相关申请案的交叉参考
本申请案主张2015年6月24日申请的美国临时申请案第62/184,159号的优先权，所述申请案的全部内容出于任何目的而以引用的方式并入本文中。
背景技术：
用于使酒精溶液脱水的现有技术包含热工艺(例如蒸馏、蒸发)和流体静压力驱动膜工艺(例如反渗透、纳米过滤、超滤)。由于高能量消耗、挥发性有机化合物(voc)的损耗及对风味、香味和口味重要的蛋白质结构的改性，热工艺对于酒精溶液的浓度可为不利的。压力驱动膜工艺可受到酒精和voc的不良保持力及流体静压力限制的限制。
技术实现要素：
本发明揭示使溶液脱水的方法。一种实例方法包含将具有一或多种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渗透溶质的汲取溶液循环通过所述正向渗透系统的第二侧，所述汲取溶液具有大于或等于所述进料溶液中的所述一或多种渗透溶质中的至少一个物种的渗透溶质浓度。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的所述第二侧中产生稀释汲取溶液，所述稀释汲取溶液相比于所述汲取溶液具有较高的水浓度。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浓缩进料溶液的产物流，所述浓缩进料溶液相比于所述进料溶液具有较高的所述一或多种渗透溶质中的所述至少一个物种的浓度。
本发明揭示使用正向渗透使酒精饮料脱水的方法。一种实例方法包含将酒精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中循环汲取溶液，所述汲取溶液具有大于或等于所述酒精饮料的酒精浓度。所述实例方法包含在所述正向渗透系统的所述第二侧中产生稀释汲取溶液，所述稀释汲取溶液相比于所述汲取溶液具有较高的水浓度。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浓缩酒精饮料的产物流。所述实例方法包含从所述稀释汲取溶液再生所述汲取溶液。所述实例方法进一步包含从所述稀释汲取溶液产生渗透流。
本发明揭示用于使酒精溶液脱水的系统。一种实例系统包含正向渗透元件，所述正向渗透元件包含分离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的至少一个选择性渗透正向渗透膜。所述实例系统包含在所述第一侧中的酒精溶液。所述实例系统包含在所述第二侧中的汲取溶液，所述汲取溶液相比于所述酒精溶液具有较高的酒精重量百分比。
本发明揭示使溶液脱水的方法。一种实例方法包含将具有一或多种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渗透溶质和一或多种非渗透溶质的汲取溶液循环通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中产生稀释汲取溶液，所述稀释汲取溶液相比于所述汲取溶液具有较高的水浓度。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浓缩进料溶液的产物流，所述浓缩进料溶液具有所述一或多种渗透溶质中的至少一个物种的所要浓度；其中所述汲取溶液中的所述一或多种渗透溶质和所述一或多种非渗透溶质的组合渗透压力大于所述浓缩进料溶液的渗透压力。
在无限制的情况下，来自所揭示的实施例中的任一者的特征可彼此组合而使用。另外，所属领域的技术人员通过考虑下列详细描述和附图将变得明白本发明的其它特征和优点。
附图说明
为了更好理解，已由贯穿各种附图的相同参考数字指定相同元件。应理解，这些图式仅描绘本发明的实施例且因此不被视为限制其范围，将通过使用附图凭借额外特殊性和细节描述和说明本发明的实施例，其中：
图1是根据本文中所描述的实例的用于从溶液移除一或多种组分的顺流正向渗透系统的框图；
图2是根据本文中所描述的实例的用于从溶液移除一或多种组分的逆流系统的框图；
图3是根据本文中所描述的实例的用于使酒精溶液脱水的逆流正向渗透系统的框图；
图4是根据本文中所描述的实例的用于使酒精溶液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回收汲取溶液的蒸馏设备；
图5是根据本文中所描述的实例的用于使酒精溶液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经由反渗透回收汲取溶液的反渗透元件；
图6是根据本文中所描述的实例的用于使酒精溶液脱水的正向渗透系统的框图，所述正向渗透系统经配置用于通过反渗透和蒸馏回收汲取溶液；
图7是根据本文中所描述的实例的用于使酒精溶液脱水的正向渗透系统的框图；
图8是根据本文中所描述的实例的用于使酒精溶液脱水且经配置用于经由多个反渗透操作回收汲取溶液的正向渗透系统的框图；
图9是根据本文中所描述的实例的用于使溶液脱水且经配置用于经由多个反渗透操作回收汲取溶液的正向渗透系统的框图；
图10是根据本文中所描述的实例的用于使溶液脱水的方法的流程图；
图11是根据本文中所描述的实例的用于经由正向渗透使酒精溶液脱水的方法的流程图；
全部根据本发明的至少一些实施例而布置。
具体实施方式
本文中所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渗透溶质的溶液移除水的方法及其系统。可使用fo选择性地分离一或多种溶质(例如溶剂系统的溶解、分散或悬浮组分)与一或多种溶剂。一或多种溶质可包含至少部分溶解、分散或悬浮的糖、酒精、挥发性有机化合物(voc)、蛋白质、盐、糖醇，或能够经由fo在过滤膜处过滤(例如保持或移除)的液体系统的其它组分，或前述各者中的任一者的组合。溶质可包含能够跨过fo膜的渗透溶质，例如乙醇、甲醇、乙二醇等等。溶质可包含基本上无法跨过fo膜(除了可忽略的通量以外)的非渗透溶质，例如氯化钠、氯化镁、硫酸镁、甘油、果糖、葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇等等。
在本文中所揭示的实例方法和系统中，具有一或多种渗透溶质的较低浓度的第一溶液(例如进料溶液)沿着半渗透膜的第一侧通过，而具有较高渗透压力(例如一或多种渗透溶质的较高浓度)的第二溶液(例如汲取溶液)沿着半渗透膜的第二侧通过。将一或多种溶剂(例如水)和/或渗透溶质(例如甲醇、乙醇、乙二醇、锂、质子、ph、乳酸、乙酸、柠檬酸、硼和氧化硼、氢氧化物、氨等等)从进料溶液汲取到汲取溶液中，同时选择性地保持一或多种非渗透溶质(例如基本上无法通过fo膜(除了可忽略的量以外)的溶质，例如蛋白质、香精化合物、葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油等等)，由此浓缩进料溶液而稀释汲取溶液。虽然应理解，材料的渗透性取决于相对于特定材料的膜材料，但是如本文中所使用，术语“渗透”和“非渗透”是指特定溶质跨越fo膜的渗透性(忽视相同溶质相对于ro膜的渗透性)。在一些实施例中，非渗透溶质可构成浓缩于进料溶液中以产生进料浓缩物的物质。在一些实施例中，汲取溶液中存在的非渗透溶质可为浓缩工艺提供驱动力(渗透压力差)。半渗透膜对一或多种非渗透溶质的保持力可为99％或更高或95％或更高或90％或更高且可特定于所述特定膜及溶质组合且可受到例如温度、通量等等的操作条件的影响。半渗透膜对一或多种渗透溶质的保持力可小于99％或可小于95％或90％或更小且可特定于所述特定膜及溶质组合且可受到例如温度、通量等等的操作条件的影响。本文中跨越fo膜的一或多种渗透溶质和/或非渗透溶质的净通量可为零(例如一些正通量或负通量跨越整个fo膜衡消)。可在普通大气压下使用进料溶液和汲取溶液两者实行此工艺。类似于反渗透(ro)的fo膜可优先地抑制特定渗透和/或非渗透溶质。
当通过正向渗透浓缩具有多种组分(例如水、乙醇、碳水化合物等等)的进料流时，一种组分(例如乙醇)对另一组分(例如碳水化合物)的保持力可能不良(例如小于70％)。通过将选自多种组分(例如乙醇、乙二醇、甘油、蔗糖等等)的一或多种特定组分(例如，例如乙醇的渗透溶质和/或例如甘油、蔗糖等等的非渗透溶质)添加到汲取溶液，本文中的分离系统可保持进料流中的一或多种特定组分(例如乙醇)同时至少部分地移除(例如脱水)进料中的至少一些其它组分或溶剂(例如水)。本文中还揭示利用各种压力驱动膜和蒸馏工艺的重构汲取溶液中存在的脱水酒精溶液的方法。
本文中所揭示的方法和系统的实例利用正向渗透进行液体分离。正向渗透(fo)通常是指跨越半渗透膜运输液体(例如水)同时抑制溶质的工艺。fo工艺使用半渗透膜及具有进料流中的一或多种组分的较高浓度以提供较高渗透压力的汲取流使进料流脱水(浓缩)。不同于典型流体静压力驱动膜工艺，fo中的驱动力—至少一种液体和/或溶质组分(例如水)从进料流到汲取流的转移—是从两种流的化学势产生的渗透压力差。所揭示的实例方法和系统可特别用于使酒精溶液脱水。脱水通常是指从材料(例如固体或另一(水)溶液)移除水。包含fo元件的分离系统可用于处理溶液(例如其中具有乙醇的水溶液)，所述溶液可包含酒精饮料。通常，可使用本文中所描述的系统和方法使任何溶液(例如含水液体、酒精和一或多种其它渗透溶质)脱水。包含于进料溶液(例如酒精溶液)中的酒精通常可为任何酒精，例如乙醇、甲醇等等。实例(酒精)溶液可包含啤酒、麦芽饮料、烧酒、发酵培养液(例如用于乙醇生产)、香精提取物、染料提取物、葡萄酒或其组合。
虽然某些溶液、蒸馏物、渗透物、浓缩物、产物等等在本文中被描述为“流”，但是应理解，“流”可含有所述溶液、蒸馏物、渗透物、浓缩物、产物等等。如本文中所使用的术语“流”意欲包含溶液的流量或体积的含义且并不意欲要求所述流具有恒定流量。
本文中所揭示的实例fo系统和方法允许溶液在环境压力和温度下脱水，同时允许选择性地保持渗透溶质，例如酒精、挥发性有机化合物(voc)、糖等等。有利地，可用比运输和/或运送完全水合溶液更有效的方式运输和运送脱水溶液。接着可在消费之前重构脱水溶液。以此方式，例如，啤酒可被脱水以形成脱水啤酒溶液且可以脱水形式被包装和运送。在接收时，消费者(或零售店)可重构脱水啤酒溶液以供消费。可通过添加碳酸水或由消费者或饮料机重构脱水啤酒溶液。本文中所描述的实例系统和方法可有利地采用fo来进行脱水，此可改进脱水溶液中的风味保持力，使得重构溶液(例如重构脱水啤酒溶液)保持相同或类似于脱水之前的原始溶液的风味。因此，本文中所揭示的fo系统和技术可在不显著地更改或降低酒精饮料的产物流或风味的营养或组分(例如在重构时)的情况下使酒精溶液脱水。浓缩(例如脱水)所述溶液的益处可包含减少运输成本、减少voc损耗、增加稳定性和保质期，及制造独特消费品(例如脱水酒精饮料)。
本文中所描述的实例的益处和优点经提供以促进对本文中所描述的实例系统的了解。应理解，所述益处和优点仅为示范性的，且并非本文中所描述的所有实例都可具有所描述的益处和优点中的全部或甚至任一者。
