一或多种不可渗透溶质的混合物。在一些实施例中，RO浓缩物154可以包含其中的至少一些可渗透溶质。RO浓缩物154的至少一部分可以被引导到(例如，再循环回到)出料流源124。第二侧152包含其中的RO渗透物156。RO渗透物156主要可以包含水和一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)的混合物。在一些实施例中，RO渗透物156可以包含其中的至少一些不可渗透溶质。RO渗透物156被引导到蒸馏设备140。
蒸馏设备140可以包含一或多个蒸馏柱。RO渗透物156在有效产生蒸馏物流142的蒸馏设备140中蒸馏，所述蒸馏物流可以被引导回出料流源124。蒸馏物流142主要可以包含其中的一或多种可渗透浓缩物(例如，全部醇)。蒸馏设备140还产生出料渗透物144(例如，含有一或多种可渗透溶质和/或不可渗透溶质的釜底物)，所述出料渗透物被引导到一或多个下游部件(未示出)，如废料储存或处理、递送设备或用于进一步处理。在一些实施例中，出料渗透物144可以包含具有比蒸馏物流142的醇的量更低的渗透物，如减少的乙醇蒸馏物或甚至基本上纯的水。
蒸馏物流142(例如，醇含量高的流体)可以被引导回出料流源124。蒸馏物流142的至少一部分可以与RO浓缩物154的至少一部分组合以形成出料流122。一或多个泵可以安置在系统600的部件的任何部件之间以调节其中流体的压力或速度。
在一些实例中，醇溶液可以由泵(例如，进料流源114)加压以形成低压进料流112(例如，在12gpm下5％ABW)。FO元件110接收低压进料流112并分配经过浓缩的进料流116(例如，在2gpm下30％ABW)。出料溶液(例如，在2gpm下30％ABW)可以由泵(例如，出料流源124)加压以形成低压出料流122。出料溶液包含水、一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)以及一或多种不可渗透溶质(例如，葡萄糖、果糖、甘油、氯化钠、氯化镁、其它溶解盐)的混合物。FO元件110接收低压出料流122并分配经过稀释的出料流126(例如，在12gpm下5％ABW)。如泵等下游出料部件128接收经过稀释的出料流126并产生高压经过稀释的出料流126(例如，500-800psi)。至少一个RO元件150接收高压经过稀释的出料流126并分配RO浓缩物154(例如，RO截留物流)和RO渗透物156。RO浓缩物154可以是水和一或多种不可渗透溶质(如甘油)的混合物。至少一些一或多种可渗透溶质(如乙醇)可以存在于RO浓缩物154中。RO渗透物156可以是水和可渗透溶质(例如，乙醇)的混合物。蒸馏设备140接收RO渗透物156并在蒸馏物流142中产生乙醇蒸馏物，并且还在出料渗透物144中产生乙醇减少的渗透物。乙醇蒸馏物流142可以接通到RO浓缩物154以重新形成出料流122。在一些实例中，可以使用对RO渗透物156的蒸馏。在其它实例中，可以使用对经过稀释的出料流126的蒸馏以产生醇减少的经过稀释的出料溶液，之后使用RO以浓缩另外的一或多种可渗透溶质和不可渗透溶质。因此，在一些实施例中，蒸馏设备140可以安置在RO元件150的“上游”。
在一些实施例中，离开蒸馏设备140的出料渗透物144可以包含其中的至少一些可渗透溶质(例如，乙醇)，如出料渗透物144的2wt％或更少(例如，1wt％或更少)。至少另外的RO元件或第二RO元件150b可以可操作地耦接到蒸馏设备140并可以被配置成接收出料渗透物144。例如，至少第二RO元件150b可以位于其出料渗透物144侧上的至少一个蒸馏设备140的下游。至少第二RO元件150b可以从离开蒸馏设备140的出料渗透物144(例如，底物)中除去(例如，精制)任何剩余溶质(例如，醇)。例如，RO元件150可以从经过稀释的出料流126中除去大部分甘油，蒸馏设备140可以从RO渗透物156中除去大部分乙醇，并且至少第二RO元件150b可以从出料渗透物144中除去任何残余溶质(例如，乙醇、VOC和/或甘油)，以提供基本上纯的水流并作为溶质流。例如，出料渗透物144在蒸馏之后可以是2％ABW或更少(例如，少于1％ABW或少于0.5wt％ABW)，并且至少第二RO元件150b可以从其除去基本上所有醇。可以从系统600中除去RO渗透物156b(例如，基本上纯的水)，如将其引导到废料出口(例如，排水或中水供应)或可以在FO元件110之前引导回系统600的进料侧。RO浓缩物154b(例如，醇)可以再循环回到蒸馏设备140，如通过在将RO浓缩物154引入到蒸馏设备140中之前将(第二)RO浓缩物154b与(第一)RO渗透物156组合。因此，可以进一步精制出料渗透物144以从其回收任何残余可渗透溶质。蒸馏设备140可以用于回收(例如，蒸馏)残余可渗透溶质并使所述残余可渗透溶质再循环用于出料流中或提供基本上纯的可渗透溶质流(例如，乙醇废料流)。
逆流FO系统600可以被布置和操作成从进料流中或以选定的速率除去选定量的一或多种可渗透溶质。例如，与进料流流速相比，出料流流速可能相对较高(例如，比其高至少10倍或更快)，以在FO膜中或以选定的速率从进料流中除去选定量的一或多种可渗透溶质。这种逆流配置可以允许在进料流离开FO元件110时从进料流中除去选定的量的可渗透溶质并在整个FO元件110的出料流中维持相对低的可渗透溶质含量。在实例中，可以选定出料流或进料流中的一或多个流的流速以提供流入出料流(在FO元件中)中的选定量的渗透物。例如，出料流的流速可以相对高以将从进料流到出料流的渗透物流速限制到出料流的流速的十分之一或更少(例如，10％、8％、5％、3％、1％或上述比率中的任何比率之间的范围)。换句话说，可以选定出料流的流速以将从进料流到出料流的渗透物流动的量限制到出料流的体积的十分之一或更少(例如，10％、8％、5％、3％、1％或上述比率中的任何比率之间的范围)，FO元件110中存在每单位体积的出料流。这种逆流配置和流速可以使出料溶液中的可渗透溶质(例如，渗透物)的含量保持尽可能低，即使已经从进料溶液中接收了可渗透溶质。
在一些实施例中，多个RO元件可以用于提供出料溶液的逐步再生。图7是用于使醇溶液脱水的FO系统700的框图。系统700包含一或多个部件，所述一或多个部件被配置成通过低截留RO、逆向渗透和蒸馏回收出料溶液。系统包含进料流源114，所述进料流源被配置成将进料流112递送到FO元件110。FO元件包含其中的第一侧115、第二侧125和FO膜130。进料流112在FO元件中浓缩以产生如本文所公开的经过浓缩的进料流116。系统700包含出料流源124，所述出料流源被配置成将出料流122提供到FO元件110中。随着出料流122行进穿过FO元件110，出料流122被稀释以形成经过稀释的出料流126。经过稀释的出料流126通过一或多个下游出料部件128引导穿过多个出料流再生设备。
经过稀释的出料流126最初引导到第一RO元件150a，第一RO浓缩物154a形成于所述第一RO元件中。第一RO元件150a可以被配置成低截留RO元件，即具有低截留RO膜的RO元件，所述低截留RO膜具有相对高的通量和相对低的截留率(例如，相对于具有高于99％的不可渗透溶质截留的标准RO元件)。例如，低截留RO膜136a的截留率可以为不可渗透溶质的50％，并且可以由此在给定的静水压力下将通量提高到比标准RO膜136b至少高50％。低截留RO元件的低截留率可以通过允许不可渗透溶质物质穿过膜以由此减小跨膜浓度差来允许在超过静水极限(例如，1000psi)的渗透压下浓缩具有不可渗透溶质物质浓度的溶液。在一些实施例中，低截留RO膜136a和具有所述低截留RO膜的元件的溶质截留率可以介于约20％到约80％之间，如约30％到约70％或约40％到约60％。与经过稀释的出料流126相比，第一RO浓缩物154a可以具有更高浓度的出料流122的一或多种组分。例如，第一RO浓缩物154a可以包含醇和水的混合物，与经过稀释的出料流126相比，所述混合物具有更高浓度的醇和/或其它溶质。RO浓缩物154a(例如)通过一或多个导管、阀门或泵被引导回(例如，再循环)到出料流源124。第一RO元件150a产生第一RO渗透物156a，所述第一RO渗透物主要是水、不可渗透溶质和醇的混合物。第一RO渗透物156a中的一或多种不可渗透溶质的浓度比经过稀释的出料流126的浓度低。第一RO渗透物156a可以通过一或多个下游出料部件128b(例如，加压泵)引导到第二RO元件150b。
第二RO元件150b可以被配置为标准RO元件，即包含RO膜136b的RO元件，与低截留RO膜136a相比，所述RO膜具有较低通量和较高截留率。随着第一RO渗透物156a行进穿过第二RO元件150b，产生第二RO浓缩物154b和第二RO渗透物156b。第二RO浓缩物154b可能主要包含一或多种经过浓缩的不可渗透溶质(例如，溶解盐、葡萄糖、果糖、至少一些醇等)和水，而第二RO渗透物156b可能主要包含醇和水的混合物。第二RO浓缩物154b通过一或多个导管、泵、阀门等引导回出料流源124。第二RO渗透物156b被引导到蒸馏设备140。蒸馏设备140可以接收第二RO渗透物156b并蒸馏所述第二RO渗透物以产生蒸馏物流142和出料渗透物144(例如，RO渗透物釜底物)。蒸馏物流142主要可以包含醇(例如，经过浓缩的醇)，并且出料渗透物144可以包含如高度稀释的乙醇溶液中的水和醇。蒸馏物流142可以被引导到出料流源124。蒸馏设备140可以通过一或多个导管接通到出料流源124。蒸馏物流142中的至少一些可以与第一RO浓缩物154a中的至少一些或第二RO浓缩物154b中的至少一些中的一或多种组合以重构(例如，再生)出料溶液或出料流122。
在一些实例中，醇饮料进料溶液可以由泵加压以形成低压进料流112(例如，在12gpm下5％ABW)。FO元件110(或元件阵列)可以接收低压进料流112并分配经过浓缩的进料流116(例如，在2gpm下30％ABW)。出料溶液(例如，在2gpm下30％ABW)可以由泵(例如，出料流源124)加压以形成低压出料流122。出料溶液可以是水、可渗透溶质(如乙醇)和一或多种不可渗透溶质(如甘油)的混合物。可以将出料溶液组合成具有更高浓度的醇饮料进料溶液的一或多种组分，从而使进料溶液至少部分保留其中的一或多种组分。FO元件110可以接收低压出料流122并分配经过稀释的出料流126(例如，在12gpm下5％ABW)。经过稀释的出料流126可以路由穿过泵(例如，下游出料部件128a)以产生高压经过稀释的出料流126(例如，约800psi)。(低截留)第一RO元件150a接收高压经过稀释的出料流126并分配比经过稀释的出料流126中浓度更高的水和一或多种不可渗透溶质(第一RO浓缩物154a)的混合物，并且可以包含与经过稀释的出料流126浓度类似(例如，在约5％ABW内)的醇(例如，乙醇)。(低截留)第一RO元件150a还可以分配水、一或多种不可渗透溶质和乙醇(例如，第一RO渗透物156a)的混合物；一或多种不可渗透溶质以比经过稀释的出料流126中浓度更低的浓度存在。(低截留)第一RO元件150a可以产生与第一RO渗透物中的经过稀释的出料流126的浓度类似的乙醇。在一些实例中，进料流、RO浓缩物流和(低截留)第一RO元件的RO渗透物流中的乙醇浓度可以类似(例如，小于约5％ABW，如约1％ABW)。在一些实例中，负截留(例如，增加的乙醇渗透)可以使RO浓缩物流和RO渗透物流中的浓度各自变化至多5％ABW。
第一RO渗透物156a被引导穿过泵(例如，下游出料部件128b)以产生高压RO渗透物156a。第二RO元件150b接收高压RO渗透物156a并产生第二RO浓缩物154b和第二RO渗透物156b。第二RO浓缩物154b主要是经过浓缩的一或多种不可渗透溶质、一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)和水。第二RO渗透物156b主要是溶剂(例如，水中的乙醇)中的一或多种可渗透溶质的混合物。第二RO渗透物流被引导到蒸馏柱(例如，蒸馏设备140)。蒸馏柱产生经过浓缩的乙醇(例如，蒸馏物流142)和非常稀释的乙醇流(例如，出料渗透物144)。稀释物流142可以被接通成与第二RO浓缩物154b组合以形成包括蒸馏物流142和RO浓缩物154b两者的前出料流。前出料流可以被接通成与第一RO浓缩物154a组合以形成出料流122。
在一些实施例中，可以使用多个RO元件回收出料溶液。例如，可以通过第一RO阶段和第二RO阶段回收出料溶液或出料流122。第一(回收)阶段和第二(回收)阶段的RO元件可以是相同的或可以是不同的，从而提供不同水平的溶质截留。在一个实例中，FO系统可以包含第一阶段中的半咸水RO元件和第二阶段中的海水RO元件。在一些实施例中，FO系统可以包含与第一RO元件和第二RO元件结合(例如，之前)的低截留RO元件。
图8是FO系统800的框图，所述FO系统用于使醇溶液脱水并被配置成通过多个逆向渗透操作回收出料溶液。用于使醇溶液脱水的FO系统800被配置成通过低截留RO元件150a、第一逆向RO元件150b和第二RO元件150c回收出料溶液。系统800包含进料流源114，所述进料流源被配置成将进料流112递送到FO元件110。FO元件包含第一侧115、第二侧125以及将第一侧115与第二侧125分离的FO膜130。进料流112在FO元件中浓缩以产生如本文所公开的经过浓缩的进料流116。系统800包含出料流源124，所述出料流源被配置成将出料流122提供到FO元件110中。随着出料流122行进穿过FO元件110，出料流122被稀释以形成经过稀释的出料流126。经过稀释的出料流126通过一或多个下游出料部件128引导穿过多个出料流再生设备。
经过稀释的出料流被引导穿过低截留RO元件150a。经过稀释的出料流126在低截留RO元件150a中处理以产生第一RO浓缩物154a，与经过稀释的出料流126相比，所述第一RO浓缩物具有更高浓度的不可渗透溶质；并且产生第一RO渗透物156a。第一RO浓缩物154a包含水、一或多种不可渗透溶质和至少一些可渗透溶质(例如，醇)。在一些实施例中，第一RO渗透物156a中醇的浓度可以与经过稀释的出料流126和第一RO浓缩物154a中醇的浓度类似。在一些实施例中，不可渗透溶质在第一RO浓缩物154a中的浓度可以比在经过稀释的出料流126中的浓度高。第一RO渗透物156a可以包含水、至少一些醇和至少一些一或多种不可渗透溶质。与经过稀释的出料流126相比，第一RO渗透物156a可以具有更低浓度的醇和/或一或多种不可渗透溶质。第一RO浓缩物154a被引导回出料流源124，并且第一RO渗透物通过一或多个下游出料部件128b(例如，一或多个导管和泵)引导到第二RO元件150b。
第一RO渗透物156a通过RO在第一RO元件150b中处理以产生第二RO浓缩物154b和第二RO渗透物156b。与第一RO渗透物156a相比，第二RO浓缩物154b可以具有更高浓度的不可渗透溶质。第二RO浓缩物通过一或多个导管、阀门、泵等引导到出料流源124。第二RO渗透物156b主要包含水、至少一些醇以及至少一些一或多种不可渗透溶质。与第一RO渗透物156a相比，第二RO渗透物156b可以具有更低浓度的醇和一或多种不可渗透溶质。第二RO渗透物156b通过一或多个下游出料部件128c(例如，一或多个导管、泵、阀门等)引导到第二RO元件150c。
第二RO渗透物156b通过RO在第二RO元件150c中处理以产生第三RO浓缩物154c和第三RO渗透物156c。与第二RO渗透物156b相比，第三RO浓缩物154c可以具有更高浓度的醇和/或不可渗透溶质。在一些实施例中，第三RO浓缩物154c包含一或多种经过浓缩的可渗透溶质，如醇(例如，乙醇)。第三RO浓缩物154c经由一或多个导管、阀门、泵等引导到出料流源124。第三RO渗透物156c主要包含水、至少一些醇以及至少一些一或多种不可渗透溶质中的一或多种。与第二RO渗透物156b相比，第三RO渗透物156c可以具有更低浓度的醇(和其它可渗透溶质)和一或多种不可渗透溶质。在一些实施例中，第三RO渗透物156c可以包含基本上纯的水。第三RO渗透物156c被引导到系统800外或可以通过另外的下游部件(未示出)进一步处理，所述另外的下游部件包含导管、泵压缩机、蒸馏设备、RO元件等。
第三RO浓缩物154c可以在出料流源124以及第一RO元件150b和第二RO元件150c的中间点处与第二RO浓缩物154b组合。经过组合的第二RO浓缩物154b和第三RO浓缩物154c可以与第一RO浓缩物154a组合以重新形成(例如，形成重构或再生)出料流122。经过组合的第二RO浓缩物154b和第三RO浓缩物154c可以在出料流源124和低截留RO元件150a的中间点处与第一RO浓缩物154a组合。
在一些实施例中，RO元件中的任何RO元件的顺序可以变化。例如，经过稀释的出料流126可以通过第一RO元件浓缩，之后通过低截留RO元件和第二RO元件浓缩。在一些实例中，低截留RO和逆向渗透可以以任何顺序进行。在一些实施例中，可以将本文中的系统布置成在回收一或多种另外的可渗透溶质或不可渗透溶质之前回收一或多种特定的不可渗透溶质或可渗透溶质。例如，可以将再生设备布置成在从其回收乙醇之前从经过稀释的出料流回收甘油。
在一些实例中，醇饮料进料溶液(例如，啤酒)可以由泵加压以形成低压进料流112(例如，在12gpm下约5％ABW)。FO元件110接收低压进料流112并分配经过浓缩的进料流116(例如，在2gpm下30％ABW)。出料溶液(例如，30％ABW)可以由泵加压以形成低压出料流122。出料溶液可以是水、乙醇和一或多种不可渗透溶质的混合物。FO元件110可以接收低压出料流122并分配经过稀释的出料流126。泵可以接收经过稀释的出料流126并产生高压经过稀释的出料流126(例如，约500psi到约1000psi)。低截留RO元件150a接收高压经过稀释的出料流126并分配第一RO浓缩物154a，所述第一RO浓缩物主要包含比经过稀释的出料流126中的浓度更高的一或多种不可渗透溶质、至少一些水，并且可以包含至少一些乙醇。低截留RO元件150a还分配第一RO渗透物156a，所述第一RO渗透物主要包含水、乙醇和一或多种不可渗透溶质，所述一或多种不可渗透溶质的浓度比经过稀释的出料流126和RO浓缩物154a中的一或多种不可渗透溶质的浓度低。
第一RO渗透物可以路由穿过泵以在第一RO渗透物156a中产生高压。第一RO元件150b(与低截留RO元件不同)接收高压第一RO渗透物156b并产生第二RO浓缩物154b和第二RO渗透物156b。第二RO浓缩物154b可以包含至少一些水、浓度比第一RO渗透物156a中的浓度高的一或多种不可渗透溶质以及至少一些乙醇。第二RO渗透物156b可以包含水中的浓度比第一RO渗透物156a中的浓度低的醇(例如，乙醇)的混合物。
第二RO渗透物156b可以路由穿过泵以在第二RO渗透物156b中产生高压(例如，800psi)。第二RO元件150c被配置成接收高压第二RO渗透物156b并产生第三RO渗透物156c和第三RO浓缩物154c。第三RO渗透物156c可以包含水中的高度稀释的乙醇。第三RO浓缩物154c可以包含水中的浓度比第二RO渗透物156b中的浓度高的经过浓缩的乙醇(和/或不可渗透溶质)。第三RO浓缩物154c可以被接通成与第二RO浓缩物154b组合以形成前出料流。前出料流可以被接通成与第一RO浓缩物154a组合以再次形成出料流122。可以添加另外的RO阶段以根据需要增加乙醇(其它可渗透溶质或不可渗透溶质)的回收总数。
在一些实施例中，一或多种可渗透溶质和一或多种基本上不可渗透的溶质可以分别从系统中经过稀释的出料溶液中回收或再生(例如，主要回收的可渗透溶质是特定种类的溶质)。例如，第一可渗透溶质可以在第一回收设备(或其阵列)中回收，并且至少第二不可渗透溶质可以通过至少一个第二回收设备(或其阵列)回收。在分别回收可渗透溶质后，第一溶质和第二溶质中的至少一些溶质可以混合或重新组合以形成回收/再生出料溶液。