本文中用于分离溶液或混合物的液体组分(例如脱水)的实例系统通常可包含：主要流体输入，其提供含有进料溶液(例如酒精饮料或溶液)的进料流；fo膜；及至少一个流体输出，其包含含有脱水酒精溶液(例如酒精溶液浓缩物)的浓缩进料流。可产生含有稀释汲取溶液的稀释汲取流，所述稀释汲取流可提供第二输出—通常主要含有水的渗透流。本文中的实例系统还可包含汲取流输入，其提供含有汲取溶液的汲取流，所述汲取溶液相比于进料流和/或浓缩进料流具有较高的一或多种组分(例如渗透和/或非渗透溶质)的浓度。虽然包含酒精饮料的酒精溶液被用作其中具有渗透溶质的溶液的实例，但是应理解，除了酒精以外或代替酒精的渗透溶质也可在每一实例中予以考虑且可与所描述的实例酒精互换地使用或另外使用。
图1是用于从溶液移除一或多种组分的顺流fo系统100的框图。系统100被配置为顺流系统。即，进料流112和汲取流122两者的总体流动在相同方向上行进通过系统100中的fo元件110。系统100包含进料流源114，其将至少一些进料流112提供到至少一个fo元件110。系统100进一步包含至少一个汲取流源124，其以流体方式耦合到至少一个fo元件110且经配置以将汲取流122提供到至少一个fo元件110。进料流112可存在于fo元件110中且在fo元件110的第一侧115中行进通过fo元件110。汲取流122可存在于fo元件110中且在fo元件110的第二侧125中行进通过fo元件110。第一侧115和第二侧125被安置在其间的至少一个fo膜130分离。至少一个fo元件110可包含fo外壳(例如液密容器或组合件)，其至少部分地界定其中定位fo膜130及第一侧115和第二侧125的内部区域。虽然第一侧115被描述为进料侧且第二侧125被描述为汲取侧，但是名称第一和第二只是为了区别元件且并不意指限制系统100的元件或配置。例如，第一侧115和第二侧125可包含单独的体积、层、蜿蜒路径等等，只要第一侧115与第二侧125例如经由其间的至少一个fo膜130而至少部分地化学分离即可。
随着进料流112和汲取流122行进通过fo元件110，进料流112的一或多种渗透溶质可通过fo膜130渗透到汲取流122中。进料流112可包含待浓缩(例如脱水)的进料溶液，例如含有本文中所揭示的渗透溶质的任何组合的溶液(例如酒精溶液)。汲取流122可包含其中具有进料流112的一或多种共同组分(例如溶剂、渗透和/或非渗透溶质)的汲取溶液。例如，汲取流122可包含以下各者中的一或多者：酒精、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中发现的任何其它组分。又一种渗透溶质(例如酒精)和/或非渗透溶质(例如甘油)的存在或又一种渗透溶质和/或非渗透溶质到汲取流122的添加可有效地在脱水时选择性地控制进料流112中的又一种渗透溶质的保持力。汲取流122中存在的进料流112的一或多种共同组分(例如进料流和汲取流两者中的渗透和/或非渗透溶质)的相等或较高量可限制或防止所述一或多种共同组分从进料流112跨过fo膜130到汲取流122中。例如，汲取流122中存在的等于或高于进料流112的酒精和乙二醇量可导致水优先地从进料流112经由fo膜130移除同时保持净酒精和乙二醇量。在汲取流122中不存在酒精的情况下，酒精可容易地从进料流112净转移到汲取流122，使得最终浓缩进料流116将具有减小的酒精浓度。在一些实施例中，汲取流中的至少两种渗透溶质和/或非渗透溶质的组合可用于提供有效地限制一或多种渗透溶质(例如乙醇)从进料流迁移到汲取流的足够渗透压力量。例如，一或多种渗透溶质和非渗透溶质的组合可在汲取流中引起比进料流中存在的渗透压力总体更高的渗透压力，由此引起溶剂(例如水)跨越fo膜的选择性渗透同时基本上完全保持进料流中的渗透溶质(例如乙醇)。例如，汲取流122中存在的等于或高于进料流112中的乙醇量的酒精和乙二醇组合量可导致水优先地从进料流112经由fo膜130移除同时保持酒精。在一些实施例中，渗透或非渗透溶质中的至少一者可并非为进料流和汲取流所共有。
由于通过fo膜130移除进料流112的至少一种流体组分(例如，例如水的溶剂)而使进料流112浓缩在fo元件110中，故产生浓缩进料流116(例如浓缩酒精溶液)。浓缩进料流116可被引导到以流体方式耦合到fo元件110的第一侧115的一或多个下游产物组件118。由于通过经由fo膜130从进料流112添加一或多种组分(例如水)而稀释汲取流122(例如汲取溶液)，故系统100产生稀释汲取流126(例如具有类似于或高于汲取流进入fo元件110时存在的例如水的一或多种组分的浓度的汲取流)。稀释汲取流126可被引导到以流体方式耦合到fo元件110的第二侧125的一或多个下游汲取组件128。
进料流源114可包含以下各者中的一或多者：罐、加压泵、阀、管道、导管、软管、温度控制元件等等。进料流源114以流体方式耦合(例如以铅管装设)到fo元件110的第一侧125。进料流源114可经配置以将进料流112的所要进料速率和/或压力选择性地提供到fo元件110。汲取流源124可包含以下各者中的一或多者：罐、加压泵、阀、管道、导管、软管、温度控制元件等等。汲取流源124以流体方式耦合到fo元件110的第二侧125。汲取流源124可经配置以将进料流112的所要进料速率和/或压力选择性地提供到fo元件110。
fo元件110可为任何fo元件或元件阵列，包含但不限于螺旋盘绕式fo元件或标准(可潜)板框式fo元件。fo元件110的fo膜130可包含任何渗透膜，例如经配置以允许进料流的一或多种组分通过其中同时抑制进料流的一或多种组分的选择性渗透膜。在一些实例中，fo膜130可为其中包含聚合材料的聚合膜，例如聚酰胺、醋酸纤维素、芳族聚酰胺、聚(偏二氟乙烯)、聚丙烯腈、聚砜，或适合于用作fo膜的任何其它聚合物材料。在一些实例中，fo膜可包含薄膜复合物膜，包含上文所揭示的聚合物材料中的任一者中的一或多者。在一些实例中，fo膜130可包含支撑一或多个功能层的一或多个支撑层，例如一或多个聚酰胺薄膜层。在一些实施例中，fo膜130可包含fo膜阵列，其可经布置成并联或串联或并联与串联的任何组合。适用于本文中所描述的fo系统中的fo元件、fo膜和其组件的实例可包含以下各者中所描述的实例中的任一者：2011年9月30日申请的美国专利第8,920,654号；2013年10月20日申请的美国专利申请案14/137,903；2014年3月14日申请的pct申请案pct/us2014/029227；及2014年3月14日申请的pct申请案pct/us2014/029332，所述各者中的每一者的全部内容出于任何目的而以引用的方式并入。
以流体方式耦合到第一侧115的一或多个下游产物组件118可包含以下各者中的一或多者：管线、存储罐、净水器、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、个别包装(例如小桶、瓶等等)。一或多个下游汲取组件128可包含以下各者中的一或多者：管线、导管、存储罐、泵、温度控制装置(例如冰箱)、一或多个汲取溶液回收(例如再生)设备、废料存储装置、渗透物存储装置等等。在一些实施例中，一或多个汲取溶液回收或再生设备可包含反渗透(ro)元件(例如低抑制或标准反渗透设备)或一或多个蒸馏设备。
在使用中，可由泵(例如进料流源114)对进料溶液(例如5％abw酒精)加压以形成低压进料流112。至少一个fo元件110可接收进料流112且分配浓缩进料流116(例如30％abw，处于2gpm)。可由泵(例如汲取流源124)对汲取溶液(例如40％abw，处于30gpm)加压以形成低压汲取流122。汲取流122可包含水、渗透溶质(例如乙醇)和至少一种非渗透溶质(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可接收低压汲取流122且分配稀释汲取流126(例如30％abw，处于40gpm)。汲取流和/或进料流中的渗透溶质可包含本文中所揭示的渗透溶质中的任一者。在fo元件110中，至少一些水可从进料流112跨越进料流112与汲取流122之间的至少一个fo膜130渗透到汲取流122。可在进料流112中保持至少一些酒精或其它渗透溶质，使得在使进料流112脱水时在进料流112中维持酒精或其它渗透溶质的总量，从而产生浓缩进料流116(例如30％abw)。
在一些实施例中，浓缩进料流116中的相对酒精含量(相较于进料流112)可增加至少约5％abw，例如约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，至少一些酒精可从汲取流122渗透到进料流112。替代地，至少一些酒精(和/或其它渗透溶质)可从进料流112渗透到汲取流122，使得酒精(和/或其它渗透溶质)浓度在浓缩进料流116中减小。例如，浓缩进料流116的相对酒精含量相较于进料流112可减小至少约1％abw，例如约1％abw到约40％abw、约5％abw到约20％abw或小于约40％abw。虽然酒精被用作本文中的实例，但是可使用进料流和汲取流的其它渗透溶质获得类似或相同于本文中所揭示的结果中的任一者的结果，所述其它渗透溶质是例如乙二醇、溶解盐等等(例如其中组分浓度以重量％而非％abw为单位)。
在具有fo膜130阵列(例如在挡板式fo元件中)或fo元件110阵列的一些实例(未展示)中，可由阵列开端处的同一fo元件110接收进料流112和汲取流122，且可由阵列尾端处的同一fo元件分配浓缩进料流116和稀释汲取流126。顺流操作可与螺旋盘绕式元件一起使用。用从进料流到汲取流的正和低(例如1到5psi)压操作的跨膜压力的控制可改进渗透溶质抑制且对汲取组分与进料的分离有显著影响。适合压力可包含约0.5psi或更多，例如约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。
在顺流流态中，汲取流122和/或稀释汲取流126中的最终酒精(和/或其它渗透或非渗透溶质)浓度可大于或等于浓缩进料流116的最终酒精(和/或其它渗透溶质)浓度，例如30％abw。在一些实例中，可在汲取流122和/或稀释汲取流126中使用过量酒精以在脱水时维持进料流112中的酒精的高保持力。因为在水从进料流转移到汲取流时稀释汲取流，所以过量酒精(或其它渗透汲取组分)可用于保持进料中的酒精，这被称为稀释浓度极化。因此，可使用汲取流中的过量酒精以具有有效浓度差。另外，渗透穿过膜的水可与一些渗透溶质(例如酒精)形成氢键且增加相对于未与水形成氢键的渗透溶质的渗透性。在一些实施例中，过量酒精(和/或其它渗透溶质)甚至在汲取溶液稀释之后仍保持过量，过量酒精的量可存在于汲取流122或稀释汲取流126中。在一些实例中，可使用比进料流112大0％abw到约60％abw的过量酒精含量。例如，稀释汲取流126中的最终酒精浓度可比浓缩进料流116的最终酒精浓度多至少约1％abw，例如多约1％abw到约60％abw、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40％abw、多约25％abw到约35％abw、多约1％abw到约20％abw、多约20％abw到约40％abw、多约40％abw到约60％abw、多约1％abw到约5％abw、多约1％abw到约10％abw、多约5％abw到约15％abw、多约10％abw到约20％abw或比浓缩进料流116的最终酒精浓度多少于约60％abw。已发现，具有比相关联浓缩进料流116的最终酒精含量大至少约5％abw(例如大10％abw)的最终酒精浓度(或组合渗透溶质和/或非渗透溶质浓度)的稀释汲取流126(和前体汲取流122)对在浓缩进料流116中产生所要酒精水平特别有效。例如，浓缩进料溶液的最终酒精浓度可为约30％abw而稀释汲取流的最终酒精浓度可为至少约40％abw。
可通过控制以下各者中的一或多者选择性地调整渗透fo膜130到汲取溶液中的进料流112的一或多种组分(例如，例如水的溶剂和/或渗透溶质)的物种和渗透程度(例如量)：汲取流122的汲取溶液的一或多种渗透溶质(和/或非渗透溶质)的量(例如浓度)和/或物种(例如酒精含量)；与进料流112和汲取流122接触的fo膜130的表面积；到fo元件110中的进料流112和汲取流122中的一者或两者的进料速率；到fo元件110中的进料流112和汲取流122中的一者或两者的压力(和跨越fo膜130的相关流体静压力)；或到fo元件110中的进料流112和汲取流122中的一者或两者的温度。具体来说，汲取流122中使用的过量酒精(例如乙醇)和/或其它渗透或非渗透溶质的量可取决于以下各者中的一或多者：流动速率、脱水速率、回收速率、温度、进料流组合物、汲取流组合物、与所述流接触的膜表面积、膜类型、第一和/或第二侧中的压力等等。
本文中所揭示的系统的不同组件中的每一者可经由一或多个导管(例如管道、管、软管等等)、阀、泵等等以可操作方式(例如以流体方式)耦合在一起。出于简洁起见，框图的组件被展示为其间具有箭头。应理解，每一箭头可表示一或多个导管、阀、罐、泵，或系统的组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经配置成逆流配置。图2是用于从溶液移除一或多种组分的逆流系统200的框图。在逆流系统中，进料流和汲取流在相反方向上行进通过fo元件。相较于顺流流动，逆流处理可允许使用减少量的渗透和非渗透溶质，这是因为渗透和非渗透溶质浓度以及进料流和汲取流之间的渗透压差可为本质上恒定的。相较于顺流处理，逆流处理可允许使用减少量的渗透和非渗透溶质，这是因为进料流和汲取流之间的浓度差可为本质上恒定的。系统200包含：进料流源114，其供应进料流112；至少一个fo元件110，其包含至少一个fo膜130；及一或多个下游产物组件118，其经配置以接收浓缩进料流116，如上文所描述。系统200包含：汲取流源124，其供应汲取流122；及一或多个下游汲取组件128，其含有稀释汲取流126。如所展示，汲取流122行进通过fo元件110的第二侧125的方向是进料流112流动通过fo元件110的第一侧115的相反方向。在一些实例中，逆流配置的优点可为初始汲取流122酒精和/或其它渗透溶质浓度可等于或不必显著超过(例如仅约1％abw到约5％abw)进料流112浓缩酒精浓度。在一些实例中，汲取流122酒精和/或其它渗透溶质含量中的少量过量(超过使酒精溶液有效脱水的量)可用来取代或抵消汲取流回收中的酒精和/或其它渗透溶质损耗(例如纳米过滤(nf)/ro渗透或蒸馏)。
在一些实例中，可使用(例如容忍)进料流112和/或浓缩进料流116中的少量酒精损耗(例如大于0％abw到约3％abw)以避免添加过量酒精到汲取流122。在此类实例中，汲取流122中的酒精量可等于或稍微小于(例如小0％abw到3％abw)进料流112和/或浓缩进料流116中的酒精含量。
在使用期间，可由泵(例如进料流源114)对进料溶液(例如5％abw，处于12gpm)加压以形成低压进料流112。fo元件110可接收进料流112且分配浓缩进料流116(例如30％abw，处于2gpm)。可由第二泵(例如汲取流源124)对汲取溶液(例如30％abw，处于2gpm)加压以形成低压汲取流122。fo元件110可接收低压汲取流122且分配稀释汲取流126(例如5％abw，处于12gpm)。水可从进料流112经由进料流112和汲取流122之间的fo膜130渗透到汲取流122。
在一些实施例中，fo系统可包含多于一个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)可以铅管装设成具有沿着阵列的中间级处的高浓度汲取溶液或纯渗透和/或非渗透溶质(例如酒精)的中间注射的逆流配置。这些配置可允许渗透和非渗透溶质添加到系统，从而增加驱动力(例如由化学势引起的渗透压力)，同时平衡沿着fo膜阵列的汲取溶液中的渗透和非渗透溶质(例如乙醇)浓度。
图3是用于使酒精溶液脱水的逆流fo系统300的框图。逆流fo系统300包含到稀释汲取流中的酒精(或高浓度酒精溶液)的一或多个中间注射(端口)。系统300包含串联地以流体方式耦合(例如以铅管装设)的多个fo元件100a到110c。系统300包含以可操作方式耦合到第一fo元件110a的进料流源114。第一fo元件110a包含至少部分地界定其中的第一侧115a和第二侧125a的第一fo膜130a。第一fo元件110a的第一侧115a以流体方式耦合到第二fo元件110b。第二fo元件110b包含至少部分地界定其中的第一侧115b和第二侧125b的第二fo膜130b。第二fo元件110b的第一侧115b以流体方式耦合到第三fo元件110c。第三fo元件110c包含至少部分地界定其中的第一侧115c和第二侧125c的第二fo膜130c。fo元件110a到110c的第一侧115a到115c耦合在一起以形成系统300的整体第一侧。系统300的第一侧可包含与fo元件110a到110c的第一侧115a到115c进行流体连通的一或多个组件，例如进料流源114。
随着进料流112通过一系列fo元件110a到110c，进料流112变得越来越浓缩。例如，随着进料流112通过第一fo元件110a的第一侧115a，进料流112脱水(例如浓缩)以形成相比于进料流112具有较高的酒精浓度的浓缩进料流116a。随着浓缩进料流116a通过第二fo元件110b的第一侧115b，浓缩进料流116a进一步浓缩(例如脱水)以形成相比于进料流112和浓缩进料流116a中的一者或两者具有较高的酒精浓度的第二浓缩进料流116b。随着第二浓缩进料流116b通过第三fo元件110c的第一侧115c，第二浓缩进料流116b进一步浓缩以形成相比于进料流112和浓缩进料流116a和/或116b中的一者或全部具有较高的酒精浓度的第三浓缩进料流116c。第三浓缩进料流116c可被引导到一或多个下游产物组件118，例如本文中所揭示的下游产物组件118中的任一者。
在系统300的第二侧上，汲取流源124经配置以将汲取流122提供到系统300。汲取流源124以可操作方式耦合到第三fo元件110c的第二侧125c。随着汲取溶液通过第二侧125c，汲取流122a稀释以形成稀释汲取流126a。稀释汲取流126a被引导到下游汲取组件128a。下游汲取组件128a可包含以下各者中的一或多者：至少一个导管(例如管道)、泵、阀、罐、注射端口、混合设备等等。例如，下游汲取组件128a可包含具有注射端口的导管，其中汲取流122a的一或多种组分(例如酒精和/或甘油)的注射可添加到稀释汲取流126a以形成第一重构汲取流122b。酒精注射端口可经配置以提供足以选择性地控制(例如提高)稀释汲取流126a中的酒精(或其它汲取流组分)浓度的注射、滴度或酒精流(或其它汲取流组分)。例如，酒精注射端口可用于提供经配置以将酒精浓度提高到超过稀释汲取流126a至少约5％abw的注射138a，例如将浓度提高到超过稀释汲取流126a的酒精含量至少约10％abw、超过浓缩进料流116a或116b至少约5％abw、超过第二浓缩进料流116a或116b的酒精含量至少约10％abw或至少与汲取流122a一样高。下游汲取组件128a以可操作方式耦合到第二fo元件110b的第二侧125b。
第一重构汲取流122b可被引导通过第二fo元件110b的第二侧125b以将一或多种组分汲取出第二fo元件110b的第一侧115b中存在的进料流。随着第一重构汲取流122b从第二fo元件110b中的进料溶液吸收组分(例如水)，重构汲取流122b稀释以形成第二稀释汲取流126b。第二fo元件110b的第二侧125b可以流体方式耦合到一或多个下游汲取组件128b。一或多个下游汲取组件128b可类似于或相同于上文所揭示的一或多个下游汲取组件128a。例如，第二稀释汲取流126b可从第二侧125b被引导通过导管、泵或混合罐中的一或多者。一或多个下游汲取组件128b可包含第二酒精注射端口，其中酒精(或任何其它汲取流组分)可添加到第二稀释汲取流126b以控制其中的酒精浓度。第二酒精注射端口可经配置以将足以选择性地控制第二稀释汲取流126b中的酒精浓度的注射、滴度或酒精流(或其它汲取溶液组分)提供到第二稀释汲取流126b。例如，酒精注射端口可用于提供经配置以将酒精(或汲取溶液的其它组分)浓度提高到超过第二稀释汲取流126b至少约5％abw的第二注射138b，例如超过第二稀释汲取流126b的酒精含量至少约10％abw、超过浓缩进料流116a至少约5％abw、超过第二浓缩进料流116b的酒精含量至少约10％abw、超过进料流112至少约5％abw、超过进料流112的酒精含量的至少约10％abw、至少与进料流112一样高或至少与汲取流122a一样高。下游汲取组件128b以可操作方式耦合到第一fo元件110a的第二侧125a。
第二重构汲取流122c可被引导通过第一fo元件110a的第二侧125a以将一或多种组分汲取出第一fo元件110a的第一侧115a中存在的进料流112。随着第二重构汲取流122c从第一fo元件110a中的进料溶液吸收组分(例如水)，第二重构汲取流122c稀释以形成第三稀释汲取流126c。第一fo元件110a的第二侧125a可以流体方式耦合到一或多个下游汲取组件128c，例如本文中所揭示的任何下游汲取组件。例如，第三稀释汲取流126c可从第二侧125a被引导通过导管、泵或存储罐中的一或多者。
第二侧125a到125c(和与其进行流体连通的系统300的部分)可共同形成系统300的第二侧。系统的第二侧与系统的第一侧被fo膜分离且仅经由fo膜而与其接触。如本文中的一些实例中所使用，第一侧可为进料侧且第二侧可为汲取侧。
如图3所展示，在一些实例中，可存在多个中间注射级，而在其它实例中，可仅存在一个中间注射级(例如端口)。在一些实施例中，系统300可包含在第一(进料)侧或第二(汲取)侧中的一者或两者上的fo元件中的任一者之间的一或多个输出。例如，例如阀和排水管路的输出可安置在第一fo元件110a与第二fo元件110b及第二fo元件110b与第三fo元件110c之间。输出可允许在系统300的端部(例如一或多个下游产物组件118)之前选择性地捕获浓缩进料流116a和116b。在一些实施例中，系统300可包含在第一(进料)侧或第二(汲取)侧中的一者或两者上的fo元件中的任一者之间的一或多个泵，例如以控制系统300的组件中的任一者处的压力或流动速率。在一些实施例中，稀释汲取溶液可在各fo元件处从系统移除且新汲取溶液可经由新的不同汲取流源引入到每一相应fo元件的第二侧，而不是重构汲取溶液。