图9是用于通过多个逆向渗透操作使溶液脱水并回收出料溶液的FO系统900的框图。系统900包含RO元件第一阵列和RO元件第二阵列，所述RO元件第一阵列被布置成从经过稀释的出料溶液回收第一不可渗透溶质(例如，甘油)，所述RO元件第二阵列被布置成从经过稀释的出料溶液回收第一可渗透溶质(例如，乙醇)。RO元件的阵列可以被布置成并联、串联或其任何一或多种组合。
系统900包含如本文所公开的FO元件110。如在逆流操作中所示出的，进料流112和出料流122被进料到FO元件110。出料流122包含比进料流112和/或经过浓缩的进料流116浓度更高的一或多种可渗透溶质，并且可以包含另外的不可渗透溶质(如溶液中，其中可渗透溶质和不可渗透溶质合计在出料流中共同提供比进料流中的一或多种溶质的渗透压更大的渗透压)。FO元件110输出经过浓缩的出料流116，与进料流112相比，所述经过浓缩的出料流具有更高浓度的一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)。FO元件110还输出经过稀释的出料流126，由于至少一些溶剂(例如，水)穿过FO膜，与出料流122相比，所述经过稀释的出料流具有更低浓度的至少一种种类的一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)和至少一种种类的一或多种不可渗透溶质(例如，甘油)。出料流中可渗透溶质和不可渗透溶质的总量可以保持基本上不变(忽略一些可忽略量的损益)，而由于通过穿过FO膜的溶剂(水)进行稀释，所述可渗透溶质和所述不可渗透溶质各自的一或多个浓度降低。经过稀释的出料流126可以被引导到一或多个出料溶液再生设备，所述一或多个出料溶液再生设备各自被配置成从经过稀释的出料流126中再生(例如，浓缩或回收)至少一种出料溶质。一或多个出料溶液再生设备可以包含RO元件、蒸馏设备或本文所公开的其它再生设备中的任何元件或设备。
一或多个出料溶液再生设备可以包含第一多个RO元件150a-150c和至少第二多个RO元件150d-150h。第一多个RO元件可以主要从经过稀释的出料流126中分离如甘油等第一溶质(例如，不可渗透溶质)(例如，选择性地分离一或多种主要种类，同时另外分离少量的另外种类)，并且至少第二多个RO元件150d-150h可以主要从经过稀释的出料流126中至少分离如乙醇等第二溶质(例如，可渗透溶质)。随着经过稀释的出料溶液(有待再生)穿过RO元件的阵列(例如，系列)，其中的一或多种溶质可以稳定地浓缩，直到达到期望的浓度。
在一些实例中，第一RO元件150a可以流体地耦接到FO元件110。第一RO元件150a可以接收经过稀释的出料流126并输出RO浓缩物154a和RO渗透物156a(例如，以流或批的形式)。第一RO浓缩物154a可以包含至少第一不可渗透溶质(例如，多种不可渗透溶质)和第一可渗透溶质以及水的混合物，与经过稀释的出料流126相比，所述混合物具有较高浓度的至少第一不可渗透溶质和/或其它不可渗透溶质。第一RO渗透物156a中的第一不可渗透溶质的浓度可以比经过稀释的出料流126和/或第一RO浓缩物154a中的浓度低。第一RO浓缩物154a可以被引导到第二RO元件150b，并且第一RO渗透物可以被引导到第三RO元件150c。
第二RO元件150b流体地耦接到第一RO元件150a。第一RO浓缩物154a由第二RO元件150b接收，并且至少部分地在其中分离(例如，过滤)。第二RO元件150b输出第二RO浓缩物154b和第二RO渗透物156b。第二RO浓缩物154b可以包含至少第一不可渗透溶质(例如，多种不可渗透溶质)和第一可渗透溶质(例如，醇)以及水的混合物，与经过稀释的出料流126和第一RO浓缩物154a相比，所述混合物具有更高浓度的至少第一不可渗透溶质和/或其它不可渗透溶质以及醇。第二RO渗透物156b中的第一不可渗透溶质的浓度可以比经过稀释的出料流126、第一RO浓缩物154a和/或第二RO浓缩物154b中的一或多种的浓度低。第二RO浓缩物154b可以包含比系统900中的其它RO浓缩物中的任何RO浓缩物中的量更大的第一不可渗透溶质(例如，甘油)。第二RO渗透物154b可以被引导回FO元件110(或第二RO元件150b和FO元件110中间的下游设备)，并且第二RO渗透物可以被引导回第一RO元件150a(例如，再循环通过其)。第二RO渗透物154b可以在到FO元件110中间的点C处与一或多种另外的溶液组合(例如，另外的浓缩物流)。
在系统900的一些实例中，第二RO元件150b可以是低截留RO膜，所述低截留RO膜可以在比标准RO膜(例如，渗透性弱的膜，其截留率比低截留RO膜的截留率高)的渗透压更高的渗透压下操作。低截留RO膜可以在高压力下操作，这可以以比标准RO系统更高的速率在其中浓缩溶液中的一或多种不可渗透溶质(例如，甘油)。在一些实例中，第二RO元件150b可以包含多个RO元件(例如，串联和/或并联布置的RO元件阵列)，并且RO浓缩物154a可以循环通过多个RO元件中的每个RO元件，从而在每次连续的RO操作中逐渐地浓缩其中的至少第一不可渗透溶质。在这种实例中，在第二RO元件150b的位置上的多个RO元件可以包含至少2个RO元件，如20到100个、2到50个、5到40个、10到30个、2到20个、15到25个、30到50个、2到10个、3到8个、2到5个、3到6个、或5到10个、多于10个、多于20个、多于30个、少于50个、少于40个、少于30个、少于20个或少于10个RO元件。
在一些实例中，系统900包含用于从经过稀释的出料流中进一步除去至少第一不可渗透溶质的另外的第三RO元件150c(因为这是在至少两次RO操作后发现的)。在这种实例中，第三RO元件150c可以确保从处理中溶液(例如，正在处理以回收另外的不同溶质的溶液)中分离或回收不期望的不可渗透溶质或可渗透溶质中的一或多种(例如，干扰其它溶质的进一步再生或回收的不可渗透溶质或可渗透溶质的种类)的至少大部分，使得进行出料溶液的进一步再生/回收而不受其干扰。第三RO元件150c流体地耦接到第二RO元件150b并接收在其中至少部分地分离的第二RO渗透物156b。第三RO元件150c输出第三RO浓缩物154c和第三RO渗透物156c。第三RO浓缩物154c可以包含至少第一不可渗透溶质(例如，多种不可渗透溶质)和水的混合物，与经过稀释的出料流126、经过稀释的出料流126或第一RO渗透物156a相比，所述混合物具有更高浓度的至少第一不可渗透溶质(例如，甘油)和/或可渗透溶质。在一些实例中，第三RO浓缩物154c可以包含至少第一可渗透溶质和水的混合物，所述混合物的浓度与经过稀释的出料流126和第二RO渗透物156b的浓度类似。第三RO元件150c和操作可以基本上确保当第三RO渗透物156c进一步经受至少第一可渗透溶质(例如，乙醇)的回收时基本上不存在不期望的不可渗透溶质。第三RO浓缩物154c可以被引导回第一RO元件150a以在其中进一步回收溶质(例如，再循环通过其)。第三RO浓缩物154c可以与经过稀释的出料流126在点A处(例如，阀门、管道、罐等中的一或多个)组合，并且在进入第一RO元件150a之前，组合的经过稀释的出料流126和第三RO浓缩物154c可以进一步与第二RO渗透物156b在点B处(例如，阀门、管道、罐等中的一或多个)组合。
第三RO渗透物156c中的第一不可渗透溶质的浓度可以比经过稀释的出料流126、第一RO浓缩物154a和/或第二RO浓缩物154b中的一或多种的浓度低，如可忽略量(例如，不干扰进一步回收/再生操作的量)的第一不可渗透溶质。例如，第三RO渗透物156c可以包含小于约2wt％的第一不可渗透溶质，如约0.1wt％到约2wt％的第一不可渗透溶质、或大于0wt％到约1wt％的第一不可渗透溶质。贯穿RO元件150a-150c，至少第一可渗透溶质(例如，乙醇)的浓度可以是基本上恒定的。在一些实例中，一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)的浓度可以保持稳定，如在每个RO元件或操作之间改变小于5wt％，如在RO元件150a-150c中的至少两个之间改变小于约3wt％、小于约2wt％或约1wt％到3wt％。
第三RO渗透物156c可以被引导穿过第二组出料流再生设备。第二组出料流再生设备中的每个出料流再生设备可以从其中回收(例如，浓缩)至少第一可渗透溶质(例如，乙醇)(例如，再生出料溶液的至少一部分)。例如，第三RO渗透物156c可以被引导到第四RO元件150d，一或多种可渗透溶质在所述第四RO元件中回收。第四RO元件150d可以流体地耦接到第三RO元件150c。
第四RO元件150d输出第四RO浓缩物154d和第四RO渗透物156d。第四RO浓缩物154d可以包含至少第一可渗透溶质(例如，还可以包含残余量的一或多种不可渗透溶质的多种可渗透溶质)和水的混合物，与经过稀释的出料流126和第三RO渗透物156c相比，所述混合物具有更高浓度的至少第一可渗透溶质和/或其它可渗透溶质。第四RO渗透物156d中的第一可渗透溶质(例如，乙醇)的浓度可以比第四RO浓缩物154d或第三RO渗透物156c中的浓度低。第三RO渗透物156c中的第一不可渗透溶质(例如，甘油)的实质性缺乏可以允许用于至少第一可渗透溶质的更直接的回收过程(例如，在缺乏出料溶液和进料溶液的情况下第一可渗透溶质与RO膜和/或化学组分之间的不期望的化学相互作用)。第四RO浓缩物154d可以包含比第三RO渗透物156c中的量更大的至少第一可渗透溶质。第四RO浓缩物154d可以被引导到第五RO元件150e，并且第四RO渗透物156d可以被引导到第七RO元件150g。
第五RO元件150e可以流体地耦接到第四RO元件150d，并且可以接收RO浓缩物154d并至少部分地分离其中的组分中的至少一些组分。第五RO元件150e输出第五RO浓缩物154e和第五RO渗透物156e。第五RO浓缩物154e可以包含至少第一可渗透溶质(例如，可以包含残余量的第一不可渗透溶质的多种可渗透溶质)和水的混合物，与经过稀释的出料流126、第四RO浓缩物154d和第四RO渗透物156d相比，所述混合物具有更高浓度的至少第一可渗透溶质和/或其它可渗透溶质。第五RO渗透物156e中的第一可渗透溶质(例如，乙醇)的浓度可以比第五RO浓缩物154e或第四RO浓缩物154d中的浓度低。第五RO浓缩物154e可以被引导到第六RO元件150f，并且第五RO渗透物156e可以被引导回第四RO元件150d。
在一些实例中，第五RO元件150e可以包含多个RO元件(例如，并联和/或串联布置的至少两个RO元件)，在至少第一可渗透溶质(例如，乙醇)到达第六RO元件150f之前，所述多个RO元件用于将其逐渐地浓缩到期望的浓度。在这种实例中，在第五RO元件150d的位置上的多个RO元件可以包含至少2个RO元件，如2到100个、2到50个、5到40个、10到30个、2到20个、15到35个、20到40个、30到50个、35到45个、2到10个、3到8个、2到5个、3到6个、或5到10个、多于10个、多于20个、多于30个、少于50个、少于40个、少于30个、少于20个或少于10个RO元件。
第五RO元件150e的输出流体地耦接到至少第六RO元件150f和第四RO元件150d(例如，第五RO元件150e的至少第二侧流体地耦接以进料第四RO元件150d的第一侧，从而使第五RO渗透物156e再循环通过第四RO元件150d)。在第四RO元件150d之前，第五RO渗透物156e可以与至少第三RO渗透物156c在点D处组合。
第五RO浓缩物154e由第六RO元件150f接收并至少部分地分离。第六RO元件150f输出第六RO浓缩物154f和第六RO渗透物156f。第六RO浓缩物154f可以包含至少第一可渗透溶质(例如，可以包含残余量的第一不可渗透溶质的多种可渗透溶质)和水的混合物，与经过稀释的出料流126、第五RO浓缩物154e、第五RO渗透物156e和第六RO渗透物156f相比，所述混合物具有更高浓度的至少第一可渗透溶质和/或其它可渗透溶质。第六RO浓缩物154f可以包含比系统900中的任何其它浓缩物或渗透物中的浓度更大的至少第一可渗透溶质。第六RO渗透物156f中的第一可渗透溶质(例如，乙醇)的浓度可以比第六RO浓缩物154f或第五RO浓缩物154e中的浓度低。第六RO浓缩物154f可以被引导回FO元件110以至少部分地重构出料流122，并且第六RO渗透物156f可以被引导回第五RO元件150e(例如，用于进一步RO操作)。
在FO元件110之前，系统900中具有最高浓度的至少第一可渗透溶质(例如，乙醇)的第六RO浓缩物154f可以与系统中900具有最高浓度的至少第一不可渗透溶质(例如，甘油)的第三RO浓缩物154c在点C处组合。两种RO浓缩物154c和154f的组合可以至少部分地重构(例如，再生)出料流122，使得其中的一或多种溶质的一或多个浓度(例如，可渗透溶质和不可渗透溶质)与FO处理之前出料流122中的一或多个浓度相近或类似。
第六RO渗透物156f被引导回第五RO元件150e的第一侧，所述第六RO渗透物在所述第一侧上经受另外的一或多个RO操作以进一步从其中除去第一可渗透溶质。在第五RO元件150e之前，第六RO渗透物156f可以与第四RO浓缩物154d在点E处组合。
返回第四RO渗透物156d流，第四RO元件150d的第二侧的输出流体地耦接到第七RO元件的第一侧。第四RO渗透物156d进入第七RO元件150g，其中的一或多种组分在所述第七RO元件中分离。第七RO元件150g输出第七RO浓缩物154g和第七RO渗透物156g。第七RO浓缩物154g可以包含至少第一可渗透溶质和水的混合物，与第八RO浓缩物154h和第八RO渗透物156h相比，所述混合物具有更高浓度的至少第一可渗透溶质和/或其它可渗透溶质(并且在一些实例中，所述浓度可以基本上等于(例如，在约1-2％ABW内)第四RO渗透物156d中的浓度)。第七RO渗透物156g中的第一可渗透溶质(例如，乙醇)的浓度可以比第四RO渗透物156d和/或第七RO浓缩物154g中的浓度低。
第七RO浓缩物154g可以被引导回第四RO元件150d以进行进一步RO操作，并且第七RO渗透物156g可以被引导到第八RO元件150g。第七RO浓缩物154g可以与第三RO渗透物156c和第五RO渗透物156e中的一或多个在点D处组合。第七RO渗透物被引导到第八RO元件150h。
在一些实例中，第七RO元件150g可以包含多个RO元件(例如，串联和/或并联布置的至少两个RO元件)，在至少第一可渗透溶质再循环回第四RO元件150d之前，所述多个RO元件用于将其逐渐地浓缩到期望浓度。在这种实例中，在第七RO元件150g的位置上的多个RO元件可以包含至少2个RO元件，如2到100个、2到50个、5到40个、10到30个、2到10个、3到8个、2到5个、3到6个、或5到10个、多于10个、多于20个、多于30个、少于50个或少于10个RO元件。
第七RO浓缩物154g可以被引导回第四RO元件150d以进行进一步RO操作，并且第七RO渗透物156g可以被引导到第八RO元件150g。第七RO浓缩物154g可以与第三RO渗透物156c和第五RO渗透物156e中的一或多个在点D处组合。第七RO渗透物在第八RO元件150h处接收，其中的一或多种组分至少部分地在所述第八RO元件中分离。
第八RO元件150h输出第八RO浓缩物154h和第八RO渗透物156h。第八RO浓缩物154h可以包含至少第一可渗透溶质和水的混合物，与第八RO渗透物156h相比，所述混合物具有更高浓度的至少第一可渗透溶质和/或其它可渗透溶质。第八RO渗透物156g中的第一可渗透溶质(例如，乙醇)的浓度可以比第七RO渗透物156g和/或第八RO浓缩物154h中的浓度低。在实例中，第八RO渗透物156h可以包含系统900中最低浓度的第一不可渗透溶质和至少第一可渗透溶质中的一者或两者。例如，第八RO渗透物可以不含(除了少于约1wt％的残余量之外)第一不可渗透溶质和至少第一可渗透溶质中的一者或两者。因此，从进入第二组再生设备的第三RO渗透物156c(来源于经过稀释的出料流126)中除去基本上全部第一RO渗透物。
第八RO浓缩物154h可以被引导回第七RO元件150g以进行另外的一或多个RO操作。在第七RO元件150g之前，第八RO浓缩物154h可以与第四RO渗透物156d在点F处组合。在第八RO渗透物156h离开第八RO元件150h时，可以从系统900中除去所述第八RO渗透物。例如，第八RO渗透物156h可以被引导到系统900外部的罐、管道、污水库或另外的水处理设备。
点A、B、C、D、E、F可以包含一或多个管道、一或多个阀门、一或多个罐、一或多个混合容器或设备、一或多个泵或其它被配置成混合、控制移动和/或其中含有液体的设备中的一或多个。虽然点A、B、C、D、E、F被描述为系统900中的位置，但是点A、B、C、D、E、F可以指示组合在此处汇聚的流的操作。
系统900中的RO元件中的任何RO元件可以包含本文所公开的RO膜中的任何RO膜，如标准RO膜或低截留RO膜。因此，系统900中的RO元件中的任何RO元件可以在本文所公开的压力中的任何压力下操作。上文所公开的操作和再生设备可以以不同顺序执行，如在回收第一不可渗透溶质前回收第一可渗透溶质。在一些实施例中，系统可以包含用于回收第一可渗透浓缩物(或不可渗透浓缩物)的至少第一组出料再生设备和用于回收第二可渗透浓缩物(或不可渗透浓缩物)的第二组出料再生设备。可以使用本文所公开的技术和系统以任何顺序执行一或多种可渗透浓缩物或不可渗透浓缩物的出料回收。
在一些实例中，系统900可以使进料流112脱水，所述进料流的体积为约900升并且乙醇含量为约7％ABW。可以使用出料流122使进料流在FO元件110中脱水，所述出料流的体积为约685升，乙醇浓度(例如，第一可渗透溶质)为约27.4％ABW，并且甘油浓度(例如，第一不可渗透溶质)为约10wt％。所产生的经过浓缩的进料流116包含约335升的体积和约18.8％ABW的乙醇含量。所产生的经过稀释的出料流126可以包含约1250升的体积、约5.5wt％的甘油浓度和约15wt％的乙醇浓度。
经过稀释的出料流126在第一RO元件150a之前与第三RO渗透物156c和第二RO渗透物156b组合。流入第一RO元件150a中的组合的经过稀释的出料流包含约2145升的体积，其乙醇浓度为约17％ABW并且甘油浓度为约5wt％。第一RO元件150a输出第一RO浓缩物154a，所述第一RO浓缩物的体积为约750升，乙醇浓度为约19％ABW，并且甘油含量为约12wt％。第一RO元件150a输出第一RO渗透物156a，所述第一RO渗透物的体积为约1395升，乙醇含量为约16％ABW，并且甘油含量为约2wt％。在一些实例中，第一RO元件150a可以包含RO元件的阵列，如至少2个RO元件、约2个到约40个RO元件或约2个到5个RO元件。
第一RO浓缩物154a被引导到第二RO元件150b，浓缩物在所述第二RO元件中进一步处理，并且第一RO渗透物156a被引导到第三RO元件150c以进行进一步处理。第二RO元件150b被配置成低截留RO元件(例如，在高压(如800psi)下可操作)。第二RO元件150b输出第二RO浓缩物154b，所述第二RO浓缩物的体积为约345升，乙醇浓度为约19％ABW，并且甘油浓度为约19wt％。第二RO浓缩物154b被引导回FO元件110。第二RO元件150b输出第二RO渗透物156b，所述第二RO渗透物的体积为约405升，乙醇浓度为约19％ABW，并且甘油含量为约5wt％。第二RO渗透物156b被引导回第一RO元件150a，所述第二RO渗透物与经过稀释的出料流126和第三RO浓缩物154c在所述第一RO元件中组合以进行进一步RO处理。
第一RO渗透物156a被接收在第三RO元件150c中并被分离成第三RO浓缩物154c和第三RO渗透物156c。第三RO浓缩物154c包含约905升的体积、约19％ABW的乙醇浓度和约4wt％的甘油浓度。第三RO浓缩物与经过稀释的出料流126和第二RO渗透物156b在点A处组合。第三RO渗透物包含约905升的体积、约19％ABW的乙醇浓度和约3wt％或更低(例如，低于约1wt％)的甘油浓度。在处理时，大部分甘油从经过稀释的出料流126(如穿过RO元件150a-150c处理)中除去，可以通过RO进一步处理所述经过稀释的出料流以回收(例如，浓缩)其中的乙醇。
在进入第四RO元件150d之前，第三RO渗透物156c与第七RO浓缩物154g和第五RO渗透物在点D处组合以形成组合溶液。组合溶液包含约3110升的体积和约14％ABW的乙醇浓度(其中具有可忽略量的甘油)。在第四RO元件150d中，组合溶液被分离成第四RO浓缩物154d和第四RO渗透物156d。第四RO浓缩物154d的体积为约1385升并且乙醇含量为约20％ABW。第四RO浓缩物154d被引导到第五RO元件150e，其中在到达第五RO元件150e之前，所述第四RO浓缩物与第六RO渗透物156f组合。第四RO渗透物156d的体积为约1725升并且乙醇含量为约10％ABW。第四RO渗透物156d被引导到第七RO元件150g，在到达第八RO元件150h之前，所述第四RO渗透物与第八RO浓缩物154h组合。
第四RO浓缩物154d和第六RO渗透物156f的组合的溶液的体积为约1720升并且乙醇含量为约19％ABW。在第五RO元件150e中，溶液被分离成第五RO浓缩物154e和第五RO渗透物156e，所述第五RO浓缩物的体积为约675升并且乙醇浓度为约32％ABW，所述第五RO渗透物的体积为约1045升并且乙醇浓度为约15％ABW。第五RO浓缩物154e被引导到第六RO元件150f，并且第五RO渗透物156e被引导到第四RO元件150d以与如上文所描述的另外的流组合。在一些实例中，第五RO元件150e可以包含RO元件的阵列，如约2个到7个RO元件。
第六RO元件150f接收第五RO浓缩物154e并且将其分离成第六RO浓缩物154f和第六RO渗透物156f。第六RO浓缩物154f的体积为约335升并且乙醇浓度为约37％ABW。此时，乙醇浓度可能在系统中达到了其最高点。第六RO渗透物156f包含约335升的体积和约27％ABW的乙醇浓度。第六RO浓缩物154f被引导回FO元件110，其中在FO元件110之前，所述第六RO浓缩物与第二RO浓缩物154b在点C处组合以至少部分地重新形成出料流122。第六RO渗透物156f被引导回第五RO元件150e，其中在第五RO元件150d之前，所述第六RO渗透物与第四RO浓缩物154d组合。
返回第四RO渗透物156d，体积为约2190升并且乙醇浓度为约8％ABW的第八RO浓缩物154h和第四RO渗透物156d的组合在第七RO元件150g中分离。第七RO元件150g输出第七RO浓缩物154g和第七RO渗透物156g。第七RO浓缩物154g包含约845升的体积和约9％ABW的乙醇浓度。第七RO渗透物156g包含约1035升的体积和约3％ABW的乙醇浓度。在一些实例中，第七RO元件150g可以包含RO元件的阵列，如约2个到7个RO元件(例如，串联，每个元件产生逐渐更浓缩的RO浓缩物和逐渐更稀释的渗透物；和/或并联，每个元件产生类似地浓缩的RO浓缩物和经过稀释的渗透物)。第七RO浓缩物154g被引导到如上文所公开的第四RO元件150d，并且第七RO渗透物被引导到第八RO元件150h。
第八RO元件150h将第七RO渗透物156g分离成第八RO浓缩物154h和第八RO渗透物156h。第八RO浓缩物包含约465升的体积和约6％ABW的乙醇浓度。第八RO浓缩物154h被引导回第七RO元件150g以进行进一步处理。第八RO渗透物包含约560升的体积和小于约1％ABW(约0.6％ABW)的乙醇浓度。第八RO渗透物156h基本上不含来自出料流122的甘油和乙醇两者。因此，基本上所有乙醇和甘油再循环到出料流122，从而减少材料成本。第八RO渗透物156h可以从系统900中除去。
虽然在上述实例中，乙醇和甘油分别用作第一可渗透溶质和第一不可渗透溶质，但是应理解的是，本文所公开的其它可渗透溶质和/或不可渗透溶质中的任何溶质可以可替代地或在乙醇或甘油之外另外使用，但不限于此。
上述实例中公开的体积和浓度仅仅是一些实例，还考虑了更大或更小的体积和/或浓度的变化。体积和浓度可以根据可渗透溶质和/或不可渗透溶质的种类、可渗透溶质和/或不可渗透溶质的期望的最终浓度、RO元件的数量等变化。可以根据需要缩放或调整体积。例如，上文提到的体积可以增加或减少约0.1倍或更多倍，如约0.1到约1000、约1到约100、约5到约50、约10到约25、约1到约10、约3到约15或少于约20。
上述实例可以包含用于从经过稀释的出料溶液中除去或浓缩一或多种可渗透溶质的一或多个蒸馏设备、更多RO元件、更少RO元件、前述设备或元件中的任何设备或元件的一或多个组或组合、或前述设备或元件中的任何设备或元件的组合。在一些实施例中，RO元件包含RO膜阵列，所述RO膜阵列可以并联或串联布置或以并联和串联的任何组合的形式布置。
在实施例中，系统900中的RO元件中的至少一些RO元件可以由一或多个蒸馏设备替换。例如，RO元件150d-150h可以由至少一个蒸馏设备(例如，并联和/或串联接通的蒸馏设备阵列)替换，所述至少一个蒸馏设备被配置成分离经过稀释的出料流126或其衍生物(如第三RO渗透物156c)中的一或多种组分。在这种实施例中，至少一个蒸馏设备可以可操作地耦接到第三RO元件150c并从其接收第三RO渗透物。蒸馏设备可以将第三RO渗透物156c分离成一或多种蒸馏物和一或多种渗透物(例如，釜底物或蒸馏物的源液体)。蒸馏物可以包含乙醇或任何其它可渗透溶质，并且渗透物可以包含水。蒸馏物(例如，乙醇)可以可操作地耦接到出料流供应以至少部分地再生出料流122。例如，来自至少一个蒸馏设备的乙醇蒸馏物可以与第二RO浓缩物154b组合以至少部分地再生出料流122。渗透物可以被引导到一或多个下游设备，如废水供应。这种实施例可以用于浓缩如醇饮料等醇溶液，并且由经过稀释的出料流向后再生出料流，直至醇浓度高于进料流的醇浓度。
图9的框图在上文中被描述为系统并且可以被视为示范性方法的框图。这种方法可以以如上文所描述的连续系列的操作或以分批的方式实现(例如，每个FO或RO元件操作被分别执行)。
本文所公开的系统中的任何系统可以被配置成逆流系统或并流系统。本文所公开的系统可以用于使含有一或多种可渗透溶质和/或不可渗透溶质(如醇饮料)的溶液脱水。溶液可以通过下文公开的一或多种技术进行浓缩。
图10是用于使溶液脱水的方法1000的流程图。方法1000包含将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中的动作1010；使其中具有一或多种可渗透溶质的出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧的动作1020，所述出料溶液的可渗透溶质浓度大于或等于进料溶液中的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度；在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作1030，所述经过稀释的出料溶液的水浓度高于出料溶液的水浓度；从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流的动作1040，所述经过浓缩的进料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度大于或等于进料溶液中的至少一种种类的至少一种可渗透溶质的浓度。
将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中的动作1010可以包含将其中至少具有醇的溶液引入到正向渗透系统中。进料溶液可以包含含有溶液的醇或含有醇的饮料，如麦芽饮料、啤酒、葡萄酒、蒸馏酒或烈酒等；风味萃取物；染料萃取物或发酵液(例如，用于乙醇生产)。进料溶液可以包含其中的一或多种可渗透溶质(甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、锂、质子、pH、乳酸、乙酸、柠檬酸、硼和硼氧化物、氢氧化物、氨等)，以及任选地一或多种不可渗透溶质，如糖(例如，葡萄糖、果糖、甘油等)、VOC、溶解盐(例如，如氯化钠等无机盐)、蛋白质(例如，增强风味或颜色的蛋白质)。在一些实施例中，一或多种不可渗透溶质可以包含一或多种糖醇或其溶解衍生物，如山梨醇、甘露醇、麦芽糖醇、甘油、赤藓糖醇等、或氢化淀粉水解物。进料溶液可以具有有效地在其中产生第一渗透压的一或多种可渗透溶质(和/或不渗透溶质)的第一浓度。
虽然在一些实例中，醇被分别描述为进料溶液的组分，但应理解的是，醇是ABW小于50％的含醇溶液(例如，饮料)的可渗透溶质，并且出于本文中的目的，醇可以是ABW大于50％的溶液(例如，包含少于50wt％的水)的可渗透溶质。在一些实施例中，在一或多个FO元件中处理之前，进料溶液可以包含至少约1％ABW的醇(例如，乙醇)含量，如约1％ABW到约50％ABW、约1％ABW到约10ABW、约1％ABW到约5ABW、约3％ABW到约10ABW、约5％ABW到约15ABW、约10％ABW到约20ABW、约15％ABW到约30ABW、约25％ABW到约40ABW或小于约50％ABW。在一些实施例中，在一或多个FO元件中处理之前，进料溶液可以包含约1wt％(例如，按重量计的溶质)或更多的一或多种可渗透(和/或不可渗透)溶质的含量或浓度(醇除外)，如约1wt％到约50wt％、约5wt％到约40wt％、约10wt％到约35wt％、约15wt％到约30wt％、约5wt％到约20wt％、小于约30wt％、小于约40wt％、约1wt％到约20wt％、约20wt％到约40wt％或小于约50wt％。多种溶质溶液(例如，含有一或多种可渗透溶质和/或一或多种不可渗透溶质的溶液)可以单独地或共同地包括上文提到的wt％范围的任何部分。
将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可以包含将含有醇的溶液引入到本文所公开的FO系统或其部件中的任何FO系统或部件。例如，将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可以包含使用至少一个FO元件，所述至少一个FO元件包含具有聚酰胺支撑的用于将第一侧与第二侧分离的至少一个FO膜。将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可以包含使用泵、导管或阀门中的一或多个。将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可以包含以特定速率引入醇溶液，如约1gpm或更多、或1gpm到约30gpm、约3gpm到约20gpm、约5gpm到约15gpm或小于约50gpm。将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可以包含以特定压力将醇溶液引入其中，如约1psi或更高、约1psi到约100psi、约5psi到约50psi、约10psi到约20psi、约5psi到约10psi、约1psi到约50psi、约1psi到约5psi、约1psi到约10psi、约1psi到约15psi、约10psi到约20psi、约15psi到约50psi、小于约50psi或小于约10psi。压力可以由一或多个泵供应或调节。
将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可以包含使进料溶液循环穿过FO元件一次、多于一次或穿过多于一个FO元件(例如，并联和/或串联的多个FO元件)。
使其中具有一或多种可渗透溶质的出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧的动作1020(所述出料溶液的可渗透溶质浓度大于或等于进料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含使出料溶液循环，所述出料溶液被配置成允许/引起选择性地除去进料溶液的一或多种组分。例如，出料溶液可以包含其中的至少一种可渗透溶质(例如，甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、锂、质子、pH、乳酸、乙酸、柠檬酸、硼和硼氧化物、氢氧化物、氨等)，所述至少一种可渗透溶质的量使得FO膜的第一侧与第二侧之间关于进料溶液中的可渗透溶质的浓度差至少部分地阻止至少一种可渗透溶质穿过FO膜。如果进料溶液中的可渗透溶质的浓度与出料溶液中的同一溶质(和/或包含一或多种可渗透溶质和/或一或多种不可渗透溶质的溶质的组合)的浓度相同，并且水不从进料流转移到出料流(例如，小于约0.1LMH的水通量)，那么可渗透溶质的渗透将减少。如果出料流中的可渗透溶质(和/或包含一或多种可渗透溶质和/或一或多种不可渗透溶质的溶质的组合)的浓度小于进料流中的可渗透溶质的浓度，那么可渗透溶质将从进料流转移到出料流。如果进料溶液中的可渗透溶质的浓度小于出料溶液中的可渗透溶质的浓度，那么可渗透溶质将从出料流转移到进料流。在一些实施例中，可以使出料溶液循环穿过第二侧，所述出料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质(和/或不可渗透溶质或其组合)的可渗透溶质含量(和/或不可渗透溶质含量或其组合)比进料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的可渗透溶质含量高。一或多种可渗透溶质(和/或包含一或多种可渗透溶质和/或一或多种不可渗透溶质的溶质的组合)在出料流中的浓度可以用于控制渗透率并且从而控制进料流浓缩物中可渗透溶质的浓度。在一些实例中，水从进料流转移到出料流(约1LMH或更大)将降低膜表面处的可渗透溶质的浓度，因此可以使用过量的可渗透溶质(和/或不可渗透溶质)(例如，出料流中至少约5％ABW或更多的可渗透溶质)。在一些实例中，一或多种可渗透溶质可以与水氢键合，并且渗透可能与水转移相关，因此可以使用另外的过量的一或多种可渗透溶质(和/或不可渗透溶质)(例如，至少约10％)。通过使进料流/溶液脱水并测量进料流浓缩物中可渗透溶质的浓度作为出料流中可渗透溶质浓度的函数，可以通过实验确定出料流/溶液中过量的一或多种可渗透溶质的量。可渗透溶质的转移率可能取决于以下中的一或多种：一或多种可渗透溶质的化学种类、温度、水通量、膜材料与特性、膜表面的湍流和混合、压力、流速和其它种类(反离子和共溶剂)的浓度。例如，在维持出料流可渗透溶质浓度的同时增加关于渗透物流流速的出料流流速将减少对出料流的稀释并增加可渗透溶质从进料流到出料流的净转移。
在一些实施例中，出料溶液可以包含进料溶液中至少相同浓度或超量的一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)。例如，出料溶液(在循环通过FO元件之前或之后)可以包含与进料溶液的醇含量至少相等的醇含量，如比进料溶液多至少1％ABW、多至少约5％ABW、多至少约10％ABW、多至少约15％ABW、多约1％ABW到约45％ABW、多约5％ABW到约35％ABW、多约10％ABW到约20％ABW、多约1％ABW到约20％ABW、多约5％ABW到约25％ABW或比进料溶液多约不到40％ABW。应当理解的是，％ABW与wt％相当并且可以互换地使用。在一些实施例中，使出料溶液循环可以包含使用其中具有一或多种可渗透溶质的含量的出料溶液，所述一或多种可渗透溶质的含量被配置成维持进料溶液(流)中一或多种可渗透溶质的含量。在一些实施例中，使出料溶液循环可以包含使用出料溶液，所述出料溶液具有除醇之外一或多种可渗透溶质(例如，种类和数量)和/或不可渗透溶质含量，所述可渗透溶质和/或不可渗透溶质含量被配置成维持进料溶液中的一或多种可渗透溶质的含量(例如，种类和数量)。例如，出料溶液可以包含比进料溶液多约10wt％的乙二醇，并且在FO期间，至少部分由于出料流中超量的乙二醇引起的渗透压(来自化学势)，使出料溶液中的乙二醇保留在其中。在一些实施例中，出料流具有较低量的一或多种可渗透溶质和/或不可渗透溶质，从而使进料溶液中的一或多种可渗透溶质穿过FO膜进入出料溶液中。
在一些实施例中，除了醇外，至少又一种可渗透溶质或不可渗透溶质可以添加到或存在于出料溶液(例如，出料流)中以生成另外的渗透压和驱动力，从而使进料溶液(例如，进料流)脱水到期望的浓度。可以使用至少一种化合物实施一或多种不可渗透溶质，所述化合物可以是可溶于水的食品安全添加剂、能够用选定的通量(例如，至少约1升/m2/h(LMH))生成充分的渗透压、受到FO、RO或NF膜很好地截留(非可渗透或基本上不可渗透)，以减少进入进料和NF或RO渗透物或其组合中的出料损失。至少又一种不可渗透溶质可以包含一或多种无机盐，例如，氯化钠、氯化镁、硫酸镁。至少又一种不可渗透溶质可以包含一或多种糖醇，例如，山梨醇、甘露醇、麦芽醇、甘油、赤藓糖醇等。在一些实施例中，至少又一种不可渗透溶质可以包含一或多种氢化淀粉水解物。在一些实施例中，至少又一种不可渗透溶质可以包含一或多种蛋白质。在一些实施例中，至少又一种不可渗透溶质可以包含一或多种VOC。如本文所公开的针对出料溶液中的醇含量的过量的不可渗透溶质的相同范围可以以任何组合和/或其范围用于出料溶液中的溶解糖、盐或任何其它溶质。
使其中具有一或多种可渗透溶质的出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧(所述出料溶液的可渗透溶质浓度大于或等于进料溶液中的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含使出料溶液循环穿过本文所公开的FO系统或其部件中的任何FO系统或部件。使其中具有一或多种可渗透溶质的出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧(所述出料溶液的可渗透溶质浓度大于或等于进料溶液中的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含以逆流配置或并流配置使出料溶液循环到进料溶液。使其中具有一或多种可渗透溶质的出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧(所述出料溶液的可渗透溶质浓度大于或等于进料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含使用泵、导管、阀门等中的一或多个使出料溶液循环到FO元件中。使其中具有一或多种可渗透溶质的出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧(所述出料溶液的可渗透溶质浓度大于或等于进料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含使出料溶液在特定压力下循环，如至少约1psi、约1psi到约100psi、约10psi到约50psi、约15psi到约100psi、约10psi到约25psi、约25psi到约50psi、约75psi到约100psi、小于约100psi、约1psi到约10psi、约1psi到约15psi、约10psi到约20psi、约15psi到约50psi、小于约50psi或小于约10psi。使其中具有一或多种可渗透溶质的出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧(所述出料溶液的可渗透溶质浓度大于或等于进料溶液中的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含使再生的、重构的或再循环的出料溶液循环穿过FO系统。