在一些实例中，可由泵(例如进料流源114)对进料溶液加压以形成低压进料流112(例如5％abw，处于12gpm)。第一fo元件110a可接收低压进料流112且分配浓缩进料流116a(例如6.7％abw，处于8.7gpm)。第二fo元件110b可接收浓缩进料流116a且分配第二进一步浓缩进料流116b(例如11.3％abw，处于5.3gpm)。第三fo元件110c可接收第二浓缩进料流116b且分配第三进一步浓缩进料流116c(例如30％abw，处于2gpm)。可由泵(例如汲取流源124)对汲取溶液加压以形成低压汲取流122a(例如大于30％abw，15％重量甘油(gbw)，处于12gpm)。第三fo元件110c可接收低压汲取流122a且分配稀释汲取流126a(例如23.5％abw，11.7％gbw，15.3gpm)。浓缩甘油和水的注射138a(例如30％gbw，处于16.7gpm)可经由注射端口、阀和/或泵(例如下游汲取组件128a)而与稀释汲取流126a组合以形成第一重构汲取流122b(例如11.25％abw，21.2％gbw，处于32gpm)。第二fo元件110b可接收第一重构汲取流122b且分配稀释汲取流126b(例如10.2％abw，19.2％gbw，处于35.3gpm)。浓缩甘油和水的第二注射138b(例如30％gbw，处于17gpm)可例如通过注射端口、阀或泵(例如下游汲取组件128b)而与第二稀释汲取流126b组合以形成第二重构汲取流122c(例如6.9％abw，22.7％gbw，处于52.3gpm)。第一fo元件110a可接收第二重构汲取流122c且分配第三稀释汲取流126c(例如6.5％abw，21.4％gbw，处于55.7gpm)。第三稀释汲取流126c可被引导到一或多个下游汲取组件128c。可由本文中所描述的若干汲取溶液回收/再生技术中的任一者处理第三稀释汲取流126c。
在一些实例中，可通过蒸馏回收(例如再生或重构)汲取溶液。图4是用于使酒精溶液脱水的fo系统400的框图，系统400包含用于通过蒸馏回收(例如再生)汲取溶液的蒸馏设备140。系统400包含进料流源114，其经配置以将进料流112供应到其中具有至少一个fo膜130的至少一个fo元件110的第一侧115。系统400包含汲取流源124，其经配置以将汲取流122供应到fo元件110的第二侧125。系统包含以流体方式耦合到fo元件110的第一侧115的至少一个下游产物组件118。系统400进一步包含以流体方式耦合到fo元件110的第二侧125的输出孔的至少一个再生设备。
至少一个再生设备可经提供以将稀释汲取流126至少部分地恢复到相同于汲取流122的汲取溶液的组合物(例如相对量)。如所展示，至少一个再生设备可包含蒸馏设备140。蒸馏设备140可以流体方式耦合到fo元件110的第二侧125且经配置以从第二侧125接收稀释汲取流126且经由蒸馏浓缩稀释汲取流126中的至少一种溶质(例如渗透和/或非渗透溶质)。例如，蒸馏设备140可经配置以产生蒸馏流142，其可被用作或用于增加汲取流122的汲取溶液。蒸馏设备140可包含蒸馏塔或蒸馏塔阵列(例如串联、并联或两者)。蒸馏设备140可包含一或多个膜蒸馏或全蒸发设备，且蒸馏可包含膜蒸馏或全蒸发。蒸馏设备140可接收稀释汲取流126且产生蒸馏流142(例如乙醇蒸馏物)及汲取渗透物144(例如10gpm)。蒸馏流142可被引导(例如经由一或多个导管和/或泵再循环)到汲取流源124。汲取渗透物144(例如，例如水的锅底残存物)可经由以可操作方式耦合到蒸馏设备的一或多个导管、阀和/或泵从系统400移除。
在一些实例中，可由泵(例如进料流源114)对进料溶液加压以形成低压进料流112(例如5％abw，12gpm)。fo元件110可接收低压进料流112且输出浓缩进料流116(例如30abw，处于2gpm)。可由泵(例如汲取流源124)对汲取溶液(例如至少约30％abw，处于2gpm)加压以形成低压汲取流122。汲取溶液可包含水和酒精(例如乙醇)。fo元件110可接收低压汲取流122且分配稀释汲取流126(例如5％abw，处于12gpm)。蒸馏设备140(例如塔或蒸馏塔阵列)可接收稀释汲取流126且产生蒸馏流142(例如乙醇蒸馏物)及汲取渗透物144(例如处于10gpm的乙醇减少的渗透物)。在一些实例中，由汲取流源124(例如泵)结合蒸馏流142(例如乙醇)接收稀释汲取流126的部分以产生具有所要水和溶质(例如酒精和溶解糖)组合物的汲取溶液。在一些实施例中，第二侧125的输出以可操作方式耦合到下游汲取组件128。可经由一或多个下游汲取组件128将汲取渗透物144引导出系统。
在一些实施例中，再生设备可包含其中具有至少一个反渗透(ro)膜的至少一个ro元件。在一些实施例中，可通过ro至少部分地回收(例如再生)汲取溶液。图5是用于使酒精溶液脱水的逆流fo系统500的框图，系统500包含用于经由ro回收汲取溶液的ro元件150。系统500包含进料流源114，其经配置以将进料流112提供到fo元件110。fo元件110包含将fo元件110的第一侧115与第二侧125分开的fo膜130。第一侧115可以可操作方式地耦合到如本文中所描述的一或多个下游产物组件。第二侧125可以可操作方式耦合到汲取流源124，汲取流源124经配置以将汲取流122供应到fo元件110的第二侧125中。随着在fo元件110中稀释汲取流122，从汲取流122产生稀释汲取流126。稀释汲取流126可被引导(例如经由一或多个导管、泵、阀等等)到ro元件150。ro元件150可包含外壳，所述外壳含有安置在其中的ro膜136。外壳(例如容器或组合件)可为液密的且经配置以固持ro膜136以有效地至少部分地界定其中的第一侧151和第二侧152。ro膜的第一侧151和第二侧152可被ro膜136至少部分地化学分离，由此界定外壳内的两个不同体积。ro元件150的第一侧151和第二侧152可类似或类同于本文中所描述的fo元件110的第一侧115和第二侧125。ro膜136可包含适用于ro的任何膜(例如标准ro膜或低抑制ro膜)。例如，ro膜136可分离至少一些水、酒精或其它渗透溶质和非渗透溶质与其中具有水、酒精及渗透和非渗透溶质的溶液。ro的单级可将abw(或其它渗透或非渗透溶质含量)增加多达5wt％，例如约1wt％到约3wt％或小于3wt％。
稀释汲取流126可被引导到ro元件150的第一侧151，其中ro膜136分离例如酒精的至少一些渗透溶质与其它溶质(例如渗透和/或非渗透溶质，例如葡萄糖、果糖、甘油、溶解盐等等)和至少一些水以形成ro浓缩物154中的ro浓缩物。可按流或分批实行此类分离。ro浓缩物154可主要含有水及渗透和非渗透溶质。例如，ro浓缩物154中可含有至少一些酒精。至少一些ro浓缩物154可被引导回到汲取流源124。在一些实施例中，ro浓缩物154可与汲取溶液的一或多种组分组合以形成(例如再形成)汲取流122。例如，ro浓缩物154可与至少酒精组合以再生汲取流122。ro元件150还可从其第二侧152产生ro渗透物156。ro渗透物156中可包含水、酒精和一或多种其它渗透溶质。ro渗透物156可经进一步处理以经由蒸馏或进一步ro操作再生(例如浓缩或更充分回收)它的至少一些组分(例如渗透溶质或非渗透溶质中的一者或两者)，例如酒精或甘油。在一些实施例中，ro渗透物156可包含或可经进一步处理为基本上纯水。在一些实施例中，一或多个泵(未展示)可用来控制稀释汲取流126在进入到ro元件150中之前的压力。
在一些实施例中，ro元件150可被配置为低抑制ro元件和/或螺旋盘绕式反渗透元件。在一些实例中，例如在低抑制ro元件中，可使用具有减小溶质抑制的元件。低抑制ro元件(例如具有低抑制ro膜的ro元件)可用来浓缩相比于标准ro元件具有较高的渗透压力的溶液。在一些实施例中，低抑制ro元件可用来浓缩一或多种非渗透溶质，例如氯化钠、氯化镁、甘油、蔗糖、果糖、葡萄糖、一或多种溶解盐等等。ro元件150可被配置为并联或串联的元件阵列。可在连续系统中或在具有缓冲罐的分批系统中操作元件或元件阵列。
在一些实施例中，用于移除流体混合物的一或多种组分的fo系统可包含多于一个汲取流再生设备。图6是经配置用于通过反渗透和蒸馏回收汲取溶液的fo系统600的框图。系统600可被配置为如所展示的逆流系统。系统600包含进料流源114，其经配置以将进料流112递送到fo元件110。fo元件110包含fo膜130，其分离fo元件110的第一侧115与fo元件的第二侧125且经配置以选择性地允许来自第一侧115中的进料流112的一或多种组分运输到第二侧125中的汲取流122中。系统600可包含汲取流源124，其以可操作方式耦合到第二侧125且经配置以将汲取流122提供到第二侧125。随着汲取流122从进料流112汲取一些组分，经由fo浓缩进料流112以形成浓缩进料流116(例如脱水酒精溶液)。浓缩进料流116离开第一侧115且被引导到下游产物组件(未展示)。
随着进料流112的一或多种组分跨越fo膜130迁移而稀释汲取流122以形成稀释汲取流126。稀释汲取流126可包含进料流112的一或多种组分(例如水)作为其中的至少一种稀释剂。稀释汲取流126离开第二侧125且被引导到一或多个下游汲取组件128。一或多个下游汲取组件可包含经配置以控制稀释汲取流126的压力的泵。一或多个下游汲取组件128可以可操作方式耦合到一或多个再生设备，例如至少一个ro元件150。
至少一个ro元件150可包含经配置以分离稀释汲取流126的一或多种组分的ro膜136。ro元件150的第一侧151可包含经由ro转化成其中的ro浓缩物154的稀释汲取流126。ro浓缩物154可主要包含水和非渗透溶质的混合物。在一些实施例中，ro浓缩物154中可包含至少一些渗透溶质。ro浓缩物154的至少一部分可被引导到(例如再循环回到)汲取流源124。第二侧152中包含ro渗透物156。ro渗透物156可主要包含水和渗透溶质(例如乙醇)的混合物。在一些实施例中，ro渗透物156中可包含至少一些非渗透溶质。ro渗透物156被引导到蒸馏设备140。
蒸馏设备140可包含一或多个蒸馏塔。在蒸馏设备140中蒸馏ro渗透物156以有效地产生蒸馏流142，蒸馏流142可被引导回到汲取流源124。蒸馏流142中可主要包含一或多种渗透浓缩物(例如全部是酒精)。蒸馏设备140还产生汲取渗透物144(例如含有一或多种渗透和/或非渗透溶质的锅底残存物)，汲取渗透物144可被引导到一或多个下游组件(未展示)，例如废料存储或处理递送设备，或供进一步处理。在一些实施例中，汲取渗透物144可包含相比于蒸馏流142具有较低的酒精量的渗透物，例如乙醇减少的蒸馏物或甚至基本上纯水。
蒸馏流142(例如高酒精含量流体)可被引导回到汲取流源124。蒸馏流142的至少一部分可与ro浓缩物154的至少一部分组合以形成汲取流122。一或多个泵可安置在系统600的组件中的任一者之间以调节其中的流体压力或速度。