在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作1030(所述经过稀释的出料溶液的水浓度高于出料溶液的水浓度)可以包含在FO元件中使用能够允许至少一些水通过膜从FO元件的第一侧流向第二侧的FO膜。在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液可以包含将经过稀释的出料溶液输出到一或多个下游出料部件，如本文所公开的那些部件中的任何部件(例如，一或多个再生设备、泵、罐、导管、阀门等)。在一些实施例中，生成经过稀释的出料溶液包含从醇溶液中除去至少一些水，同时通过FO膜在其中留下至少一些或全部醇。
从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流的动作1040(所述经过浓缩的进料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度大于或等于进料溶液中的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含产生产物流(例如，经过浓缩的进料流)，与进料流相比，所述产物流具有更高浓度的一或多种可渗透溶质(例如，醇)和/或在其中的更低浓度的水。例如，从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流(所述经过浓缩的进料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度大于或等于进料溶液中的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含产生比进料流中的醇多至少5％ABW的产物流，如比进料流中的醇多约5％ABW到约50％ABW、多约10％ABW到约40％ABW、多约15％ABW到约35％ABW、多约20％ABW到约30％ABW。从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流(所述经过浓缩的进料溶液的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度大于或等于进料溶液中的至少一种种类的一或多种可渗透溶质的浓度)可以包含将经过浓缩的进料溶液(流)输出到一或多个下游产物部件，如一或多个导管、泵、阀门、冰箱、分配设备、储存介质(例如，储存罐)、销售包装点(例如，包装的经过浓缩的醇饮料)或递送工具，如卡车、管道、罐等。在一些实施例中，产生产物流可以包含保留进料流中的一或多种可渗透溶质(例如，醇)和/或一或多种不可渗透溶质(例如，糖等)中的至少一些溶质。
在一些实施例中，方法1000可以进一步包含维持出料溶液中可渗透溶质(例如，醇、乙二醇等)的含量和/或不可渗透溶质的含量。例如，方法1000可以进一步包含由经过稀释的出料溶液再生出料溶液。由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含通过至少一个蒸馏设备或至少一个RO元件(例如，低截留RO和/或标准RO)中的一或多个来重构(例如，再生)出料溶液，或向经过稀释的出料溶液至少添加一次来自至少第二来源的一或多种可渗透溶质(例如，醇)和/或不可渗透溶质(例如，甘油或果糖)。在一些实施例中，方法1000可以进一步包含由经过稀释的出料溶液产生渗透物流或蒸馏物。在一些实施例中，由经过稀释的出料溶液产生渗透物流或蒸馏物可以包含通过逆向渗透或蒸馏来产生渗透物流。在一些实施例中，渗透物流或蒸馏物包含基本上纯的水。
在一些实施例中，以浓度计算，进料流的一或多种可渗透溶质的含量可能比目标进料流浓缩物的一或多种可渗透溶质的含量略高(例如，目标％ABW)，以避免蒸馏或向出料溶液或经过稀释的出料溶液添加一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)。在一些实例中，渗透物中损失(没有保留在进料流浓缩物中)的一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)可以被蒸馏并用作燃料。
在一些实施例中，可以在低温(例如，-5℃到15℃)下将进料溶液引入FO元件(例如，经过浓缩的)，这可以提高VOC和小分子的保留率，从而保存进料流浓缩物的营养和风味。在一些实施例中，进料溶液可以在环境温度(例如，15℃到35℃)或更高的温度(例如，35℃到80℃)下浓缩，以提高冷却进料溶液或其浓缩物的截留并降低成本。在一些实施例中，FO膜上的温度梯度(例如，更冷的第一侧或更热的第一侧)可以提高FO膜的效率或降低冷却或加热进料溶液或其浓缩物的成本。在一些实施例中，进料溶液可以在水渗透与乙醇渗透的比率最高的温度下和出料组合物中浓缩。
可以采用本文所公开的方法以提供适合于通过在选定时间添加水进行重构(例如，再水化)的经过浓缩的醇饮料。在一个实例中，将具有约5％ABW的醇溶液引入到FO元件中作为初始进料溶液(例如，进料流)。在此实例中，脱水醇溶液的期望的最终浓度是30％ABW(例如，6X浓度)。本文所公开的一些系统和/或方法的主要输出可以包含具有约30％ABW的经过浓缩的进料流以及包含几乎纯的水流(大约<1％ABW)的渗透物流。然后，可以将经过浓缩的进料流(经过浓缩的进料溶液)作为30％ABW的浓缩物出售，以便由消费者(或零售商店)稀释，从而在重构后产生5％ABW的产物。在一些实施例中，可以操作系统以产生15％ABW的经过浓缩的产物(例如，进料流)，从而在由消费者稀释后产生2.5％ABW的产物。在一些实施例中，可以操作系统以产生2.5％ABW的截留物流，从而在稀释后产生0.4％ABW的产物。在一些实施例中，可以操作系统以产生任何％ABW产物的经过浓缩的进料流。在一些实施例中，本文中的方法可以用于将醇溶液浓缩到其中的醇的初始浓度的2X或更多，如约2X到约10X、约3X到约8X、约4X到约6X、约2X到约5X、多于约5X或小于约10X。
在一些实施例中，方法1000可以包含如通过添加一定量的对应于经过浓缩的进料溶液的浓度水平的水来重构经过浓缩的进料溶液。例如，通过将水中约5X重量的经过浓缩的进料溶液与经过浓缩的进料溶液组合，可以稀释经过浓缩的进料溶液，所述经过浓缩的进料溶液的浓度是其中的醇或其它溶质的5X。
图11是用于使用正向渗透来对醇溶液进行脱水的方法1100的流程图。方法1100包含将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中的动作1110；在正向渗透系统的第二侧循环出料溶液的动作1120，所述出料溶液的醇浓度大于或等于醇饮料的醇浓度；在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作1130，所述经过稀释的出料溶液的水浓度高于出料溶液的水浓度；从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的醇饮料的产物流的动作1140；由经过稀释的出料溶液再生成出料溶液的动作1050；以及从经过稀释的出料溶液中产生渗透物流的动作1050。
将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中的动作1110可以包含将啤酒、葡萄酒、蒸馏酒(烈酒(liquor))、麦芽饮料、任何其它醇溶液或其组合中的一或多种引入到FO系统的第一侧中。将醇饮料引入到FO系统的第一侧中的动作1110可以与上文在一或多个方面中描述的动作1010类似或相同。例如，动作1110可以包含将醇饮料引入到本文所公开的FO系统中的任何系统。在一些实施例中，将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中可以包含使用具有聚酰胺支撑物的正向渗透膜来将所述第一侧与所述第二侧分离。
在正向渗透系统的第二侧循环出料溶液的动作1120(所述出料溶液的醇含量大于或等于醇饮料的醇含量)可以包含循环被配置成允许/引起选择性地除去进料溶液的一或多种组分的出料溶液。在正向渗透系统的第二侧循环出料溶液的动作1120(所述出料溶液的醇含量大于或等于醇饮料的醇含量)可以与上文在一或多个方面中描述的动作1020类似或相同。例如，在正向渗透系统的第二侧循环出料溶液(所述出料溶液的醇含量大于或等于醇饮料的醇按量)可以包含循环在进料溶液中具有过量的一或多种溶质的出料溶液，所述出料溶液包含的醇含量比进料溶液的醇含量高至少1％ABW、高至少约5％ABW、高至少约10％ABW、高至少约15％ABW、高约1％ABW到高约45％ABW、高约5％ABW到高约35％ABW、高约10％ABW到高约20％ABW、高约1％ABW到高约20％ABW、高约5％ABW到高约25％ABW或比进料溶液的醇含量高约不到40％ABW。
在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作1130(所述经过稀释的出料溶液的水浓度高于出料溶液的水浓度)可以包含在FO元件中使用能够允许至少一些水通过FO膜从FO元件的第一侧流向第二侧的FO膜。在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液可以包含将经过稀释的出料溶液输出到一或多个下游出料部件，如本文所公开的那些部件中的任何部件(例如，一或多个再生设备、泵、罐、导管、阀门等)。在一些实施例中，生成经过稀释的出料溶液包含从醇饮料中除去至少一些水，同时通过FO膜在其中留下至少一些醇。
从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的醇饮料的产物流的动作1140可以包含产生相比于进料流112其中具有更高的醇浓度和/或更低的水浓度的产物流(例如，经过浓缩的进料流)。例如，产生包含经过浓缩的醇饮料的产物流可以包含产生其中具有比进料流的醇至少高约5％ABW的醇的产物流，如其中具有比进料流的醇高约5％ABW到约50％ABW、高约10％ABW到约40％ABW、高约15％ABW到约35％ABW或高约20％ABW到约30％ABW的醇。产生包含经过浓缩的醇饮料的产物流可以包含将经过浓缩的醇流输出到一或多个下游产物部件，如一个或多个导管、泵、阀门、冰箱、分配设备、存储介质(例如，储罐)、销售点包装(例如，包装的经过浓缩的醇饮料)或递送装置如卡车、管道、坦克等。可以同时(contemporaneously)或同步(simultaneously)执行动作1130和动作1140。
由经过稀释的出料溶液再生出料溶液的动作1150可以包含通过如本文所公开的那些设备中的任何设备等一或多个再生设备来引导经过稀释的出料溶液。例如，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含通过至少一个RO元件和/或至少一个蒸馏设备来引导经过稀释的出料溶液。由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含通过至少一个蒸馏设备或至少一个RO元件(例如，低截留RO和/或标准RO)中的一或多个来重构(例如，再生)出料溶液，或者向经过稀释的出料溶液至少添加一次来自至少第二来源的醇。在一些实施例中，再生出料溶液包含蒸馏经过稀释的出料溶液。在一些实施例中，再生出料溶液包含对经过稀释的出料溶液进行逆向渗透和蒸馏。在一些实施例中，再生出料溶液包含对经过稀释的出料流或其变体进行低截留逆向渗透、逆向渗透或蒸馏中的一或多种。在一些实施例中，再生出料溶液包含使经过稀释的出料溶液循环通过第一逆向渗透过程然后通过第二逆向渗透过程。
从经过稀释的出料溶液中产生渗透物流的动作1160可以包含通过逆向渗透或蒸馏来产生渗透物流。在一些实施例中，渗透物流或馏出物包含基本上纯的水(例如，<1％ABW)。在一些实施例中，从经过稀释的出料溶液中产生渗透物流包含产生基本上纯的水渗透物流。
方法1100可以进一步包含使再生的出料溶液再循环穿过FO系统的第二侧。方法1100可以包含本文如关于方法1000所公开的任何动作和/或其方面。
在一个实施例中，对溶液进行脱水的方法可以包含将具有一或多种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中的动作。对溶液进行脱水的方法可以包含使其中具有一或多种可渗透溶质和一或多种不可渗透溶质的出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧。对溶液进行脱水的方法可以包含在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作，相比于出料溶液，所述经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度。对溶液进行脱水的方法可以包含从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流的动作，所述经过浓缩的进料溶液具有期望浓度的所述至少一种种类的一或多种可渗透溶质；其中出料溶液中的一或多种可渗透溶质和一或多种不可渗透溶质的组合渗透压大于经过浓缩的进料溶液的渗透压。
所述一或多种可渗透溶质可以包含如乙醇等本文所公开的任何可渗透溶质，并且所述一或多种不可渗透溶质可以包含如丙三醇等本文所公开的不可渗透溶质中的任何溶质。所述进料溶液可以包含本文所公开的任何进料溶液，如啤酒、非醇啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、蒸馏酒或其组合。进料流中的至少一种可渗透溶质可以包含如醇等本文所公开的任何一或多种可渗透溶质。
在一些实施例中，出料溶质的一或多种可渗透溶质和一或多种不可渗透溶质的组合浓度可以等于或大于进料溶液中的一或多种可渗透溶质的浓度，如比进料溶液中的一或多种可渗透溶质的浓度大至少约1wt％、大至少约5wt％或大至少约10wt％。在一些实施例中，出料溶质的一或多种可渗透溶质和一或多种不可渗透溶质的组合浓度可以等于或大于经过浓缩的进料溶液中的一或多种可渗透溶质的浓度，如比经过浓缩的进料溶液中的一或多种可渗透溶质的浓度大至少约1wt％、大至少约5wt％或大至少约10wt％。出料溶液中的一或多种可渗透溶质和一或多种不可渗透溶质的组合浓度可以引起组合渗透压大于经过浓缩的进料溶液或进料溶液的渗透压。
在一些实施例中，所述方法可以进一步包含由经过稀释的出料溶液再生出料溶液，如通过本文所公开的任何技术或技术的组合。例如，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含将经过稀释的出料流中的一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)中的至少一些溶质与经过稀释的出料流中的不可渗透溶质(例如，丙三醇)中的至少一些溶质分离。在一些实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以进一步包含(例如)通过RO操作和/或一或多次蒸馏浓缩所述一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)中的至少一些溶质或不可渗透溶质(例如，丙三醇)中的至少一些溶质。
在一些实施例中，可以从进料流中除去多种可渗透溶质和/或水以(例如)形成进料浓缩物，所述进料浓缩物与出料流、进料流和经过稀释的出料流中的一或多种相比具有更低浓度的所述多种可渗透溶质和/或水中的一或多种。例如，本文所公开的系统和方法可以用于从进料流中除去水和醇以产生低醇和/或非醇(例如，低于约0.5wt％的醇)进料浓缩物。低醇溶液或饮料可以包含非醇溶液或饮料(例如，具有低于0.5wt％、低于0.1wt％的醇浓度)。低醇溶液或饮料可以包含除痕量或残余量之外基本上不含醇的非醇溶液或非醇饮料。
图12是用于浓缩进料溶液的FO系统1200的框图。FO系统1200包含至少一个FO元件110和流体地耦接到出料流源124的至少一个出料流再生设备。出料流再生设备可以包含如所示出的至少一个RO元件150或可以包含至少一个蒸馏设备或可以包含至少一个低截留RO元件和至少一个RO元件。在使用期间，将进料流112从进料流源114处进料到(例如，循环穿过)FO元件110的第一侧115。同时，将出料流122进料到(例如，循环穿过)FO元件110的第二侧125。FO系统1200可以以并流或逆流配置来建立。FO元件110可以包含FO膜130，所述FO膜被构成以允许来自进料流112的一或多种可渗透溶质和/或水响应于FO膜130上的一或多个静水压力差和/或渗透压差而穿过所述FO膜进入出料流122。在实施例中，本文的系统和方法可以包含从正向渗透系统的第一侧产生包含具有较高的醇含量和降低的水含量的经过浓缩的饮料的产物流。
出料流122中的出料溶液可以包含两种或超过两种的溶质(例如，一或多种可渗透和/或不可渗透溶质)，如乙醇和丙三醇。相比于出料流122，进料流112可以具有更高的一或多种可渗透溶质浓度(例如，如可渗透溶质等总溶质或其具体的种类)，同时相比于出料流122具有更低的总溶质浓度(例如，可渗透和不可渗透溶质)。例如，相比于出料流122，进料流112可以具有更高的可渗透溶质浓度(例如，醇)，同时出料流具有更高的总溶质浓度(例如，丙三醇和醇)。相比于进料流112，出料流122可以具有更高的不可渗透溶质浓度。当进料流112穿过FO元件110时，通过FO膜130除去至少一种可渗透溶质(例如，乙醇)和水，并且使其进入出料流122。从进料流112中除去水形成经过浓缩的进料流116，相比于进料流112，所述经过浓缩的进料流可以具有更高浓度的一或多种种类的溶质(例如，如葡萄糖等不可渗透溶质)。此些更高的浓度可能至少部分地是由于从进料流112中除去了水。从进料流112中除去所述至少一种可渗透溶质可以使经过浓缩的进料流116相比于进料流112表现出更低浓度的所述至少一种可渗透溶质。通过FO膜130将水和至少一种可渗透溶质从进料流112移除到出料流122中可以使经过稀释的出料流126相比于出料流122和经过浓缩的进料流116表现出更高的水含量和更高浓度的所述至少一种可渗透溶质。通过FO膜130将水和至少一种可渗透溶质(例如，乙醇)从进料流112移除到出料流122中可以使经过稀释的出料流126相比于出料流122表现出更低的不可渗透溶质(例如，丙三醇)浓度。
在整个FO元件110和本文所公开的方法中，出料流122的至少一种可渗透溶质(例如，乙醇)浓度应当保持低于进料流112的至少一种可渗透溶质(例如，乙醇)浓度。例如，在逆流操作中，在FO元件110中接触进入的进料流112的出料流122(例如，FO元件/过程的出料侧的尾端处的出料流)相比于进入第二侧125的出料流122可以具有更高浓度的至少一种可渗透溶质(例如，由于已经通过FO膜130吸收了不可渗透溶质中的一些溶质)，但是相比于在出料侧的尾端或进料侧的起始处进入FO元件150(与其相邻)的进料流112仍然具有更低浓度的所述至少一种可渗透溶质。此逆流配置确保在整个FO元件110中以所选的速率从进料流112(进料溶液)中连续除去至少一种可渗透溶质。