在一些实例中，可由泵(例如进料流源114)对酒精溶液加压以形成低压进料流112(例如约5％abw，处于12gpm)。fo元件110接收低压进料流112且分配浓缩进料流116(例如30％abw，处于2gpm)。可由泵(例如汲取流源124)对汲取溶液(例如30％abw，处于2gpm)加压以形成低压汲取流122。汲取溶液包含水、渗透溶质(例如乙醇)和非渗透溶质(例如葡萄糖、果糖、甘油、氯化钠、氯化镁、其它溶解盐等等)的混合物。fo元件110接收低压汲取流122且分配稀释汲取流126(例如5％abw，处于12gpm)。下游汲取组件128(例如泵)接收稀释汲取流126且产生高压稀释汲取流126(例如500到800psi)。至少一个ro元件150接收高压汲取流126且分配ro浓缩物154(例如ro抑制流)和ro渗透物156。ro浓缩物154可为水和非渗透溶质(例如甘油)的混合物。ro浓缩物154中可存在至少一些渗透溶质，例如乙醇。ro渗透物156可为水和渗透溶质(例如乙醇)的混合物。蒸馏设备140接收ro渗透物156且产生蒸馏流142中的乙醇蒸馏物且还产生汲取渗透物144中的乙醇减少的渗透物。乙醇蒸馏流142可以铅管装设到ro浓缩物154以再形成汲取流122。在一些实例中，可使用ro渗透物156的蒸馏。在其它实例中，可使用蒸馏稀释汲取流126以产生酒精减少的稀释汲取溶液，然后使用ro以浓缩额外渗透和非渗透溶质。因此，在一些实施例中，蒸馏设备140可安置在ro元件150“上游”。
在一些实施例中，多个ro元件可用来提供汲取溶液的步进式再生。图7是用于使酒精溶液脱水的fo系统700的框图。系统700包含经配置以通过低抑制ro、反渗透和蒸馏回收汲取溶液的一或多个组件。系统包含进料流源114，其经配置以将进料流112递送到fo元件110。fo元件包含第一侧115、第二侧125和其中的fo膜130。进料流112浓缩在fo元件中以产生如本文中所揭示的浓缩进料流116。系统700包含汲取流源124，其经配置以将汲取流122提供到fo元件110中。随着汲取流122行进通过fo元件110，汲取流122稀释以形成稀释汲取流126。经由一或多个下游汲取组件128引导稀释汲取流126通过多个汲取流再生设备。
稀释汲取流126最初被引导到第一ro元件150a，其中形成第一ro浓缩物154a。第一ro元件150a可被配置为低抑制ro元件，即，具有低抑制ro膜的ro元件，低抑制ro膜具有相对高通量和低抑制率(例如相对于具有大于99％的非渗透溶质抑制的标准ro元件)。例如，低抑制ro膜136a可具有50％的非渗透溶质的抑制率且可在给定流体静压力下促进比标准ro膜136b高至少50％的穿过其中的通量。低抑制ro元件的低抑制率可通过允许非渗透溶质物种通过膜而允许溶质浓度具有在渗透压力下超过流体静力限制(例如1000psi)的非渗透溶质物种浓度，由此减小跨越膜的浓度差。在一些实施例中，低抑制ro膜136a和具有低抑制ro膜136a的元件可具有介于约20％到约80％之间的溶质抑制率，例如约30％到70％或约40％到约60％。第一ro浓缩物154a相比于稀释汲取流126可具有较高的汲取流122的一或多种组分的浓度。例如，第一ro浓缩物154a可包含酒精和水的混合物，其相比于稀释汲取流126具有较高的酒精和/或其它溶质的浓度。ro浓缩物154a例如经由一或多个导管、阀或泵被引导回(再循环)到汲取流源124。第一ro元件150a产生第一ro渗透物156a，其主要是水、非渗透溶质和酒精的混合物。第一ro渗透物156a中的非渗透溶质浓度低于稀释汲取流126中的非渗透溶质浓度。第一ro渗透物156a可经由一或多个下游汲取组件128b(例如加压泵)被引导到第二ro元件150b。
第二ro元件150b可被配置为标准ro元件，即，包含相比于低抑制ro膜136a具有较低的通量和较高的抑制率的ro膜136b的ro元件。随着第一ro渗透物156a行进通过第二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可主要包含一或多种浓缩非渗透溶质(例如溶解盐、葡萄糖、果糖、至少一些酒精等等)和水，而第二ro渗透物156b可主要包含酒精和水的混合物。第二ro浓缩物154b经由一或多个导管、泵、阀等等被引导回到汲取流源124。第二ro渗透物156b被引导回到蒸馏设备140。蒸馏设备140可接收第二ro渗透物156b且蒸馏第二ro渗透物156b以产生蒸馏流142和汲取渗透物144(例如ro渗透物锅底残存物)。蒸馏流142可主要包含酒精(例如浓缩酒精)且汲取渗透物144可包含水和酒精，例如呈高度稀释乙醇溶液。蒸馏流142可被引导到汲取流源124。蒸馏设备140可经由一或多个导管以铅管装设到汲取流源124。至少一些蒸馏流142可与至少一些第一ro浓缩物154a或至少一些第二ro浓缩物154b中的一或多者组合以重构(例如再生)汲取溶液或汲取流122。
在一些实例中，可由泵对酒精饮料进料溶液加压以形成低压进料流112(例如5abw，处于12gpm)。fo元件110(或元件阵列)可接收低压进料流112且分配浓缩进料流116(例如30％abw，处于2gpm)。可由泵(例如汲取流源124)对汲取溶液(例如30％abw，处于2gpm)加压以形成低压汲取流122。汲取溶液可为水、渗透溶质(例如乙醇)和非渗透溶质(例如甘油)的混合物。汲取溶液可被组成为相比于酒精饮料进料溶液的一或多种组分具有较高的浓度以导致进料溶液至少部分地保持其中的一或多种组分。fo元件110可接收低压汲取流122且分配稀释汲取流126(例如5％abw，处于12gpm)。稀释汲取流126可路经泵(例如下游汲取组件128a)以产生高压稀释汲取流126(例如约800psi)。(低抑制)第一ro元件150a接收高压稀释汲取流126且分配水和非渗透溶质的混合物(第一ro浓缩物154a)，所述混合物具有比稀释汲取流126中的浓度高的浓度且可包含具有类似于稀释汲取流126的浓度(例如在约5％abw内)的酒精(例如乙醇)。(低抑制)第一ro元件150a也可以分配水、非渗透溶质和乙醇(例如第一ro渗透物156a)的混合物；非渗透溶质呈现比稀释汲取流126中的浓度低的浓度。(低抑制)第一ro元件150a可产生具有类似于第一ro渗透物中的稀释汲取流126的浓度的乙醇。在一些实例中，乙醇浓度在(低抑制)第一ro元件的进料流、ro浓缩流和ro渗透流中可类似(例如小于约5％abw，例如约1％abw)。在一些实例中，负抑制(例如增加的乙醇渗透性)可使ro浓缩流和ro渗透流中的浓度各改变多达5％abw。
第一ro渗透物156a被引导通过泵(例如下游汲取组件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且产生第二ro浓缩物154b和第二ro渗透物156b。第二ro浓缩物154b主要是浓缩非渗透溶质、渗透溶质(例如乙醇)和水。第二ro渗透物156b主要是溶剂中的渗透溶质(例如乙醇水溶液)的混合物。第二ro渗透流被引导到蒸馏塔(例如蒸馏设备140)。蒸馏塔产生浓缩乙醇(例如蒸馏物142)和十分稀释的乙醇流(例如汲取渗透物144)。蒸馏物142可以铅管装设以与第二ro浓缩物154b组合以形成包括蒸馏物142和ro浓缩物154b两者的预汲取流。预汲取流可以铅管装设以与第一ro浓缩物154a组合以形成汲取流122。
在一些实施例中，可使用多个ro元件回收汲取溶液。例如，可通过第一ro级和第二ro级回收汲取溶液或汲取流122。第一和第二(回收)级中的ro元件可相同或可不同，从而提供溶质抑制的不同水平。在实例中，fo系统可包含第一级中的半咸水ro元件和第二级中的海水ro元件。在一些实施例中，fo系统可包含结合第一和第二ro元件(例如在其之前)的低抑制ro元件。
图8是用于使酒精溶液脱水且经配置用于经由多个反渗透操作回收汲取溶液的fo系统800的框图。用于使酒精溶液脱水的fo系统800经配置用于经由低抑制ro元件150a、第一反ro元件150b和第二ro元件150c回收汲取溶液。系统800包含进料流源114，其经配置以将进料流112递送到fo元件110。fo元件包含第一侧115、第二侧125和分离第一侧115与第二侧125的fo膜130。进料流112浓缩在fo元件中以产生如本文中所揭示的浓缩进料流116。系统800包含汲取流源124，其经配置以将汲取流122提供到fo元件110中。随着汲取流122行进通过fo元件110，汲取流122稀释以形成稀释汲取流126。经由一或多个下游汲取组件128引导稀释汲取流126通过多个汲取流再生设备。
稀释汲取流被引导通过低抑制ro元件150a。在低抑制ro元件150a中处理稀释汲取流126以产生相比于稀释汲取流126具有较高的非渗透溶质浓度的第一ro浓缩物154a；且产生第一ro渗透物156a。第一ro浓缩物154a包含水、非渗透溶质和至少一些渗透溶质(例如酒精)。在一些实施例中，第一ro渗透物156a中的酒精浓度可类似于稀释汲取流126和第一ro浓缩物154a中的酒精浓度。在一些实施例中，第一ro浓缩物154a中的非渗透溶质浓度可高于稀释汲取流126中的非渗透溶质浓度。第一ro渗透物156a可包含水、至少一些酒精和至少一些非渗透溶质。第一ro渗透物156a相比于稀释汲取流126可具有较低的酒精和/或非渗透溶质的浓度。第一ro浓缩物154a被引导回到汲取流源124，且第一ro渗透物经由一或多个下游汲取组件128b(例如一或多个导管和泵)被引导到第二ro元件150b。
在第一ro元件150b中通过ro处理第一ro渗透物156a以产生第二ro浓缩物154b和第二ro渗透物156b。第二ro浓缩物154b相比于第一ro渗透物156a可具有较高的非渗透溶质的浓度。第二ro浓缩物经由一或多个导管、阀、泵等等被引导到汲取流源124。第二ro渗透物156b主要包含水、至少一些酒精和至少一些非渗透溶质。第二ro渗透物156b相比于第一ro渗透物156a可具有较低的酒精和非渗透溶质的浓度。第二ro渗透物156b经由一或多个下游汲取组件128c(例如一或多个导管、泵、阀等等)被引导到第二ro元件150c。
在第二ro元件150c中通过ro处理第二ro渗透物156b以产生第三ro浓缩物154c和第三ro渗透物156c。第三ro浓缩物154c相比于第二ro渗透物156b可具有较高的酒精和/或非渗透溶质的浓度。在一些实施例中，第三ro浓缩物154c包含一或多种浓缩渗透溶质，例如酒精(例如乙醇)。第三ro浓缩物154c经由一或多个导管、阀、泵等等被引导到汲取流源124。第三ro渗透物156c主要包含水、至少一些酒精或至少一些非渗透溶质中的一或多者。第三ro渗透物156c相比于第二ro渗透物156b可具有较低的酒精(和其它渗透溶质)和非渗透溶质的浓度。在一些实施例中，第三ro渗透物156c可包含基本上纯水。第三ro渗透物156c被引导出系统800或可由额外下游组件(未展示)进一步处理，额外下游组件包含导管、泵压缩机、蒸馏设备、ro元件等等。
第三ro浓缩物154c可在汲取流源124与第一和第二ro元件150b和150c中间的点处与第二ro浓缩物154b组合。经组合的第二和第三ro浓缩物154b和154c可与第一ro浓缩物154a组合以再形成(例如形成重构或再生)汲取流122。经组合的第二和第三ro浓缩物154b和154c可在汲取流源124与低抑制ro元件150a中间的点处与第一ro浓缩物154a组合。
在一些实施例中，ro元件中的任一者的顺序可变化。例如，可由第一ro元件然后由低抑制ro元件和第二ro元件浓缩稀释汲取流126。在一些实例中，低抑制ro和反渗透可按任何顺序分级。在一些实施例中，本文中的系统可经布置以在回收一或多种额外渗透或非渗透溶质之前回收一或多种特定非渗透或渗透溶质。例如，再生设备可经布置以在从稀释汲取流回收乙醇之前从稀释汲取流回收甘油。