可以将经过浓缩的进料流116引导到一或多个下游产物部件118(例如，包装或分配设备、重构设备、再循环设备等)。经过浓缩的进料流116可以包含经过浓缩的啤酒或从中除去醇中的至少一些醇的其它醇饮料，如以制备非醇(例如，低于0.5wt％的醇)饮料浓缩物。在实施例中，可以至少部分地重构(例如，再水化)经过浓缩的进料流116(例如，非醇饮料浓缩物)以如在销售点处形成非醇醇饮料。非醇饮料在重构后可以具有低于约0.5wt％的醇或低于0.1wt％的醇的醇含量。
在实施例中，相比于出料流122，经过稀释的出料流126可以包含更高浓度的所述至少一种可渗透溶质(例如，乙醇)和水含量。可以通过至少一个出料流再生设备来至少部分地再生出料流122。出料流再生设备可以包含至少一个蒸馏设备。经过稀释的出料流126可以进入蒸馏设备并且产生保留流(例如，水)和醇流(例如，含有醇的馏出物)。如所示出的，出料流再生设备可以包含至少一个RO元件150。RO元件150可以包含含有将第一侧151第二侧152分离的RO膜136的壳体。经过稀释的出料流126可以通过RO元件150循环穿过其第一侧151。可以将经过稀释的出料流126加压到所选压力(例如，通过一或多个泵(未示出))，以使水和/或溶质中的至少一些穿过其中。水和/或可渗透溶质中的至少一些可以在RO元件150的第二侧152上穿过RO膜136并且进入RO渗透物156(例如，醇流或含醇流)。穿过RO元件150的第一侧151的经过稀释的出料流126被浓缩成RO浓缩物154，所述RO浓缩物可以包含至少部分再生的出料流。例如，出料再生系统可以被配置成产生具有与出料流122相同或接近的组合物的RO浓缩物154。出料流源124可以包含泵，所述泵被配置成将出料流122(例如，RO浓缩物154或含有RO浓缩物154中的至少一些浓缩物的混合物)加压到适合用于FO元件110的静水压力。在实施例中，出料流源124可以包含流体添加设备，所述流体添加设备被配置成向可有效重构RO浓缩物154的RO浓缩物154添加一或多种组分以产生出料流122的组合物，如添加水、丙三醇或甚至乙醇中的一或多种。因此，可以至少部分地再生出料流122并且使其再循环回到FO元件110，以在FO系统1200中重复使用。
在实施例中，可以从FO系统1200中除去RO渗透物156(例如，醇流)或者可以进一步对其进行处理，以将至少一种渗透物(例如，乙醇)与其中的水分离。可以将水和乙醇用于其它相关过程，如对出料流122或经过浓缩的进料流116进行重构。
在具体实例中，将流速为12GPM并且醇含量为5wt％的醇饮料进料流112递送到FO元件110的第一(例如，进料)侧115或FO元件110的阵列(例如，具有FO膜130或FO膜130的阵列)。醇饮料含有醇和水两者，从进料流112中抽出所述醇和水同时保留其余组分，由此产生流速为2GPM并且醇含量为约0.5wt％到约2.5wt％或更低的经过浓缩的进料流116(例如，至少约6X浓度因子)。之后可以用水将此经过浓缩的进料流116再水化到原始体积，由此产生醇含量为约0.1wt％到约0.5wt％的减少的醇饮料。此再水化可以在除去水和醇后立即发生，或者可以在另一位置处和/或另一时间发生(例如，在储存和/或运输之后)。
出料流122可以具有40GPM的流速、0.25wt％的醇含量和10wt％的丙三醇含量。在相对于进料流112的逆流(或在一些实施例中为并流)中使出料流122循环穿过FO元件110的第二(例如，出料)侧125或FO元件110(例如，具有FO膜130或FO膜130的阵列)的阵列。当通过一或多个FO膜130将乙醇和水吸入到出料流122中时，用水和醇两者对出料流122进行稀释。在整个过程中，出料流122的醇含量低于进料流112的醇含量(例如，在一或多个FO元件和相关过程的所有部分中，靠近(例如，从中穿过膜)进料流112的一部分的出料流122的一部分的醇含量低于进料流112的所述部分的醇含量)。生产出流速为50GPM、醇含量为约1.38wt％以及丙三醇含量为约8wt％的经过稀释的出料流126。将该经过稀释的出料流126进料到出料回收/再生设备中，所述设备产生至少部分再生的出料流作为RO浓缩物154和醇(废物)流作为RO渗透物156，其中流动速率为10GPM、醇含量为约5.9wt％并且丙三醇含量低于约0.1wt％。关于图15和16进一步描述了出料回收过程。
在实施例中，如FO系统1200等本文所公开的系统可以包含可操作地耦接到所述系统的进料流供应和出料流供应。例如，系统1200可以包含流体地耦接到FO元件110的第一侧的醇溶液的供应和可操作地耦接到FO元件110的第二侧的出料溶液的供应。在实施例中，出料溶液可以包含低于进料流(例如，醇溶液)的可渗透溶质(例如，醇)浓度的至少一种可渗透溶质(例如，醇)浓度以及高于进料流(例如，醇溶液)的总溶质(例如，乙醇和糖)浓度的总溶质(例如，醇加丙三醇)浓度。例如，出料溶液可以具有比啤酒的乙醇和糖浓度更高的丙三醇和乙醇浓度，同时啤酒进料流中的乙醇浓度高于出料流中的乙醇浓度。此出料源和进料源可以提供起浓缩(例如，从醇饮料中除去醇和/或水)醇饮料的作用的系统。本文所公开的系统可以包含可操作地耦接到FO元件的第二侧并且被配置成从中接收输出的至少一个出料溶液再生设备。所述至少一个出料溶液再生设备可以与本文所公开的那些设备中的任何设备类似或相同，如包含逆向渗透设备、低截留逆向渗透设备、蒸馏设备中的至少一种设备或以上的任何组合中的一或多种系列。
图13是用于浓缩进料溶液的FO系统1300的框图。(逆流)FO系统1300包含如本文所描述的逆流FO系统1200，并且进一步包含至少另一分离设备，如将RO渗透物(例如，醇流)的组分从出料流再生设备中进一步分离。所述至少另一分离设备可以包含至少一个蒸馏设备140(除已经存在的系统1200的RO元件外)。所述至少另一分离设备(例如，至少一个蒸馏设备140)可以用于回收/再生出料流122或其一或多个部分，如以将RO渗透物156(例如，醇流)中的醇与水分离。
蒸馏设备140的输入可以可操作地耦接到RO元件150的第二(例如，水)侧152的输出。蒸馏设备140接收RO渗透物156并且输出馏出物流142(例如，醇流)和出料渗透物144(例如，釜底物或保留流)。蒸馏设备140将出料渗透物144输出到一或多个下游过程或设备。出料渗透物144可以包含水(例如，基本上纯的水)并且馏出物流142可以包含醇。
由于RO渗透物156离开RO元件150，因此所述至少一个蒸馏设备140可以回收、再循环或再生其中的一或多种组分。例如，所述至少一个蒸馏设备140可以将RO渗透物156中的乙醇和水分离，以产生包含水的出料渗透物144和包含醇的馏出物流142。在实施例中，出料渗透物144(例如，水)或出料馏出物流142(例如，经过浓缩的醇)中的一个或两者可以用于再生出料流122(例如，补充至少部分再生的出料溶液的含量)或重构进料流112或经过浓缩的进料流116的至少一部分。
可以采用所述至少一个蒸馏设备140处的另外的分离过程来进一步分离第一RO元件150的废物流(例如，RO渗透物156)，由此产生能够以各种方式再循环的水流(出料渗透物144)和醇流(馏出物流142)，包含在系统的操作范围内。在一个实施例中，将RO渗透物156进料到所述至少一个蒸馏设备140以进行至少另一分离过程，因此产生流速为约9.65gpm、醇含量低于约0.1wt％并且丙三醇含量低于约0.1wt％的水流(出料渗透物144)；并且产生流速为约0.35gpm、醇含量为85wt％并且丙三醇含量＜0.1wt％的经过浓缩的醇流(馏出物流142)。在一些实施例中，所述至少另一分离设备可以包含或是蒸馏柱阵列。在一些实施例中，所述至少另一分离设备可以包含或是RO元件或RO元件阵列。可以在现场或在与进料流112的初始浓度不同的设施处进行与使用至少另一分离设备相关的另外的分离过程。
在实施例中，可以增加进入系统的原料进料流以控制其中一或多种溶质的浓度，和/或确保在一或多个FO元件110中从中除去所选量的一或多种溶质。
为允许浓缩进料流的过程更密切地适合特定应用(例如，相比于其它应用，在经过浓缩的进料流中获得更低浓度的乙醇)，可以将化学组分与进料流组合以增加FO谐振时间和/或降低水与乙醇的除去比率(例如，与具有不同进料流组合物的相同过程相比，允许除去更多乙醇)。以此方式，可以控制水与醇(例如，乙醇)的除去比率。例如，从系统中除去的水与醇的比率可以是至少1:0.1，如约1:0.1到约1:50或约1:0.5到约1:20或约1:1到约1:10。在实施例中，可以将经过浓缩的进料流116的至少一部分循环回到系统中，以增大进入系统的原料进料流的溶质含量。
图14是用于浓缩进料溶液的FO系统1400的框图。FO系统1400包含如本文所描述的逆流FO系统1300，并且进一步包含至少一个混合设备160、至少一个再循环管线170、至少第二RO元件150b以及至少一个另外的再循环管线175。所述至少一个混合设备160可以位于FO元件110上游并且向其提供进料流112。所述至少一个再循环管线170可以位于FO元件110的第一侧115的出口的下游并且从其中接收经过浓缩的进料流116的至少一部分。所述至少一个再循环管线170可以将经过浓缩的进料流116(例如，经过浓缩的进料溶液)的一部分循环到所述至少一个混合设备160。所述至少一个混合设备160可以将原料进料流111与由所述至少一个再循环管线170承载的经过浓缩的进料流116的所述部分或从另一个源(例如，至少第二RO元件150b)提供的另外的组分119中的一个或多个组合。
系统1400可以包含至少一个出料溶液再生设备。所述至少一个出料溶液再生设备可以包含逆向渗透模块、低截留逆向渗透模块或蒸馏设备中的一或多个。例如并且如下文更详细地描述的，系统1400可以包含：第一逆向渗透元件，其可操作地耦接到正向渗透元件的第二侧，以从中接收经过稀释的出料流并且产生第一逆向渗透渗透物和第一渗透截留物；蒸馏设备，其可操作地耦接到所述第一逆向渗透元件以从中接收所述第一逆向渗透渗透物并且产生馏出物和出料渗透物；以及第二逆向渗透元件，其可操作地耦接到所述蒸馏设备以从中接收所述出料渗透物并且产生第二逆向渗透渗透物和第二逆向渗透截留物。在实施例中，第二出料浓缩物可以如通过一或多个导管可操作地耦接到第一出料渗透物。
所述至少第二RO元件150b可以位于其出料渗透物144侧上的至少一个蒸馏设备140的下游。至少第二RO元件150b可以从离开蒸馏设备140的出料渗透物144(例如，底物)中除去(例如，精制)任何剩余溶质(例如，醇)。例如，RO元件150可以从经过稀释的出料流126中除去大部分甘油，蒸馏设备140可以从RO渗透物156中除去大部分乙醇，以及至少第二RO元件150b可以从出料渗透物144中除去任何残余溶质(例如，乙醇、VOC和/或甘油)，以提供基本上纯的水。可以从系统1400中除去RO渗透物156b(例如，基本上纯的水)或将其引导回到至少一个混合设备160，如通过所述至少一个另外的再循环管线175。可以如通过在将出料流122引入到FO元件110中之前将RO浓缩物154b与RO浓缩物154组合而使RO浓缩物154b(例如，醇)再循环回到出料流122。例如，RO渗透物156b可以形成至少一个另外的组分119的至少一部分。所述另外的组分119可以包含水或进料溶液的另一组分。例如，所述至少一个另外的组分119可以包含基本上纯的水，如通过所述至少一个另外的再循环管线175从至少第二RO元件150b再循环到混合设备160的自来水或水中的一或多种水。在实施例中，在没有添加再循环的浓缩物的情况下可以如从外部源添加另外的组分119(例如，如通过再循环管线170)，并且所述另外的组分可以增加FO谐振时间，从而增加从进料流中除去的醇的总量。
所述至少一个混合设备160可以包含一或多个阀门、歧管、容器或被配制成允许一或多个流体进行混合的一或多个其它结构。例如，所述至少一个混合设备可以包含接合部(例如，流体流的汇合点)，其中会聚原料进料流111、至少一个再循环管线170和另外的组分119以形成进料流112。原料进料流111、至少一个再循环管线170和另外的组分119源中的任何一个可以包含一或多个泵，所述泵被配置成提供原料进料流111(例如，啤酒)、经过浓缩的进料流116(例如，经过浓缩的啤酒)和另外的组分119(例如，再循环的纯水或自来水)的所选流速和/或压力以有效地使进料流112在进入FO元件110之前具有所选浓度的一或多种溶质。例如，可以选择比原料进料流111中的醇含量低的醇含量来达到经过浓缩的进料流116中的所选醇含量，因此，可以给原料进料流111补充一定量的水和/或可以将经过浓缩的进料流116(具有低于0.5wt％的相对最低的醇浓度)与原料进料流混合，以在所得进料流112中提供所选醇含量。因此，可以定制进料流112中的一或多种溶质的浓度以提供所选效果/产品。此些实例可以用来“调整”进料流112中的一或多种溶质的浓度以达到经过浓缩的进料流116中的一或多种溶质的所选目标浓度。可以通过在另外的组分119处如通过混合设备160向进料流112添加水(例如，自来水、软化水、蒸馏水、净化水、过滤水、离子交换水、脱气水、市政用水、烹饪用水、开水、经处理的水、pH平衡水，从蒸馏设备140和/或至少第二RO元件150b中再循环的水或任何其它类型的饮用水)来调整进料流112。可以如用混合装置通过主动监测经过浓缩的进料流116中的一或多种溶质浓度并对其做出响应、自动改变原料进料流、至少一个另外的组分和经过浓缩的进料流116中的一或多个的浓度来实现此调整。在实例中，可以将一或多个传感器布置在一或多个循环管线中，所述循环管线布置在系统1400的一或多个元件之间。在实例中，对进料流112中的一或多种溶质的浓度进行调整可以用于提供所选浓度系数的进料流112或出料流122中的一个或两者中的一或多种溶质。例如，出料流122中的一或多种溶质的浓度可以是进料流112中的一或多种溶质的浓度的至少1.2倍(例如，1.5倍、2倍、2.5倍或3倍)并且可以高于经过浓缩的进料流116中的一或多种溶质的浓度。在实例中，对进料流112中的一或多种溶质的浓度进行调整可以用于保持进料流112中的一或多种溶质通过FO元件110到经过浓缩的进料流116的浓度或总量。
所述至少一个再循环管线170可以包含阀门、虹吸管、泵或被配制成从流体供应器中除去流体的任何其它装置中的一或多个。所述至少一个再循环管线170可以在递送到一或多个下游产物部件118之前如在G点处除去经过浓缩的进料流116的一部分。例如经过浓缩的进料流116的一部分(例如，约1％到约20％、20％到约40％或约40％到约60％)可以再循环返回穿过FO元件110以确保所得经过浓缩的进料流116具有所选浓度的至少一种可渗透溶质或所选水含量。
在实施例中，所述至少一个再循环管线170可以用于使基本上所有经过浓缩的进料流116再循环返回穿过所述至少一个FO元件110，如以进一步除去其中至少一种可渗透溶质中的任何溶质。在此些实施例中，经过浓缩的进料流116可以再循环穿过FO元件110一或多次(例如，1-10次)，以有效产生具有所选浓度的所述一或多种可渗透溶质(例如，乙醇)或所选水含量的最终产物(例如，经过浓缩的进料流116)。因此，可以使离散体积的原料进料流111或进料流112多次流动穿过FO元件110的FO膜，以除去其中所选量的一或多种溶质(例如，醇)。
在实例中，可以向进料流添加水流(另外的组分119)或经过浓缩的进料流116的一部分中的一或多个以实现具有所选溶质含量(例如，醇的0.5wt％或更少以及丙三醇的0.1wt％或更少)的经过浓缩的进料流116。所述另外的组分119可以是以约5gpm的速率提供的基本上纯的水(例如，具有低于0.1wt％的醇和低于0.1wt％的丙三醇的水)。所述原料进料流111可以包含约5wt％的醇(例如，乙醇)并且可以以约6gpm的速率来提供。可以以约1gpm的速率向混合设备160提供经过浓缩的进料流116并且所述进料流具有约0.5wt％的醇和0.0wt％的丙三醇的浓度。对原料进料流111、经过浓缩的进料流116和水(例如，另外的组分119)进行组合可以产生具有约2.5wt％的醇和约0.0wt％的丙三醇的进料流112，可以以约12gpm的速率向至少一个FO元件110提供所述进料流。当在所述至少一个FO元件110中针对出料流122对进料流112进行浓缩时，产生经过浓缩的进料流116并且产生经过稀释的出料流126。出料流最初包含约0.25wt％的醇和约10wt％的丙三醇以及约40gpm的速率。当出料流122循环穿过所述至少一个FO元件110时(例如，以针对进料流112的逆流的方式)，出料流122从进料流112中吸收水和如乙醇等一或多种可渗透溶质以产生经过稀释的出料流126。所述经过稀释的出料流126可以包含约0.8wt％的醇、约8wt％的丙三醇的醇含量并且可以以约50gpm来提供。
如本文所公开的，经过浓缩的进料流116离开FO元件110并且被发送到一或多个下游产物部件118。将约1gpm的经过浓缩的进料流116再循环回到混合设备160以对进料流112进行重构。在将经过浓缩的进料流116递送到一或多个下游产物部件118之前，在G点处除去用于再循环返回到进料流112的经过浓缩的进料流116的所述部分。
如通过泵向RO元件150提供经过稀释的出料流126以提供所选压力和其速率，其中将经过稀释的出料流126分离成RO浓缩物154和RO渗透物156。RO浓缩物154可以包含约0.25wt％的醇、约10wt％的丙三醇并且以约40gpm的速率来提供。可以使RO浓缩物154再循环通过FO系统的第二侧，以再次用作出料流122。RO渗透物156(例如，RO元件150的废物流)可以包含约3wt％的醇、低于0.1wt％的丙三醇并且以约10gpm的速率来提供。可以通过至少一个蒸馏设备140来处理RO渗透物156。
可以在至少一个蒸馏设备140中将RO渗透物156分离成馏出物流142(例如，醇流)和出料渗透物144(例如，保留流中的水)。所述出料渗透物144可以是基本上纯的水，所述水具有低于0.1wt％的醇和低于0.1wt％的丙三醇并且以约9.65gpm速率来提供。所述馏出物流142(例如，醇废物)可以包含约85wt％的醇(例如，乙醇)和低于约0.1wt％的丙三醇并且以约0.35gpm的速率来提供。可以将出料渗透物144的水用于其它过程，如用于重构成经过浓缩的进料流116(例如，制备具有低于0.1wt％的醇的非醇啤酒、通过向原料进料流111添加另外的组分119来改变所述原料进料流的成分或浓度)或者可以用于其它过程或非现场中。可以将馏出物流142进一步纯化为基本上纯的可渗透溶质(例如，纯的乙醇)、进行出售、再循环回到出料流122中或用于其它过程(例如，燃烧)。
可以将出料渗透物144引导到至少第二RO元件150b以除去出料渗透物144中的任何残余溶质。例如，出料渗透物144在蒸馏之后可以是2％的ABW或更低(例如，低于1％的ABW或低于0.5wt％的ABW)并且至少第二RO元件150b可以从中除去基本上全部醇。所述至少第二RO元件150b可以接收出料渗透物144(例如，来自蒸馏设备140的底物)作为输入并输出RO浓缩物154b和RO渗透物156b。可以在蒸馏设备140之前将RO浓缩物154b再循环回到RO渗透物156流或出料流122、进一步纯化为基本上纯的可渗透溶质(例如，纯的乙醇)、进行出售或用于其它过程(例如，燃烧)。RO渗透物156b(例如，纯水)可以通过所述至少一个另外的再循环管线175再循环回到混合设备如以用于所述至少一个另外的组分119、可以被安置、处置或可以再循环以用于水系统(例如，烹饪用水、灌溉用水、灰水或市政用水)。
可以在逆流配置中运行本文所公开的FO系统以确保出料流中的一或多种可渗透溶质在整个FO元件110中保持比进料流中更低的浓度。可以将一或多个泵定位在系统中的任何点处(例如，在元件之间)以为对应的流体流提供所选压力。
图15是出料回收系统1500的框图。出料回收系统1500包含第一多个出料回收元件150′(例如，模块)和第二多个出料回收元件150″。所述第一多个出料回收元件150′和所述第二多个出料回收元件150″的单独出料回收元件可以包含以任何顺序布置的任何数量的RO元件、低截留RO元件、纳米多孔膜元件或蒸馏设备中的一或多个。