在一些实例中，可由泵对酒精饮料进料溶液(例如啤酒)加压以形成低压进料流112(例如约5％abw，处于12gpm)。fo元件110接收低压进料流112且分配浓缩进料流116(例如30％abw，处于2gpm)。可由泵对汲取溶液(例如30％abw)加压以形成低压汲取流122。汲取溶液可为水、乙醇和非渗透溶质的混合物。fo元件110可接收低压汲取流122且分配稀释汲取流126。泵可接收稀释汲取流126且产生高压稀释汲取流126(例如，约500到1000psi)。低抑制ro元件150a接收高压汲取流126且分配第一ro浓缩物154a，第一ro浓缩物154a主要包含具有比稀释汲取流126中的浓度高的浓度的非渗透溶质、至少一些水且可包含至少一些乙醇。低抑制ro元件150a也分配主要包含水、乙醇和非渗透溶质的第一ro渗透物156a，其具有比稀释汲取流126和ro浓缩物154a中的非渗透溶质浓度低的浓度。
第一ro渗透物可路经泵以在第一ro渗透物156a中产生高压。第一ro元件150b(如区别于低抑制ro元件)接收高压第一ro渗透物156b且产生第二ro浓缩物154b和第二ro渗透物156b。第二ro浓缩物154b可包含至少一些水、具有比第一ro渗透物156a中的浓度高的浓度的非渗透溶质和至少一些乙醇。第二ro渗透物156b可包含具有比第一ro渗透物156a低的浓度的酒精(例如乙醇)水溶液混合物。
第二ro渗透物156b可路经泵以在第二ro渗透物156b中产生高压(例如800psi)。第二ro元件150c经配置以接收高压第二ro渗透物156b且产生第三ro渗透物156c和第三ro浓缩物154c。第三ro渗透物156c可包含高度稀释的乙醇水溶液。第三ro浓缩物154c可包含具有比第二ro渗透物156b中的浓度高的浓度的浓缩乙醇(和/或非渗透溶质)水溶液。第三ro浓缩物154c可以铅管装设以与第二ro浓缩物154b组合以形成预汲取流。预汲取流可以铅管装设以与第一ro浓缩物154a组合以再形成汲取流122。可添加额外ro级以根据需要增加总乙醇(其它渗透溶质或非渗透溶质)回收。
在一些实施例中，可在系统中从稀释汲取溶液单独地回收或再生一或多种渗透溶质和一或多种基本上非渗透溶质(例如，主要回收的渗透溶质是特定物种)。例如，可在第一回收设备(或其阵列)中回收第一渗透溶质且可由至少第二回收设备(或其阵列)回收至少第二非渗透溶质。在单独地回收渗透溶质之后，第一和第二溶质中的至少一些可经混合或重组以形成经回收/再生汲取溶液。
图9是用于使溶液脱水且经由多个反渗透操作回收汲取溶液的fo系统900的框图。系统900包含经布置以从稀释汲取溶液回收第一非渗透溶质(例如甘油)的第一ro元件阵列和经布置以从稀释汲取溶液回收第一渗透溶质(例如乙醇)的第二ro元件阵列。ro元件阵列可经布置成并联、串联或其任何组合。
系统900包含如本文中所揭示的fo元件110。进料流112和汲取流122被进料到fo元件110中，例如在如所展示的逆流操作中。汲取流122相比于进料流112和/或浓缩进料流116包含较高的一或多种渗透溶质的浓度，且可包含额外非渗透溶质(例如在渗透和非渗透溶质的总和相比于进料流中的溶质在汲取流中共同提供较大的渗透压力的溶液中)。fo元件110输出相比于进料流112具有较高的一或多种渗透溶质(例如乙醇)的浓度的浓缩进料流116。归因于跨过fo膜的至少某溶剂(例如水)，fo元件110还输出相比于汲取流122具有较低的一或多种渗透溶质(例如乙醇)和一或多种非渗透溶质(例如甘油)中的至少一个物种的浓度的稀释汲取流126。汲取流中的渗透溶质和非渗透溶质的总量可保持本质上静态的(忽略损耗或增益的一些可忽略的量)，而每一者的浓度归因于被跨过fo膜的溶剂(水)稀释而降低。稀释汲取流126可被引导到一或多个汲取溶液再生设备，每一者经配置以从稀释汲取流126再生(例如浓缩或回收)至少一种汲取溶质。一或多个汲取溶质再生设备可包含ro元件、蒸馏设备或本文中所揭示的其它再生设备中的任一者。
一或多个汲取溶液再生设备可包含第一多个ro元件150a到150c和至少第二多个ro元件150d到150h。第一多个ro元件可主要分离例如甘油的第一溶质(例如非渗透溶质)与稀释汲取流126(例如选择性地隔离一或多个主要物种同时另外隔离少量额外物种)，且至少第二多个ro元件150d到150h可主要分离例如乙醇的至少第二溶质(例如渗透溶质)与稀释汲取流126。随着(待再生的)稀释汲取溶液通过ro元件阵列(例如系列)，其中的一或多种溶质可稳定地浓缩直到达到所要浓度。
在一些实例中，第一ro元件150a可以流体方式耦合到fo元件110。第一ro元件150a可接收稀释汲取流126且输出ro浓缩物154a和ro渗透物156a(例如按流或分批)。第一ro浓缩物154a可包含至少第一非渗透溶质(例如多种非渗透溶质)和第一渗透溶质及水的混合物，其相比于稀释汲取流126具有较高的至少第一非渗透溶质和/或其它非渗透溶质的浓度。第一ro渗透物156a中的第一非渗透溶质的浓度可低于稀释汲取流126和/或第一ro浓缩物154a中的浓度。第一ro浓缩物154a可被引导到第二ro元件150b且第一ro渗透物可被引导到第三ro元件150c。
第二ro元件150b以流体方式耦合到第一ro元件150a。第一ro浓缩物154a被第二ro元件150b接收且在其中至少部分地分离(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可包含至少第一非渗透溶质(例如多种非渗透溶质)和第一渗透溶质(例如酒精)及水的混合物，其相比于稀释汲取流126和第一ro浓缩物154a具有较高的至少第一非渗透溶质和/或其它非渗透溶质及酒精的浓度。第二ro渗透物156b中的第一非渗透溶质的浓度可低于稀释汲取流126、第一ro浓缩物154a和/或第二ro浓缩物154b中的一或多者中的浓度。第二ro浓缩物154b可包含比系统900中的其它ro浓缩物的量大的第一非渗透溶质(例如甘油)的量。第二ro浓缩物154b可被引导回到fo元件110(或在第二ro元件150b和fo元件110中间的下游设备)且第二ro渗透物可被引导回到第一ro元件150a(例如再循环通过其中)。第二ro浓缩物154b可在fo元件110中间的点c处与一或多种额外溶质(例如额外浓缩流)组合。
在系统900的一些实例中，第二ro元件150b可为低抑制ro膜，其相比于标准ro膜(例如渗透性较低且相比于低抑制ro膜具有较高的抑制率的膜)可在较高的渗透压力下操作。低抑制ro膜可在高压下操作，这可按比标准ro系统高的速率浓缩其中的溶液中的一或多种非渗透溶质(例如甘油)。在一些实例中，第二ro元件150b可包含多个ro元件(例如布置成串联和/或并联的ro元件阵列)且ro浓缩物154a可经循环通过多个ro元件中的每一者以在每一连续ro操作后就逐渐浓缩其中的至少第一非渗透溶质。在此类实例中，第二ro元件150b的位置中的多个ro元件可包含至少2个ro元件，例如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、少于30、少于20个或少于10个ro元件。
在一些实例中，系统900包含额外第三ro元件150c以进一步从稀释汲取流移除至少第一非渗透溶质(因为其在至少两个ro操作之后被发现)。在此类实例中，第三ro元件150c可确保一或多种非所要非渗透或渗透溶质(例如干扰其它溶质的进一步再生或回收的非渗透或渗透溶质物种)的至少主要部分从处理中溶液(例如经处理以回收进一步不同溶质的溶液)隔离或回收，使得汲取溶液的进一步再生/回收在没有由此的干扰的情况下进行。第三ro元件150c以流体方式耦合到第二ro元件150b且接收第二ro渗透物156b，第二ro渗透物156b在其中至少部分地分离。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可包含至少第一非渗透溶质(例如多种非渗透溶质)和水的混合物，其相比于稀释汲取流126、稀释汲取流126或第一ro浓缩物156a具有较高的至少第一非渗透溶质(例如甘油)和/或渗透溶质的浓度。在一些实施例中，第三ro浓缩物154c可包含至少第一渗透溶质和水的混合物，其具有类似于稀释汲取流126和第二ro渗透物156b的浓度。第三ro元件150c和操作可本质上确保在第三ro渗透物156c进一步经受至少第一渗透溶质(例如乙醇)的回收时本质上不存在非所要非渗透溶质。第三ro浓缩物154c可被引导回到第一ro元件150a以用于其中的进一步溶质回收(例如再循环通过其中)。第三ro浓缩物154c可在点a(例如阀、管线、罐等等中的一或多者)处与稀释汲取流126组合且经组合的稀释汲取流126和第三ro浓缩物154c可在进入第一ro元件150a之前进一步在点b(例如阀、管线、罐等中的一或多者)处与第二ro渗透物156b组合。
第三ro渗透物156c中的第一非渗透溶质的浓度可低于稀释汲取流126、第一ro浓缩物154a和/或第二ro浓缩物154b中的一或多者中的浓度，例如第一非渗透溶质的可忽略量(例如不干扰进一步回收/再生操作的量)。例如，第三ro渗透物156c可包含小于约2wt％的第一非渗透溶质，例如约0.1wt％到约2wt％或大于0wt％到约1wt％的第一非渗透溶质。至少第一渗透溶质(例如乙醇)的浓度贯穿ro元件150a到150c可基本上恒定。在一些实例中，一或多种渗透溶质(例如乙醇)的浓度可保持稳定，例如每一ro元件或操作之间的变化小于5wt％，例如ro元件150a到150c中的至少两者之间的变化小于约3wt％、小于约2wt％或约1wt％到约3wt％。
第三ro渗透物156c可被引导通过第二组汲取流再生设备。第二组汲取流再生设备中的每一者可由此回收(例如浓缩)至少第一渗透溶质(例如乙醇)(例如再生汲取溶液的至少部分)。例如，第三ro渗透物156c可被引导到第四ro元件150d，其中回收一或多种渗透溶质。第四ro元件150d可以流体方式耦合到第三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可包含至少第一渗透溶质(例如多种渗透溶质，它们也可包含非渗透溶质的残留量)和水的混合物，其相比于稀释汲取流126和第三ro渗透物156c具有较高的至少第一渗透溶质和/或其它渗透溶质的浓度。第四ro渗透物156d中的第一渗透溶质(例如乙醇)的浓度可低于第四ro浓缩物154d或第三ro渗透物156c中的浓度。第三ro渗透物156c中的第一非渗透溶质(例如甘油)的基本上缺乏可允许对至少第一渗透溶质的更直接回收过程(例如如果不存在进料和汲取溶液，那么第一渗透溶质和ro膜和/或化学组分之间的非所要化学相互作用)。第四ro浓缩物154d相比于第三ro渗透物156c可包含较大的至少第一渗透溶质的量。第四ro浓缩物154d可被引导到第五ro元件150e且第四ro渗透物156d可被引导到第七ro元件150g。
第五ro元件150e可以流体方式耦合到第四ro元件150d且可接收ro浓缩物154d且至少部分地分离(例如过滤)其中的至少一些组分。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可包含至少第一渗透溶质(例如多种渗透溶质，它们可包含第一非渗透溶质的残留量)和水的混合物，其相比于稀释汲取流126、第四ro浓缩物154d和第四ro渗透物156d具有较高的至少第一渗透溶质和/或其它渗透溶质的浓度。第五ro渗透物156e中的第一渗透溶质(例如乙醇)的浓度可低于第五ro浓缩物154e或第四ro浓缩物154d中的浓度。第五ro浓缩物154e可被引导到第六ro元件150f且第五ro渗透物156e可被引导回到第四ro元件150d。