在操作中，所述第一多个出料回收元件150′可以产生RO浓缩物154c和RO渗透物156d。可以将RO渗透物156d引导到所述第二多个出料回收元件150″。RO浓缩物154c可以与另一流体(例如，第二RO渗透物156ec和/或水)进行组合和/或可以再循环回到本文所公开的FO系统作为组合的RO浓缩物154′(例如，至少部分再生的出料溶液)以供进一步使用。所述第二多个出料回收元件150″可以接收渗透物156d并且产生RO浓缩物154g和RO渗透物156e。可以将RO浓缩物154g引导到下游分配设备(例如，储罐、分配管线等)。RO渗透物156e可以与另一流体(例如，RO浓缩物154c和/或水)进行组合和/或可以再循环回到本文所公开的FO系统作为组合的RO浓缩物154′(例如，至少部分再生的出料溶液)以供进一步使用。例如，可以将RO浓缩物154c和RO渗透物156e进行组合以形成至少部分再生的出料溶液(例如，组合的RO浓缩物154′)。
在实施例中，所述第一多个出料回收元件150′和所述第二多个出料回收元件150″可以被配置成分离和收集经过稀释的出料流126的不同组分以至少部分再生出料流122。例如，所述第一多个出料回收元件150′可以被配置成从经过稀释的出料流126中除去至少一些醇并且收集RO浓缩物154c中的丙三醇(和一些醇)，而所述第二多个出料回收元件150″可以被配置成从经过稀释的出料流126(例如，从由经过稀释的出料流126制成的第一RO渗透物)中除去醇(例如，乙醇)作为RO浓缩物154g并且收集水(例如，基本上纯的水)作为RO渗透物156e。可以将RO浓缩物154c的丙三醇(和少量的醇)与RO渗透物156e的水进行组合以形成组合的RO浓缩物154′从而至少部分地再生出料流122。
在实施例中，所述第一多个出料回收元件150′可以包含各自流体地彼此串联耦接的第一RO元件150a、第二RO元件150b、第三RO元件150c和第四RO元件150d。例如，来自第一RO元件150a(例如，高截留RO元件)的RO浓缩物154a可以流体地耦接到第二RO元件150b(例如，低截留RO元件)的输入，并且第一RO渗透物156a可以流体地耦接到第四RO元件150d(例如，高截留RO元件)的输入。第二RO元件150b的RO浓缩物154b可以可操作地耦接到第三RO元件150c(例如，低截留RO元件)的输入，并且RO渗透物156b可以再循环回到且可操作地耦接到第一RO元件150a的输入。
第三RO元件150c的RO渗透物156c可以再循环回到第二RO元件150b的输入，如在引入到第二RO元件150b中之前在点J处与第一RO浓缩物154a进行混合以形成RO浓缩物154a′。RO浓缩物154c可以输出到FO系统(例如，本文所公开的任何FO系统)以用作出料流或其一部分。例如，可以在点K处将RO浓缩物154c与RO渗透物156e进行组合以产生组合的RO浓缩物154′(例如，至少部分再生或回收的出料溶液)。组合的RO浓缩物154′可以具有与出料流122(未示出)的溶质含量类似或相同的溶质含量(例如，一或多种可渗透和一或多种不可渗透溶质含量)。
第四RO元件150d可以将RO浓缩物154d输出到第一RO元件150a的输入，并且将RO渗透物156d输出到位于所述第二多个出料回收元件150″中的第五RO元件150e。RO浓缩物154d可以与经过稀释的出料流126在H点处组合，并且与第二RO渗透物156b在I点处组合以在引入到第一RO元件150a中之前形成经过稀释的出料流126′。第四RO渗透物156d被引导到所述第二多个出料回收元件150″。
多个出料回收元件150″可以包含第五RO元件150e、第六RO元件150f和第七RO元件150g。第五RO元件150e、第六RO元件150f和第七RO元件150g可以可操作地相互耦接并且集体被配置成输出RO浓缩物154g(例如，乙醇溶液)和RO渗透物156e(例如，基本上纯的水)。可以将第四RO渗透物156d引入到第五RO元件150e中。第五RO元件150e(例如，高截留RO元件)可以将第五RO浓缩物154e输出到第六RO元件150f，并且可以将第五RO渗透物156e(例如，基本上纯的水)输出到用于重构出料流的FO系统、下游部件/过程(如重构经过浓缩的进料流(未示出))中的一或多个而进入废水系统或任何其它合适的用途。例如，可以将第五RO渗透物156e与第三RO浓缩物154c混合以形成组合的RO浓缩物154′，所述组合的RO浓缩物可以用于或用作再生的出料流。
第六RO元件150f(例如，高截留RO元件)可以将第六RO浓缩物154f输出到第七RO元件150g的输入，并且可以将第六RO渗透物156f输出到第五RO元件150e的输入。例如，在将第六RO渗透物156f引入到第五RO元件150e中之前，可以将所述第六RO渗透物与第四RO渗透物156d在点L处混合以形成RO渗透物156d′。
第七RO元件(例如，高截留RO元件)可以输出第七RO浓缩物154g(例如，具有相对较高量(5wt％或更高)的乙醇的废物流)并且输出第七RO渗透物156g(例如，浓度低于第七RO浓缩物154g的水或乙醇)。第七RO浓缩物154g可以输出到一或多个下流部件以进行进一步处理(例如，在蒸馏设备中从其中分离乙醇)或处置。第七RO渗透物156g可以输出到第六RO元件150f的输入。例如，在将第七RO渗透物156g引入到第六RO元件150f中之前，可以将所述第七RO渗透物与第五RO浓缩物154e在点M处混合以形成RO浓缩物154e′。因此，可以进一步处理来自所述第一多个出料回收元件150′(例如，设备)的RO渗透物以从其中除去一或多种溶质和/或至少部分地由经过稀释的出料流126回收/再生出料流。
虽然分别针对每一多个出料回收元件150′和150″示出了4个元件和3个元件，但是可以使用任何数量的元件来在相应的渗透物和浓缩物中提供所选组分含量(例如，浓度)。
在实施例中，可以将系统1500和使用所述系统的方法用于浓缩醇饮料溶液(同时从其中除去醇中的至少一些)，如以便产生减少的醇啤酒浓缩物。所述方法可以包含在所述第一多个出料回收元件150′处以约50gpm的速率接收浓度为约1.38wt％的乙醇和约8wt％的丙三醇的经过稀释的出料流126。可以在点H处将经过稀释的出料流126与第四RO浓缩物154d组合并且在点I处与第二RO渗透物156b组合，以形成具有约1.54wt％的乙醇和约7.6wt％的丙三醇的经过稀释的出料流126′，并且以约101.5gpm的速率向所述第一RO元件150a提供所述经过稀释的出料流。第一RO元件可以是高截留RO元件，并且以约35.5gpm的速率输出乙醇浓度为1.6wt％并且丙三醇浓度为约18.3wt％的第一RO浓缩物154a。第一RO元件150a可以以约66gpm的速率将第一RO渗透物156a输出到第四RO元件150d，第一RO渗透物的乙醇含量为约1.5wt％并且其丙三醇含量为约1.8wt％。
可以在J点处将第一RO浓缩物154a以约44gpm的速率与第三RO渗透物156c混合以形成乙醇浓度为1.6wt％并且丙三醇含量为约17.8wt％的第一RO浓缩物154a′。可以将第一RO浓缩物154a引入到第二RO元件150b中，其中第二RO元件150b以约15.5gpm的速率输出乙醇浓度为约1.3wt％并且丙三醇浓缩为约34wt％的第二RO浓缩物154b。第二RO元件150b还以28.8gpm的速率输出乙醇浓度为约1.7wt％并且丙三醇浓度为约9.0wt％的第二RO渗透物156b。如上文所提到的，可以在I点处将第二RO渗透物156b与组合的经过稀释的出料流126和第四RO浓缩物154d进行组合，以形成经过稀释的出料流126′。
使第二RO浓缩物154b循环穿过输出第三RO浓缩物154c和第三RO渗透物156c的第三RO元件150c。第三RO浓缩物154c包含约1.1wt％的乙醇和约55.6wt％的丙三醇，并且以约7.1gpm的速率提供。如本文所公开的，可以输出第三RO浓缩物154c以至少部分地再生FO系统中使用的出料流。例如，可以在K点处将第三RO浓缩物154c与第五RO渗透物156e(例如，基本上纯的水)组合以形成组合的RO浓缩物154′，可以将所述组合的RO浓缩物用作再生出料流。第三RO渗透物156c可以包含约1.5wt％的乙醇和约15.5wt％的丙三醇，并且可以以约8.2gpm的速率提供。如上文所公开的，可以在J点处将第三RO渗透物156c与第一RO浓缩物154a组合以形成第一RO浓缩物154a′。
第四RO元件150d可以输出第四RO浓缩物154d和第四RO渗透物156d。第四RO浓缩物154d可以包含约1.7wt％的乙醇和约4.9wt％的丙三醇，并且可以通过H点以约23gpm的速率提供到第一RO元件150a。如上文所提到的，可以将第四RO浓缩物154d与经过稀释的出料流126和第二RO渗透物156b组合，以分别在H点和I点处形成经过稀释的出料流126′。第四RO渗透物156d可以包含约1.4wt％的乙醇和约0.2wt％的丙三醇，并且可以以约43gpm的速率提供到所述第二多个出料回收元件150″。
可以在L点处将第四RO渗透物156d与第六RO渗透物混合，以形成RO渗透物156d′。RO渗透物156d′可以包含约1.1wt％的乙醇和少于约0.1wt％的丙三醇(例如，痕量)，并且以约81.5gpm的速率提供到第五RO元件150e。所述第二多个出料回收元件150″中的第五RO元件150e可以接收RO渗透物156d′。第五RO元件150e可以以约49gpm的速率将具有约1.8wt％的醇和少于约0.1wt％的丙三醇的第五RO浓缩物154e输出到第六RO元件150f。第五RO元件150e可以以约49gpm的速率将具有少于约0.1wt％的醇和少于约0.1wt％的丙三醇(例如，基本上纯的水)的第五RO渗透物156e输出到如再生出料流的一或多个下游过程。例如，可以将第五RO渗透物156e与第三RO浓缩物154c进行组合以形成组合的RO浓缩物154′，所述组合的RO浓缩物可以在本文公开的FO系统中的任何系统中用作再生出料流。
在将第五RO浓缩物154e引入到第六RO元件150e中之前，可以在M点处将所述第五RO浓缩物与第七RO渗透物156g进行混合，以形成RO浓缩物154e′。RO浓缩物154e′的乙醇含量可以为约1.8wt％并且其丙三醇含量可以为约0.13wt％，并且可以以约64.5gpm的速率提供到第六RO元件150f。第六RO元件150f可以输出乙醇含量为约3.4wt％并且丙三醇含量为约0.3wt％的第六RO浓缩物154f。可以以约26gpm的速率将第六RO浓缩物154f提供到第七RO元件150g。第六RO元件150e可以以约49gpm的速率将具有约0.8wt％的醇和少于约0.1wt％的丙三醇的第六RO渗透物156f输出到第五RO元件150e。如上文所公开的，可以在L点处将第六RO渗透物156f与第四RO渗透物156d组合。
第七RO元件150g可以以约10gpm的速率输出具有约6wt％的醇和少于约0.1wt％的丙三醇的第七RO浓缩物154g。可以将第七RO浓缩物154g输出到如至少一个蒸馏设备等一或多个下游设备，以在其中将乙醇与水分离。第七RO元件150g可以以约15.5gpm的速率输出具有约1.7wt％的乙醇和约0.7wt％的丙三醇的第七RO渗透物156g。可以将组合的RO浓缩物154′用作再生出料溶液、使其保持原样或者可以将其与另外的溶液进行组合(例如，水、啤酒、丙三醇等)，以形成与本文所公开的FO系统和方法一起使用的再生出料溶液。
图16是蒸馏设备140的框图。蒸馏设备140可以与本文所公开的系统和方法中的任何系统和方法一起使用。蒸馏设备140可以包含一或多个釜。在实施例中，多个蒸馏设备140可以与本文所公开的系统或方法中的任何系统或方法一起使用，如以便分离流体流的一或多种组分(例如，至少部分地由经过稀释的出料流再生出料溶液、分离RO渗透物的组分等)。例如，蒸馏设备可以接收经过稀释的出料流126并且将经过稀释的出料流分离成馏出物流142和出料渗透物144。相比经过稀释的出料流126，馏出物流142可以在其中包含更高浓度的一或多种可渗透溶质。例如，相比经过稀释的出料流126，馏出物流142可以包含更高浓度的乙醇。相比经过稀释的出料流126，出料渗透物144(例如，釜底物)可以包含更低浓度的至少一种溶质(例如，乙醇)。例如，出料渗透物144可以在其中具有较低浓度的乙醇，或者可以包含水和一或多种不可渗透溶质(例如，其中具有少于约0.1wt％的乙醇和约10wt％的丙三醇)。在实施例中，可以进一步处理出料渗透物144或馏出物流142中的一或多种以分离其一或多种组分(例如，纯化)。例如，可以进一步处理馏出物流142以从其中的乙醇中除去水，如以便产生用于其它用途的基本上纯的水和乙醇产物。在实施例中，可以在一或多个蒸馏设备、一或多个RO元件、一或多个FO元件或前述装置中的任何装置的组合中处理出料渗透物144或馏出物流142中的一或多种以分离其中的一或多种组分。对经过稀释的出料流和其衍生物的此处理可以确保尽可能多地利用和再循环原始溶液。
虽然本文所公开的元件之间的流体部件和连接中的一些被称为“流”，但是应当理解，“流”包含元件之间的溶液和/或流体耦接(例如，导管)。例如，进料流包括进料溶液，进料溶液可以包括进料流，并且每一种可以包含在进料源与FO元件之间延伸的导管。
虽然图12-16被呈现为系统，但是图12-16的流程图中的每个流程图还描绘了浓缩溶液和/或再生用于浓缩所述溶液的出料溶液的过程。下文关于图17和18公开了在图12-16中所公开的方法的一些实施例。
图17是用于浓缩溶液的方法1700的流程图。方法1700可以包含：将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中的动作1710；相对于进料溶液以逆流方式使出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧的动作1720，所述出料溶液具有一或多种溶质，并且出料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度低于进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度；在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作1730，相比于出料溶液，经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更高的至少一种可渗透溶质浓度；从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流的动作1740，经过浓缩的进料溶液具有较低的水含量，并且所述经过浓缩的进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度小于进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度；由经过稀释的出料溶液再生出料溶液的动作1750；以及使已经再生的出料溶液再循环穿过正向渗透系统的第二侧的动作1760。在实施例中，可以以与所呈现的顺序不同的顺序来进行动作1710-1760中的一或多个或者可以将其省略。
在实施例中，将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到FO系统的第一侧中的动作1710可以包含将包含乙醇的进料溶液引入到FO系统的第一侧中。将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到FO系统的第一侧中可以包含引入所述至少一种可渗透溶质的浓度比经过浓缩的进料溶液的浓度高至少约1wt％的进料溶液。在实施例中，将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到FO系统的第一侧中可以包含引入啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、蒸馏酒或其组合中的一或多种。在此些实施例中，所述至少一种可渗透溶质可以包含醇(例如，乙醇)。在实施例中，将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到FO系统的第一侧中可以包含使用具有聚酰胺支撑的至少一个正向渗透膜来将第一侧与第二侧分离。在实施例中，FO系统可以包含以串联或并联方式中的一或多种方式安置的多个FO元件。在实施例中，将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到FO系统的第一侧中可以包含以至少约1gpm或介于约1gpm与约200gpm之间的速率引入进料溶液。在实施例中，将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到FO系统的第一侧中的动作1710可以包含将进料溶液引入到本文所公开的系统中的任何系统中。
在实施例中，相对于进料溶液以逆流方式使出料溶液循环穿过FO系统的第二侧的动作1720可以包含使具有约0.5wt％或更少的醇(例如，约0.25wt％或更少的醇)的出料溶液循环穿过FO系统的第二侧，出料溶液具有一或多种溶质，并且出料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度低于进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度。在实施例中，使出料溶液循环穿过FO系统的第二侧的动作1720包含相比于进料流以逆流方式循环出料流。在实施例中，相对于进料溶液以逆流方式使出料溶液循环穿过FO系统的第二侧的动作1720可以包含使具有约8wt％的丙三醇(例如，至少约10wt％的丙三醇)的出料溶液循环穿过FO系统的第二侧。
在实施例中，所述一或多种溶质可以包含可渗透溶质和不可渗透溶质的混合物，所述混合物的(例如，总)浓度被选择为产生具有所选可渗透溶质浓度的经过浓缩的进料溶液。在实施例中，出料溶液中的所述一或多种可渗透溶质之一和进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质可以相同，如两者都包含乙醇。在实施例中，出料溶液中的所述一或多种溶质可以包含醇(例如，乙醇)和丙三醇，并且使出料溶液循环穿过FO系统的第二侧可以包含使甘油和乙醇出料溶液循环穿过FO膜。在将出料溶液引入到FO元件中之前，出料溶液的乙醇含量可以低于约0.5wt％，并且出料溶液的丙三醇含量可以高于约8wt％。在实施例中，出料溶液的初始溶质(例如，醇)浓度可以比进料溶液的溶质浓度低至少1wt％(例如，低至少1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或10wt％或以上值中的任何值之间的范围)。所述溶质可以包含如乙醇或丙三醇等单种溶质，或者所述溶质可以包含总溶质含量。例如，进入FO元件的出料溶液可以含有少于0.25wt％的醇，并且进入FO元件(例如，在其相对侧以逆流方式)的进料溶液的乙醇含量可以为至少约5wt％。
在实施例中，出料流的所述至少一种可渗透溶质浓度被构成为所述至少一种可渗透溶质的浓度低于进料流中的可渗透溶质在FO元件的单个区域中的浓度。例如，进入FO元件的出料流的乙醇浓度可以低于离开FO元件的进料流的乙醇浓度，即使在进料流离开FO元件时进料流的乙醇浓度已经耗尽。