在一些实例中，第五ro元件150e可包含多个ro元件(例如布置成并联和/或串联的至少两个ro元件)以在至少第一渗透溶质(例如乙醇)到达第六ro元件150f之前将第一渗透溶质逐渐浓缩到所要浓度。在此类实例中，第五ro元件150d的位置中的多个ro元件可包含至少2个ro元件，例如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、少于30、少于20个或少于10个ro元件。
第五ro元件150e的输出以流体方式耦合到至少第六ro元件150f和第四ro元件150d(例如第五ro元件150e的至少第二侧以流体方式耦合以给第四ro元件150d的第一侧进料以使第五ro渗透物156e再循环通过第四ro元件150d)。第五ro渗透物156e可在第四ro元件150d之前的点d处与至少第三ro渗透物156c组合。
第五ro浓缩物154e被第六ro元件150f接收和至少部分地分离。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可包含至少第一渗透溶质(例如多种渗透溶质，它们可包含第一非渗透溶质的残留量)和水的混合物，其相比于稀释汲取流126、第五ro浓缩物154e、第五ro渗透物156e和第六ro渗透物156f具有较高的至少第一渗透溶质和/或其它渗透溶质的浓度。第六ro浓缩物154f相比于系统900中的任何其它浓缩物或渗透物可包含较大的至少第一渗透溶质的浓度。第六ro渗透物156f中的第一渗透溶质(例如乙醇)的浓度可低于第六ro浓缩物154f或第五ro浓缩物154e中的浓度。第六ro浓缩物154f可被引导回到fo元件110以至少部分地重构汲取流122且第六ro渗透物156f可被引导回到第五ro元件150e(例如，供进一步ro操作)。
具有系统900中的至少第一渗透溶质(例如乙醇)的最高浓度的第六ro浓缩物154f可在ro元件110之前的点c处与具有系统900中的至少第一非渗透溶质(例如甘油)的最高浓度的第三ro浓缩物154c组合。两种ro浓缩物154c和154f的组合可至少部分地重构(例如再生)汲取流122，使得其中的溶质(例如渗透和非渗透溶质)浓度接近或相同于fo处理之前的汲取流122中的浓度。
第六ro渗透物156f被引导回到第五ro元件150e的第一侧，其中第六ro渗透物156f经受额外ro操作以进一步从第六ro渗透物156f移除第一渗透溶质。第六ro渗透物156f可在第五ro元件150e之前的点e处与第四ro浓缩物154d组合。
返回到第四ro渗透物156d流，第四ro元件150d的第二侧的输出以流体方式耦合到第七ro元件的第一侧。第四ro渗透物156d进入第七ro元件150g以在其中分离一或多种组分。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可包含至少第一渗透溶质和水的混合物，其相比于第八ro浓缩物154h和第八ro渗透物156h具有较高的至少第一渗透溶质和/或其它渗透溶质的浓度(且在一些实例中可基本上等于第四ro渗透物156d中的浓度(例如，在约1-2％abw内))。第七ro渗透物156g中的第一渗透溶质(例如乙醇)的浓度可低于第四ro渗透物156d和/或第七ro浓缩物154g中的浓度。
第七ro浓缩物154g可被引导回到第四ro元件150d以供进一步ro操作且第七ro渗透物156g可被引导到第八ro元件150g。第七ro浓缩物154g可在点d处与第三ro渗透物156c和第五ro渗透物156e中的一或多者组合。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可包含多个ro元件(例如布置成串联和/或并联的至少两个ro元件)以在至少第一渗透溶质再循环回到第四ro元件150d之前将第一渗透溶质逐渐浓缩到所要浓度。在此类实例中，第七ro元件150g的位置中的多个ro元件可包含至少2个ro元件，例如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可被引导回到第四ro元件150d以供进一步ro操作且第七ro渗透物156g可被引导到第八ro元件150g。第七ro浓缩物154g可在点d处与第三ro渗透物156c和第五ro渗透物156e中的一或多者组合。第七ro渗透物在第八ro元件150h处被接收以在其中至少部分地分离一或多种组分。
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可包含至少第一渗透溶质和水的混合物，其相比于第八ro渗透物156h具有较高的至少第一渗透溶质和/或其它渗透溶质的浓度。第八ro渗透物156g中的第一渗透溶质(例如乙醇)的浓度可低于第七ro渗透物156g和/或第八ro浓缩物154h中的浓度。在实例中，第八ro渗透物156h可包含系统900中的第一非渗透溶质和至少第一渗透溶质中的一者或两者的最低浓度。例如，第八ro渗透物可没有第一非渗透溶质和至少第一渗透溶质中的一或多者(除了小于约1wt％的残留量以外)。因此，从进入第二组再生设备的第三ro渗透物156c移除(从稀释汲取流126取得)本质上所有第一ro渗透物。
第八ro浓缩物154h可被引导回到第七ro元件150g以供进一步ro操作。第八ro浓缩物154h可在第七ro元件150g之前的点f处与第四ro渗透物156d组合。第八ro渗透物156h可在离开第八ro元件150h时从系统900移除。例如，第八ro渗透物156h可被引导到罐、管道、废水存储库或系统900外部的进一步水处理设备。
点a、b、c、d、e、f可包含以下各者中的一或多者：管线、阀、罐、混合容器或设备、泵或经配置以混合、控制移动和/或其中含有液体的其它设施。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可指示组合所述流以汇聚在那里的操作。
系统900中的ro元件中的任一者可包含本文中所揭示的ro膜中的任一者，例如标准ro膜或低抑制ro膜。因此，系统900中的ro元件中的任一者可在本文中所揭示的压力中的任一者下操作。可按不同顺序实行上文所揭示的操作和再生设备，例如在回收第一非渗透溶质之前回收第一渗透溶质。在一些实施例中，系统可至少包含回收第一渗透浓缩物(或非渗透浓缩物)的第一组汲取再生设备和回收第二渗透浓缩物(或非渗透浓缩物)的第二组汲取再生设备。可使用本文中所揭示的技术和系统按任何顺序实行一或多种渗透浓缩物或非渗透浓缩物的汲取回收。
在一些实例中，系统900可使具有约900公升的体积和约7％abw的乙醇含量的进料流112脱水。可在fo元件110中使用具有约685公升的体积、约27.4％abw的乙醇浓度(例如第一渗透溶质)和约10wt％的甘油浓度(例如第一非渗透溶质)的汲取流122使进料流脱水。所得浓缩进料流116包含约335公升的体积和约18.8％abw的乙醇含量。所得稀释汲取流126可包含约1250公升的体积、约5.5wt％的甘油浓度和约15wt％的乙醇浓度。
稀释汲取流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。流动到第一ro元件150a中的组合包含约2145公升的体积且具有约17％abw的乙醇浓度和约5wt％的甘油浓度。第一ro元件150a输出具有约750公升的体积、约19％abw的乙醇浓度和约12wt％的甘油含量的第一ro浓缩物154a。第一ro元件150a输出具有约1395公升的体积、约16％abw的乙醇含量和约2wt％的甘油含量的第一ro渗透物156a。在一些实例中，第一ro元件150a可包含ro元件阵列，例如至少2个ro元件、约2到约40个或约2到5个ro元件。
第一ro浓缩物154a被引导到第二ro元件150b，浓缩物在其中被进一步处理，且第一ro渗透物156a被引导到第三ro元件150c以供进一步处理。第二ro元件150b被配置为低抑制ro元件(例如可在例如约800psi的高压下操作)。第二ro元件150b输出具有约345公升的体积、约19％abw的乙醇浓度和约19wt％的甘油浓度的第二ro浓缩物154b。第二ro浓缩物154b被引导回到fo元件110。第二ro元件150b输出具有约405公升的体积、约19％abw的乙醇浓度和约5wt％的甘油含量的第二ro渗透物156b。第二ro渗透物156b被引导回到第一ro元件150a，其中第二ro渗透物156b与稀释汲取流126和第三ro浓缩物154c组合以供进一步ro处理。
第一ro渗透物156a被接收在第三ro元件150c中且分离成第三ro浓缩物154c和第三ro渗透物156c。第三ro浓缩物154c包含约905公升的体积、约19％abw的乙醇浓度和约4wt％的甘油浓度。第三ro浓缩物在点a处与汲取流126和第二ro渗透物156b组合。第三ro渗透物包含约905公升的体积、约19％abw的乙醇浓度和约3wt％或更小(例如小于约1wt％)的甘油浓度。在处理中的此时，从稀释汲取流126移除(如通过ro元件150a到150c处理)大部分甘油，可进一步经由ro处理稀释汲取流126以回收(例如浓缩)其中的乙醇。
第三ro渗透物156c在进入第四ro元件150d之前在点d处与第七ro浓缩物154g和第五ro渗透物组合以形成组合溶液。组合溶液包含约3110公升的体积和约14％abw的乙醇浓度(其中具有可忽略的甘油量)。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具有约1385公升的体积和约20％abw的乙醇含量。第四ro浓缩物154d被引导到第五ro元件150e，其中第四ro浓缩物154d在到达第五ro元件150e之前与第六ro渗透物156f组合。第四ro渗透物156d具有约1725公升的体积和约10％abw的乙醇含量。第四ro渗透物156d被引导到第七ro元件150g，其中第四ro渗透物156d在到达第八ro元件150h之前与第八ro浓缩物154h组合。
第四ro浓缩物154d和第六ro渗透物156f的组合溶液的体积是约1720公升且乙醇含量是约19％abw。在第五ro元件150e中，溶液被分离成具有约675公升的体积和约32％abw的乙醇浓度的第五ro浓缩物154e和具有约1045公升的体积和约15％abw的乙醇浓度的第五ro渗透物156e。第五ro浓缩物154e被引导到第六ro元件150f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额外流组合。在一些实例中，第五ro元件150e可包含ro元件阵列，例如约2到7个ro元件。