在实施例中，在FO系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作1730可以包含使一或多种可渗透溶质和/或水如通过渗透力和/或静水力中的一种或多种穿过FO膜，与出料溶液相比，经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更高的至少一种可渗透溶质浓度。例如，在FO系统的第二侧生成经过稀释的出料流(和/或产生产物流)可以包含通过FO膜从进料溶液中除去所述一或多种可渗透溶质中的至少一种可渗透溶质(例如，乙醇)。在实施例中，所述至少一种可渗透溶质可以包含醇(例如，乙醇)，并且生成经过稀释的出料溶液(和/或产生产物流)可以包含通过FO膜从进料溶液中除去醇。在实施例中，在FO系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液可以包含生成乙醇浓度比出料溶液高至少约2倍，如约2倍到约20倍或约3倍到约10倍，的经过稀释的出料溶液。
在实施例中，在FO系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液可以包含生成总溶质浓度高于进料流总溶质浓度的经过稀释的出料溶液，同时所述至少一种可渗透溶质浓度(例如，乙醇)仍然低于进料流中的所述至少一种可渗透溶质浓度。
在实施例中，从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流的动作1740可以包含产生本文所公开的进料浓缩物流中的任何进料浓缩物流。在实施例中，从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流的动作1740可以包含产生非醇饮料浓缩物(例如，从其中除去了醇和水的啤酒)，所述经过浓缩的进料溶液具有较低的水含量，并且经过浓缩的进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度低于进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度。在实施例中，从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流的动作1740可以包含产生乙醇含量低于进料流的乙醇含量的醇饮料浓缩物。在实施例中，从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流的动作1740可以包含产生乙醇含量为约1wt％或更低，如约0.5wt％或更低的饮料浓缩物。
在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液的动作1750可以包含在如本文所公开的系统中的任何系统等出料溶液再生和回收系统中处理经过稀释的出料溶液。例如，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含对经过稀释的出料溶液进行低截留逆向渗透、逆向渗透或蒸馏中的一或多种。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含使经过稀释的出料溶液循环通过第一逆向渗透过程(例如，高或低截留RO)，然后通过至少第二逆向渗透过程(例如，高或低截留RO)。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含使经过稀释的出料溶液循环通过第一系列逆向渗透过程，然后通过至少第二系列逆向渗透过程。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含对经过稀释的出料流或其衍生物(例如，RO浓缩物或渗透物)进行至少一个蒸馏过程。例如，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含使经过稀释的出料溶液循环通过至少一个逆向渗透过程，然后通过至少一个蒸馏过程。例如，可以精制经过稀释的出料溶液以除去或回收其中的基本上所有非水组分。例如，动作1750可以包含使出料溶液(例如，底物)循环通过至少一个另外的逆向渗透过程，然后通过所述至少一个蒸馏过程。在此些实例中，可以使经过稀释的出料溶液循环通过至少第一逆向渗透过程，可以对逆向渗透渗透物进行蒸馏，可以使来自蒸馏过程的底物(例如，出料渗透物)经历至少第二逆向渗透过程，可以再循环逆向渗透渗透物(例如，纯水)以在进料溶液中使用、将其出售或用于其它目的。可以使在第一逆向渗透过程、蒸馏过程和第二逆向渗透过程中除去的所述一或多种溶质再循环到出料溶液中以重构出料溶液(例如，出料流)。在实施例中，在将第一逆向渗透渗透物引入到蒸馏过程中之前，可以使第二逆向渗透浓缩物再循环到第一逆向渗透渗透物流中。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含以本文所公开的方式中的任何方式使用本文所公开的系统中的任何系统。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含形成组成(例如，化学含量和浓度)与出料溶液的组成类似或相同的再生出料溶液。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含将水或至少一种另外的组分中的一或多种添加到所述至少部分再生的出料溶液中，以形成再生出料溶液。
在实施例中，使已经再生的出料溶液再循环穿过正向渗透系统的第二侧的动作1760可以包含使再生和/或回收的出料溶液循环穿过FO元件的第二侧。在实施例中，使已经再生的出料溶液再循环穿过正向渗透系统的第二侧可以包含使再生出料溶液加压到适合于在FO系统的第二侧中使用的压力和递送速率，如本文所公开的那些压力或速率中的任何压力或速率。
在实施例中，方法1700可以进一步包含由经过稀释的出料溶液产生渗透物流。例如，可以精制经过稀释的出料溶液以从中除去基本上所有非水组分。例如，方法1700可以包含使出料溶液循环通过至少一个另外的逆向渗透过程，然后通过所述至少一个蒸馏过程。在此些实例中，可以使经过稀释的出料溶液循环通过至少第一逆向渗透过程，可以在蒸馏过程中对逆向渗透渗透物进行蒸馏，可以使来自蒸馏过程的底物(例如，水)经历至少第二逆向渗透过程，并且可以再循环第二逆向渗透渗透物(例如，纯水)以在进料溶液中使用、将其出售或用于其它目的。在实施例中，渗透物流(第二逆向渗透渗透物)可以是基本上纯的水(例如，醇少于约0.1wt％且丙三醇少于约0.1wt％的水)。
在实施例中，方法1700可以进一步包含至少部分地重构经过浓缩的进料溶液。例如，至少部分地重构经过浓缩的进料溶液可以包含将水(例如，来自第二逆向渗透渗透物)添加到经过浓缩的进料溶液(例如，啤酒)中，以形成部分重构的进料溶液(例如，非醇啤酒)。例如，至少部分重构经过浓缩的进料溶液可以包含将水(例如，自来水、软化水、蒸馏水、净化水、过滤水、离子交换水、脱气水、市政用水、烹饪用水、开水、经处理的水、pH平衡水、从蒸馏设备140和/或至少第二RO元件150b再循环的水或任何其它类型的饮用水)和至少一种可渗透溶质添加到经过浓缩的进料溶液(例如，啤酒)中，以形成至少部分重构的进料溶液(例如，醇含量低于进料溶液的醇含量的啤酒)。在实施例中，至少部分重构经过浓缩的进料溶液可以包含将水添加到经过浓缩的进料溶液(例如，通过如本文所公开的技术中的任何技术等一或多种经过稀释的出料溶液回收技术回收的)中。例如，可以将如水RO渗透物等水与进料溶液或经过浓缩的进料溶液组合以至少部分地重构进料溶液或控制进料溶液中的所述一或多种溶质(例如，醇)的浓度。在实例中，将水添加到进料溶液中可以包含将本文所公开的任何水添加到进料溶液中，如使从经过稀释的出料溶液(例如，从中产生的RO渗透物、蒸馏底物或RO渗透物)的渗透物流中获得的水再循环到进料溶液中。
在实例中，方法1700可以包含保持进料溶液中的醇浓度或总量。例如，当期望保持本文所公开的系统中的任何系统中(例如，进料溶液或经过浓缩的进料溶液中)的一或多种溶质(例如，醇)时，可以从经过稀释的出料溶液和渗透物流中基本上完全回收所述一或多种溶质并且可以使所述一或多种溶质再循环回到进入正向渗透过程的进料溶液中。在此些实例中，方法1700可以包含在蒸馏过程之后使用至少一个另外的逆向渗透过程，以回收留在蒸馏过程的底物(例如，非馏出物液体)中的任何残余量的所述一或多种溶质。
图18是用于通过正向渗透浓缩醇溶液的方法1800的流程图。方法1800可以包含：将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中的动作1810；相对于醇饮料以逆流方式在正向渗透系统的第二侧中循环出料溶液的动作1820，所述出料溶液的醇浓度低于醇饮料中的醇浓度；在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作1830，相比于出料溶液，经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更高的醇浓度；以及从正向渗透系统的第一侧产生包含具有降低的醇含量和降低的水含量的经过浓缩的饮料的产物流的动作1840；由经过稀释的出料溶液再生出料溶液的动作1850；以及由经过稀释的出料溶液产生渗透物流的动作1860。在实施例中，可以以与如上文所呈现的顺序不同的顺序来进行动作1810-1860中的一或多个动作或者可以将其省略。
将醇饮料引入到FO系统的第一侧中的动作1810可以与上文在一或多个方面中所公开的动作1710类似或相同。例如，将醇饮料引入到FO系统的第一侧中可以包含将啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、蒸馏酒或其组合中的一或多种引入到FO系统的第一侧中。在实施例中，将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中可以包含使用具有聚酰胺支撑的FO膜来将第一侧与第二侧分离。
相对于醇饮料以逆流方式在FO系统的第二侧中循环出料溶液的动作1820可以与上文在一或多个方面中所公开的动作1720类似或相同，出料溶液的醇浓度比醇饮料中的醇浓度低。例如，相对于醇饮料以逆流方式在FO系统的第二侧中循环出料溶液可以包含循环醇浓度比进料溶液的醇浓度低至少1wt％(例如，低至少1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或10wt％或以上值中的任何值之间的范围)的出料溶液。例如，进入FO膜的出料溶液的醇可以少于0.25wt％，并且进入FO元件(例如，在其相对侧以逆流方式)的进料溶液的乙醇含量可以为至少约5wt％。在实施例中，在FO系统的第二侧中循环出料溶液可以包含循环总溶质含量高于进料溶液的总溶质含量的出料溶液(例如，出料溶液的丙三醇浓度可以高于醇饮料的总溶质含量)。在实施例中，出料溶液包含两种或超过两种溶质，如一或多种不可渗透溶质和一或多种不可渗透溶质(例如，分别地，乙醇和丙三醇)。在一些实例中，可以使出料溶液与进料溶液以并流配置循环。
在FO系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液的动作1830可以与上文在一或多个方面中所公开的动作1730类似或相同，相比出料溶液，经过稀释的出料溶液具有较高的水浓度和较高的醇浓度。例如，在FO系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液可以包含通过FO膜从进料溶液中除去乙醇。
从正向渗透系统的第一侧产生包含具有降低的醇含量和降低的水含量的经过浓缩的饮料的产物流的动作1840可以与上文在一或多个方面所公开的动作1740类似或相同。例如，产生包含具有降低的醇含量和降低的水含量的经过浓缩的饮料的产物流可以包含通过FO膜从醇饮料中除去至少一些水和至少一些醇。在实施例中，产生包含具有降低的醇含量和降低的水含量的经过浓缩的饮料的产物流可以包含产生与醇饮料相比具有更低的水含量和更低的醇浓度的经过浓缩的饮料。例如，产生包含具有降低的醇含量和降低的水含量的经过浓缩的饮料的产物流可以包含产生非醇饮料浓缩物(例如，从中除去了醇和水的啤酒)。在实施例中，产生包含具有降低的醇含量和降低的水含量的经过浓缩的饮料的产物流可以包含产生乙醇含量低于进料溶液的乙醇含量的醇饮料浓缩物。
由经过稀释的出料溶液再生出料溶液的动作1850可以与上文在一或多个方面中所公开的动作1750类似或相同。例如，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含对经过稀释的出料溶液进行低截留逆向渗透、逆向渗透或蒸馏中的一或多种。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含使经过稀释的出料溶液循环(cycling)(例如，循环(circulating))通过第一逆向渗透过程，然后通过至少第二逆向渗透过程。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含使经过稀释的出料溶液循环通过第一系列逆向渗透过程，然后通过至少第二系列逆向渗透过程。在实施例中，由经过稀释的出料溶液再生出料溶液可以包含使经过稀释的出料溶液循环通过至少一个蒸馏过程，如至少一个逆向渗透过程，然后是至少一个蒸馏过程。
由经过稀释的出料溶液产生渗透物流的动作1860可以包含通过RO(例如，低截留RO或高截留RO)、蒸馏或纳滤中的一或多种产生渗透物。在实施例中，由经过稀释的出料溶液产生渗透物流可以包含产生基本上纯的水渗透物流。例如，由经过稀释的出料溶液产生渗透物流可以包含通过至少一个RO过程产生渗透物、通过至少一个蒸馏过程对渗透物进行蒸馏以及由蒸馏过程的底物(例如，非蒸馏液体)产生第二渗透物。第二渗透物可以包含基本上纯的水，可以对所述基本上纯的水进行处理、可以将其再循环以在进料溶液中使用或者可以将其再循环以供随后使用经过浓缩的进料溶液来重构进料溶液。可以使从经过稀释的出料溶液、RO渗透物和底物中除去的所述一种或多种溶质(例如，醇和/或甘油)再循环以重构进料溶液或出料溶液中的一或多种。因此，可以使系统中的一或多种溶质保持处于所选量或浓度。方法1800可以包含保持进料溶液中的醇浓度或总量。例如，当期望保持本文所公开的系统中的任何系统中(例如，进料溶液或经过浓缩的进料溶液中)的一或多种溶质(例如，醇)时，可以从出料溶液和渗透物流中基本上完全回收所述一或多种溶质并且可以使所述一或多种溶质再循环回到进入正向渗透过程的进料溶液中。在此些实例中，方法1800可以包含在蒸馏过程之后使用至少一个另外的逆向渗透过程，以回收留在蒸馏问题的底物(例如，非馏出物液体)中的任何残余量的所述一或多种溶质。在将渗透物流引入到蒸馏设备中之前，可以将从所述至少一个另外的逆向渗透过程中回收的残余量的所述一或多种溶质与渗透物流组合。因此，可以从经过稀释的出料流中基本上完全地回收可渗透溶质，并且可以使其再循环以在再生出料流中使用。
在实施例中，方法1800可以进一步包含使已经再生的出料溶液再循环穿过正向渗透系统的第二侧。在实施例中，使已经再生的出料溶液再循环穿过正向渗透系统的第二侧可以与上文在一或多个方面中所公开的动作1760类似或相同。例如，使已经再生的出料溶液再循环穿过正向渗透系统的第二侧可以包含在泵中加压再生出料溶液以便以所选压力和/或速率向FO系统的第二侧提供所述再生出料溶液。
在实施例中，方法1800可以进一步包含将基本上纯的水渗透物中的至少一些(例如，来自一或多个出料流回收设备的渗透物流)与经过浓缩的饮料组合。在此些实施例中，可以形成至少部分重构的饮料。
在实施例中，方法1800可以包含在将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中之前，将来自出料流回收设备的渗透物(例如，基本上纯的水)中的至少一些与醇饮料组合。此添加可以用于将进入FO元件的醇饮料的醇含量稀释、保持或以其它方式控制为其中一或多种溶质的期望浓度，如以便在所得的经过浓缩的饮料中产生所选的一或多种溶质含量。
在实施例中，方法1800可以进一步包含将经过浓缩的饮料(例如，经过浓缩的进料溶液)中的至少一些与进入的原始进料溶液(例如，在FO元件之前)组合，以形成引入到FO元件中的进料溶液。方法1800可以进一步包含将基本上纯的水与组合的原始进料溶液和经过浓缩的饮料相组合，以形成进料溶液。以此方式，可以控制引入到FO元件中的所述一或多种溶质含量以在由FO元件产生的经过稀释的饮料中产生期望的一或多种溶质含量。因此，可以使经过浓缩的进料溶液和经过稀释的出料溶液的一或多种组分中的一或多种再循环穿过FO系统和相关方法，以在产物溶液中产生所选的一或多种可渗透溶质含量。
在实施例中，本文的系统和方法可以用于保持溶液(例如，进料溶液或醇饮料流)中的一或多种溶质(例如，醇)的浓度或量，同时从中除去水。例如，用于保持溶液中的一或多种溶质的量或浓度同时从中除去水的方法可以包含在出料溶液中利用浓度比进料溶液(或经过浓缩的进料溶液)中的浓度更高的至少一种可渗透溶质。所述方法可以包含将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中，在一或多个方面，所述动作可以与动作1110或1710类似或相同。所述方法可以包含使出料溶液循环穿过正向渗透系统的第二侧，所述出料溶液具有两种或超过两种的溶质，并且所述出料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度高于进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度，在一或多个方面，所述动作可以与动作1120或1720类似或相同。所述方法可以包含在正向渗透系统的第二侧生成经过稀释的出料溶液，相比出料溶液，所述经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更低的至少一种可渗透溶质浓度，在一或多个方面，所述动作可以与动作1130或1730类似或相同。所述方法可以包含从正向渗透系统的第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流，所述经过浓缩的进料溶液具有较低的水含量，并且所述经过浓缩的进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度高于进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度，在一或多个方面，所述动作可以与动作1140或1740类似或相同。所述方法可以包含由经过稀释的出料溶液再生出料溶液，在一或多个方面，所述动作可以与动作1150或1750类似或相同。所述方法可以包含使已经再生的出料溶液再循环穿过正向渗透系统的第二侧，在一或多个方面，所述动作可以与动作1760类似或相同。在实例中，所述至少一种可渗透溶质可以包含醇。例如，进料溶液可以包含醇饮料，如啤酒、葡萄酒或蒸馏酒中的一或多种。
所述方法可以包含使经过稀释的出料流循环穿过逆向渗透元件以从经过稀释的出料流中分离溶质(例如，可渗透溶质和/或不可渗透溶质)中的至少一些溶质。逆向渗透元件可以产生逆向渗透浓缩物(例如，截留物)和逆向渗透渗透物。可以进一步处理逆向渗透渗透物。例如，可以对逆向渗透渗透物进行蒸馏以从出料渗透物(例如，釜底物)中分离馏出物(例如，醇)。可以使馏出物再循环以再生出料流或再循环到进料流中。可以对蒸馏后剩余的出料渗透物进行进一步处理以从出料渗透物(例如，釜底物)中分离任何残留或剩余溶质，如以便产生基本上纯的水。可以在至少第二逆向渗透元件中处理出料渗透物以产生第二逆向渗透浓缩物(例如，基本上纯的醇或另一溶质)和第二逆向渗透渗透物(例如，基本上纯的水)。可以使第二逆向渗透浓缩物在进入蒸馏设备之前再循环到离开第一逆向渗透元件的逆向渗透渗透物中，以回收其中的一或多种溶质(例如，醇)。在实施例中，可以再循环从逆向渗透元件、蒸馏设备和第二逆向渗透元件中的一或多个中回收的一或多种溶质以再生出料溶液。
所述方法可以包含在将进料溶液引入到正向渗透系统中之前选择性地控制进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度。例如，在将进料溶液引入到正向渗透系统中之前，可以通过向进料溶液添加水或经过浓缩的进料溶液中的一或多种来控制进料溶液的所述至少一种可渗透溶质浓度，如本文关于图14所公开的。在实例中，在将进料溶液引入到正向渗透系统中之前选择性地控制进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度可以包含：感测或检测进料溶液、经过浓缩的进料溶液或经过稀释的出料溶液中的一或多种中的所述至少一种可渗透溶质(例如，醇)的浓度；以及响应于所述感测或检测而选择性地将水或经过浓缩的进料溶液中的一或多种添加到进料溶液中以控制进料溶液或经过浓缩的进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质。在实例中，可以连续地进行选择性控制(例如，添加水或经过浓缩的进料溶液)以在经过浓缩的进料溶液中保持所选醇浓度。
在实例中，向出料溶液添加水可以包含将以下中的一或多种添加到进料溶液中：自来水、软化水、蒸馏水、净化水、过滤水、离子交换水、脱气水、市政用水、烹饪用水、开水、经处理的水、pH平衡水、从蒸馏设备和/或至少第二RO元件再循环的水或任何其它类型的饮用水。在实例中，选择性地控制进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度可以包含使经过稀释的出料溶液循环通过至少第一逆向渗透系统，以提供与经过稀释的出料溶液相比具有较低浓度的所述两种或超过两种的溶质和至少一种可渗透溶质的第一逆向渗透渗透物。在实例中，选择性地控制进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度可以包含对第一逆向渗透渗透物进行蒸馏，以提供与逆向渗透渗透物相比具有较低浓度的所述两种或超过两种的溶质和至少一种可渗透溶质的第一逆向渗透渗透物。在实例中，选择性地控制进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度可以包含使底物循环通过至少第二逆向渗透系统，以提供作为基本上纯的水的第二逆向渗透渗透物。在实例中，选择性地控制进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度可以包含将水添加到进料溶液中。在实例中，将水添加到进料溶液中可以包含使来自第二逆向渗透渗透物的基本上纯的水再循环到进料溶液中。在实例中，进料溶液可以包含啤酒、葡萄酒或蒸馏酒，并且所述至少一种可渗透溶质可以包含甘油或醇中的一或多种。
上文所描述的方法和系统可以用于形成经过浓缩的啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、烈酒或其它醇溶液。上文所描述的方法和系统可以用于由先前含醇的饮料形成脱水的和/或非醇啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、烈酒或其它浓缩物。所述方法和系统还可以包含用于通过向经过浓缩的啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、烈酒、其它醇溶液或浓缩物有控制地添加至少水来对其进行重构的动作和部件。
可以在不脱离本公开的精神或基本特性的情况下使用本文所描述的实例的其它具体形式。所描述实施例应当在所有方面都仅被视为是说明性的而非限制性的。例如，本文所公开的系统的方法和部件的单独动作中的任何动作可以与本文所公开的其它方法和系统中的任何方法和系统一起使用。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由以上说明指定。落入权利要求的等效方案的含义和范围内的所有改变都将涵盖在权利要求的范围内。
Claims (52)
1.一种用于对溶液进行浓缩的方法，所述方法包括：
将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中；
相对于所述进料溶液以逆流方式使出料溶液循环穿过所述正向渗透系统的第二侧，所述出料溶液具有一或多种溶质，并且所述出料溶液的所述至少一种可渗透溶质的浓度低于所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度；
在所述正向渗透系统的所述第二侧中生成经过稀释的出料溶液，相比于所述出料溶液，所述经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更高的至少一种可渗透溶质浓度；
从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流，所述经过浓缩的进料溶液具有较低的水含量，并且所述经过浓缩的进料溶液的所述至少一种可渗透溶质的浓度小于所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的所述浓度；
由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液；以及
使已经再生的所述出料溶液再循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧。
2.根据权利要求1所述的方法，其中生成经过稀释的出料溶液以及产生产物流包含通过正向渗透膜从所述进料溶液中除去水。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一种可渗透溶质包含醇，并且其中生成经过稀释的出料溶液以及产生产物流包含通过正向渗透膜从所述进料溶液中除去醇。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述进料溶液包含啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、蒸馏酒或其组合，并且所述至少一种可渗透溶质包含醇。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述进料溶液的所述至少一种可渗透溶质的浓度比所述经过浓缩的进料溶液大至少约1wt％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述一或多种溶质包含可渗透溶质和不可渗透溶质的混合物，所述混合物的浓度被选择为产生具有所选可渗透溶质浓度的经过浓缩的进料溶液。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述出料溶液中的所述一或多种溶质中的至少一种溶质和所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质相同。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述出料溶液中的所述一或多种溶质包含醇和丙三醇。
9.根据权利要求1所述的方法，其中由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液包含对所述经过稀释的出料溶液进行低截留逆向渗透、逆向渗透或蒸馏中的一或多种。
10.根据权利要求1所述的方法，其中由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液包含使所述经过稀释的出料溶液循环通过第一逆向渗透过程，然后通过至少第二逆向渗透过程。
11.根据权利要求1所述的方法，其中由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液包含使所述经过稀释的出料溶液循环通过第一系列逆向渗透过程，然后通过至少第二系列逆向渗透过程。
12.根据权利要求1所述的方法，其中由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液包含使所述经过稀释的出料溶液循环通过至少一个逆向渗透过程，然后通过至少一个蒸馏过程。
13.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在第一逆向渗透元件中处理所述经过稀释的出料溶液以产生逆向渗透渗透物和逆向渗透截留物；
在蒸馏设备中对所述逆向渗透渗透物进行蒸馏以产生出料渗透物和馏出物；以及
处理来自所述蒸馏设备的所述出料渗透物以产生第二逆向渗透渗透物和第二逆向渗透浓缩物；
其中所述第二逆向渗透浓缩物包含所述至少一种可渗透溶质并且所述第二逆向渗透渗透物包含基本上纯的水。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括将所述第二逆向渗透浓缩物再循环到离开所述第一逆向渗透元件的所述逆向渗透渗透物中。
15.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括由所述经过稀释的出料溶液产生渗透物流。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述渗透物流为基本上纯的水。
17.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括至少部分地重构所述经过浓缩的进料溶液。
18.一种用于通过正向渗透来浓缩醇溶液的方法，所述方法包括：
将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中；
相对于所述醇饮料以逆流方式在所述正向渗透系统的第二侧中循环出料溶液，所述出料溶液的醇浓度低于所述醇饮料中的醇浓度；
在所述正向渗透系统的所述第二侧中生成经过稀释的出料溶液，相比于所述出料溶液，所述经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更高的醇浓度；
从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含经过浓缩的饮料的产物流，所述经过浓缩的饮料具有降低的醇含量和降低的水含量；
由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液；以及
由所述经过稀释的出料溶液产生渗透物流。
19.根据权利要求18所述的方法，其中将醇饮料引入到正向渗透系统的第一侧中包含将啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、蒸馏酒或其组合引入到所述正向渗透系统的所述第一侧中。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述出料溶液的醇含量比所述醇饮料的醇含量低至少1wt％。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述出料溶液所包含的总溶质含量高于所述醇饮料的总溶质含量。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述出料溶液包含丙三醇。
23.根据权利要求18所述的方法，其中再生所述出料溶液包含对所述经过稀释的出料溶液进行低截留逆向渗透、逆向渗透或蒸馏中的一或多种。
24.根据权利要求18所述的方法，其中再生所述出料溶液包含使所述经过稀释的出料溶液循环通过第一逆向渗透过程，然后通过至少第二逆向渗透过程。
25.根据权利要求18所述的方法，其中由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液包含使所述经过稀释的出料溶液循环通过第一系列逆向渗透过程，然后通过至少第二系列逆向渗透过程。
26.根据权利要求18所述的方法，其中由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液包含使所述经过稀释的出料溶液循环通过至少一个逆向渗透过程，然后通过至少一个蒸馏过程。
27.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
在第一逆向渗透元件中处理所述经过稀释的出料溶液以产生逆向渗透渗透物和逆向渗透浓缩物；
在蒸馏设备中对所述逆向渗透渗透物进行蒸馏以产生出料渗透物和馏出物；以及
在第二逆向渗透元件中处理来自所述蒸馏设备的所述出料渗透物以产生第二逆向渗透渗透物和第二逆向渗透浓缩物；
其中所述第二逆向渗透浓缩物包含所述至少一种可渗透溶质并且所述第二逆向渗透渗透物包含基本上纯的水。
28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括将所述第二逆向渗透浓缩物再循环到离开所述第一逆向渗透元件的所述渗透物流中。
29.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括使已经再生的所述出料溶液再循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧。
30.根据权利要求18所述的方法，其中由所述经过稀释的出料溶液产生渗透物流包含产生基本上纯的水渗透物流。
31.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括在将所述醇饮料引入到所述正向渗透系统的所述第一侧中之前，将水与所述醇饮料进行组合。
32.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括在将所述醇饮料引入到所述正向渗透系统的所述第一侧中之前，将所述经过浓缩的醇饮料中的至少一些与所述醇饮料进行组合。
33.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括在将所述醇饮料引入到所述正向渗透系统的所述第一侧中之前，通过向所述醇饮料添加水或经过浓缩的饮料中的一或多种而选择性地控制所述醇饮料中的一或多种溶质的浓度。
34.一种用于对溶液进行浓缩的系统，所述系统包括：
正向渗透元件，所述正向渗透元件包含将所述正向渗透元件的第一侧与所述正向渗透元件的第二侧分隔开的至少一个选择性可渗透的正向渗透膜；
含有一或多种可渗透溶质的溶液的供应器，所述供应器流体地耦接到所述第一侧；
出料溶液的供应器，所述供应器相对于所述第一侧以逆流方式可操作地耦接到所述第二侧，所述出料溶液的所述一或多种可渗透溶质的浓度小于所述溶液中的所述一或多种可渗透溶质的浓度，并且所述出料溶液的总溶质浓度高于所述溶液的总溶质浓度；以及
至少一个出料溶液再生设备，所述出料溶液再生设备可操作地耦接到所述第二侧并且被配置成从中接收输出物。
35.根据权利要求34所述的系统，其进一步包括可操作地耦接到所述第一侧的输出导管，所述输出导管被配置成从所述第一侧接收通过对所述溶液的正向渗透处理而产生的经过浓缩的溶液。
36.根据权利要求34所述的系统，其中所述至少一个出料溶液再生设备包含逆向渗透设备、低截留逆向渗透设备或蒸馏设备中的至少一个。
37.根据权利要求34所述的系统，其中所述至少一个出料溶液再生设备包含至少一系列逆向渗透设备和至少一个蒸馏设备。
38.根据权利要求34所述的系统，其中所述至少一个出料溶液再生设备包含：
第一逆向渗透元件，所述第一逆向渗透元件可操作地耦接到所述正向渗透元件的所述第二侧以从中接收经过稀释的出料流并且产生第一逆向渗透渗透物和第一逆向渗透浓缩物；
蒸馏设备，所述蒸馏设备可操作地耦接到所述第一逆向渗透元件以从中接收所述
第一逆向渗透渗透物并且产生馏出物和出料渗透物；以及
第二逆向渗透元件，所述第二逆向渗透元件可操作地耦接到所述蒸馏设备以从中接收所述出料渗透物并且产生第二逆向渗透渗透物和第二逆向渗透浓缩物。
39.根据权利要求38所述的系统，其中所述第二逆向渗透浓缩物可操作地耦接到所述第一出料渗透物。
40.根据权利要求38所述的系统，其中所述至少一个出料溶液再生设备包含：
第一系列出料溶液再生设备，其包含一或多个逆向渗透设备、低截留逆向渗透设备或蒸馏设备中的至少一个；以及
至少第二系列出料溶液再生设备，其包含一或多个逆向渗透设备、低截留逆向渗透设备或蒸馏设备中的至少一个。
41.根据权利要求38所述的系统，其中所述第一系列出料溶液再生设备和所述至少第二系列出料溶液再生设备相对于彼此并联布置。
42.根据权利要求38所述的系统，其中所述第一系列出料溶液再生设备和所述至少第二系列出料溶液再生设备相对于彼此串联布置。
43.根据权利要求34所述的系统，其中所述至少一个出料溶液再生设备的截留侧流体地耦接到所述出料溶液的所述供应器并且被配置成向其供应至少部分再生的出料溶液。
44.根据权利要求34所述的系统，其中所述至少一个出料溶液再生设备的渗透侧流体地耦接到所述溶液的所述供应器或所述正向渗透元件的产品侧中的一或多个，并且被配置成向其供应水渗透物。
45.一种用于保持溶液中的一或多种溶质的量同时从其中除去水的方法，所述方法包括：
将具有至少一种可渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中；
使出料溶液循环穿过所述正向渗透系统的第二侧，所述出料溶液具有一或多种溶质，并且所述出料溶液的所述至少一种可渗透溶质的浓度大于所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的浓度；
在所述正向渗透系统的所述第二侧中生成经过稀释的出料溶液，相比于所述出料溶液，所述经过稀释的出料溶液具有更高的水浓度和更低的至少一种可渗透溶质浓度；
从所述正向渗透系统的所述第一侧产生包含经过浓缩的进料溶液的产物流，所述经过浓缩的进料溶液具有较低的水含量，并且所述经过浓缩的进料溶液的所述至少一种可渗透溶质的浓度高于所述进料溶液中的所述至少一种可渗透溶质的所述浓度；
由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液；以及
使已经再生的所述出料溶液再循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧。
46.根据权利要求45所述的方法，其中由所述经过稀释的出料溶液再生所述出料溶液包含：
在第一逆向渗透元件中处理所述经过稀释的出料溶液以产生第一逆向渗透渗透物和第一逆向渗透浓缩物；
在蒸馏设备中对所述第一逆向渗透渗透物进行蒸馏以产生出料渗透物和馏出物；以及
用至少第二逆向渗透元件来处理来自所述蒸馏设备的所述出料渗透物以产生第二逆向渗透渗透物和第二逆向渗透浓缩物；
其中所述第二逆向渗透浓缩物包含所述至少一种可渗透溶质并且所述第二逆向渗透渗透物包含水。
47.根据权利要求46所述的方法，其进一步包括将所述第二逆向渗透浓缩物再循环到离开所述第一逆向渗透元件的所述第一逆向渗透渗透物中。
48.根据权利要求45所述的方法，其中所述至少一种可渗透溶质包含醇。
49.根据权利要求45所述的方法，其中所述进料溶液包含啤酒、葡萄酒或蒸馏酒中的一或多种。
50.根据权利要求45所述的方法，其进一步包括在将所述进料溶液引入到所述正向渗透系统的所述第一侧中之前，向所述进料溶液添加水。
51.根据权利要求45所述的方法，其中所述进料溶液包含啤酒、葡萄酒或蒸馏酒并且所述至少一种可渗透溶质包含醇。
52.根据权利要求45所述的方法，其中使出料溶液循环穿过所述正向渗透系统的第二侧包含相对于所述第一侧中的所述进料溶液以逆流方式使所述出料溶液循环穿过所述第二侧。
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