第六ro元件150f接收第五ro浓缩物154e且将它分离成第六ro浓缩物154f和第六ro渗透物156f。第六ro浓缩物154f具有约335公升的体积和约37％abw的乙醇浓度。此时，乙醇浓度可处于它在系统中的最高点。第六ro渗透物156f包含约335公升的体积和约27％abw的乙醇浓度。第六ro浓缩物154f被引导回到fo元件110，其中第六ro浓缩物154f在fo元件110之前的点c处与第二ro浓缩物154b组合以至少部分地再形成汲取流122。第六ro渗透物156f被引导回到第五ro元件150e，其中第六ro渗透物156f在第五ro元件150d之前与第四ro浓缩物154d组合。
返回到第四ro渗透物156d，在第七ro元件150g中分离具有约2190公升的体积和约8％abw的乙醇浓度的第八ro浓缩物154h和第四ro渗透物156d的组合。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公升的体积和约9％abw的乙醇浓度。第七ro渗透物156g包含约1035公升的体积和约3％abw的乙醇浓度。在一些实例中，第七ro元件150g可包含ro元件阵列，例如约2到7个ro元件(例如：串联，每一者产生逐渐更浓缩的ro浓缩物和逐渐更稀释的渗透物；和/或并联，每一者产生类似浓度的ro浓缩物和稀释渗透物)。第七ro浓缩物154g被引导到如上文所揭示的第四ro元件150d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公升的体积和约6％abw的乙醇浓度。第八ro浓缩物154h被引导回到第七ro元件150g以供进一步处理。第八ro渗透物包含约560公升的体积和小于约1％abw(约0.6％abw)的乙醇浓度。第八ro渗透物156h基本上没有来自汲取流122的甘油和乙醇两者。因此，本质上所有乙醇和甘油经再循环到汲取流122，由此减少材料成本。可从系统900移除第八ro渗透物156h。
虽然乙醇和甘油在上述实例中分别被用作第一渗透溶质和第一非渗透溶质，但是应理解，在不限制的情况下，替代乙醇或甘油或除了乙醇或甘油以外，还可使用本文中所揭示的其它渗透和/或非渗透溶质中的任一者。
上述实例中所揭示的体积和浓度只是一些实例，可以考虑更大和更小体积和/或浓度的变化。体积和浓度可取决于以下各者而变化：渗透和/或非渗透溶质的物种、渗透和/或非渗透溶质的所要最终浓度、ro元件的数量等等。可根据需要缩放或调整体积。例如，上文所提及的体积可增加或减小约0.1或更大的因数，例如约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或小于约20。
上述实例可包含一或多个蒸馏设备、更多ro元件、更少ro元件、从稀释汲取溶液移除或浓缩一或多种渗透溶质的前述实例中的任一者的一或多个组或组合，或前述实例中的任一者的组合。在一些实施例中，ro元件包含ro膜阵列，其可经布置成并联或串联或并联与串联的任何组合。
图9的框图被描述为上述系统且还可被视为示范性方法的框图。此类方法可在如上文所描述的一系列连续操作中完成或按分批方式完成(例如单独地实行每一fo或ro元件操作)。
本文中所揭示的系统中的任一者可被配置为逆流系统或顺流系统。本文中所揭示的系统可用来使包含一或多种渗透和/或非渗透溶质的溶液(例如酒精饮料)脱水(例如浓缩)。可经由下文所揭示的一或多种技术浓缩溶液。
图10是用于使溶液脱水的方法1000的流程图。方法1000包含：动作1010，将具有一或多种渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中；动作1020，使其中具有一或多种渗透溶质的汲取溶液循环通过正向渗透系统的第二侧，汲取溶液相比于进料溶液具有大于或等于一或多种渗透溶质中的至少一个物种的渗透溶质浓度；动作1030，在正向渗透系统的第二侧中产生稀释汲取溶液，稀释汲取溶液相比于汲取溶液具有较高的水浓度；及动作1040，从正向渗透系统的第一侧产生包含浓缩进料溶液的产物流，浓缩进料溶液具有大于或等于进料溶液中的至少一个物种的浓度的一或多种渗透溶质中的至少一个物种的浓度。
将具有一或多种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可包含将其中具有至少酒精的溶液引入到正向渗透系统中。进料溶液可包含含有酒精的溶液或含有酒精的饮料，例如麦芽饮料、啤酒、葡萄酒、烧酒或白酒；香精提取物；染料提取物或发酵培养液(例如用于乙醇生产)。进料溶液中可包含一或多种渗透溶质(甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、锂、质子、ph、乳酸、醋酸、柠檬酸、硼和氧化硼、氢氧化物、氨等等)且任选地包含一或多种非渗透溶质，例如糖(例如葡萄糖、果糖、甘油等等)、voc、溶解盐(例如，例如氯化钠的无机盐)、蛋白质(例如风味或颜色增强蛋白质)。在一些实施例中，一或多种非渗透溶质可包含一或多种糖醇或它的溶解衍生物，例如山梨糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇、甘油、赤藓糖醇等或氢化淀粉水解物。进料溶液可具有在其中有效地产生第一渗透压力的一或多种渗透溶质(和/或非渗透溶质)的第一浓度。
虽然在一些实施例中，酒精被单独地描述为进料溶液的组分，但是应理解，酒精是具有小于50％abw的含有酒精的溶液(例如饮料)的渗透溶质，且出于本文中的目的，可为具有大于50％abw(例如包含小于50wt％的水)的溶液的渗透溶质。在一些实施例中，在fo元件中处理之前，进料溶液可包含至少约1％abw的酒精(例如乙醇)含量，例如约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fo元件中处理之前，进料溶液可包含约1wt％或更多的渗透(和/或非渗透)溶质含量或浓度(除了酒精以外)(例如重量溶质)，例如约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％。多溶质溶液(例如含有一或多种渗透溶质和/或一或多种非渗透溶质的溶液)的个别溶质可个别地或共同包括上文所提及的wt％范围的任何部分。
将具有一或多种渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可包含将含有酒精的溶液引入到本文中所揭示的fo系统或它的组件的任一者中。例如，将具有一或多种渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可包含使用包含具有聚酰胺支撑件的至少一个fo膜的至少一个fo元件分离第一侧与第二侧。将具有一或多种渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可包含使用泵、导管或阀中的一或多者。将具有一或多种渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可包含按特定速率引入酒精溶液，例如约1gpm或更大或1gpm到约30gpm、约3gpm到约20gpm、约5gpm到约15gpm或小于约50gpm。将具有一或多种渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可包含按特定压力将酒精溶液引入到其中，例如约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。可由一或多个泵供应或调节压力。
将具有一或多种渗透溶质的进料溶液引入到正向渗透系统的第一侧中可包含使进料溶液循环通过fo元件一次、多于一次或通过多于一个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渗透溶质的汲取溶液循环通过正向渗透系统的第二侧，汲取溶液相比于进料溶液具有大于或等于一或多种渗透溶质中的至少一个物种的渗透溶质浓度的动作1020可包含循环经配置以允许/导致选择性地移除进料溶液中的一或多种组分的汲取溶液。例如，汲取溶液中可包含至少一种渗透溶质(例如甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、锂、质子、ph、乳酸、醋酸、柠檬酸、硼和氧化硼、氢氧化物、氨等等)，它的量使得进料溶液中的渗透溶质上的fo膜的第一侧与第二侧之间的浓度差至少部分地防止至少一种渗透溶质跨过fo膜。如果进料溶液中的渗透溶质的浓度相同于汲取溶液中的相同溶质(和/或包含一或多种渗透溶质和/或一或多种非渗透溶质的溶质组合)的浓度，且没有水从进料流转移到汲取流(例如小于约0.1lmh的水通量)，那么渗透溶质的渗透性将被减小。如果汲取流中的渗透溶质(和/或包含一或多种渗透溶质和/或一或多种非渗透溶质的溶质组合)的浓度小于进料流中的浓度，那么渗透溶质将从进料流转移到汲取流。如果进料溶液中的渗透溶质的浓度小于汲取溶液中的浓度，那么渗透溶质将从汲取流转移到进料流。在一些实施例中，相比于进料溶液具有较高的一或多种渗透溶质(和/或非渗透溶质或其组合)的至少一个物种的渗透溶质含量(和/或非渗透溶质含量或其组合)的汲取溶液可循环通过第二侧。汲取流中的渗透溶质(和/或包含一或多种渗透溶质和/或一或多种非渗透溶质的溶质组合)的浓度可用来控制渗透速率且因此控制进料流浓缩物中的渗透溶质的浓度。在一些实例中，从进料流到汲取流的水转移(约1lmh或更大)将减小膜表面处的渗透溶质浓度，因此可使用过量渗透溶质(和/或非渗透溶质)(例如汲取流中的至少约5％abw的更渗透的溶质)。在一些实例中，渗透溶质可与水形成氢键且渗透可与水转移相关，因此可使用额外过量渗透溶质(和/或非渗透溶质)(例如至少约10％)。可通过使进料流/溶液脱水且依据汲取流中的浓度来测量进料流浓缩物中的渗透溶质的浓度而实验上确定汲取流/溶液中的过量渗透溶质的量。渗透溶质的转移速率可取决于以下各者中的一或多者：渗透溶质的化学物种、温度、水通量、膜材料和性质、膜表面处的湍流和混合、压力、流动速率和其它物种(反离子和共溶剂)的浓度。例如，相对于渗透流流动速率增加汲取流流动速率同时维持汲取流渗透溶质浓度将减少汲取流的稀释且增加渗透溶质从进料流到汲取流的净转移。
在一些实施例中，汲取溶液可包含进料溶液中的至少相同浓度或过量的一或多种渗透溶质(例如乙醇)。例如，汲取溶液(在循环通过fo元件之前或之后)可包含至少等于进料溶液的酒精含量的酒精含量，例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、多至少约1％abw到多约45％abw、多约5％abw到多约35％abw、多约10％abw到多约20％abw、多约1％abw到多约20％abw、多约5％abw到多约25％abw或比进料溶液多小于约40％abw。应理解，所述％abw与wt％相当且可互换地使用。在一些实施例中，循环汲取溶液可包含使用经配置以维持进料溶液(流)中的渗透溶质含量的其中具有渗透溶质含量的汲取溶液。在一些实施例中，循环汲取溶液可包含使用经配置以维持进料溶液中的一或多种渗透溶质的含量(例如物种和量)的具有除了酒精以外的一或多种渗透溶质(例如物种和量)和/或非渗透溶质的含量的汲取溶液。例如，汲取溶液相比于进料溶液可包含多10wt％的乙二醇，且在fo期间，进料溶液中的乙二醇至少部分地归因于由汲取流中的过量乙二醇引起的渗透压力(来自化学势)而保持在其中。在一些实施例中，汲取流具有较小量的一或多种渗透溶质和/或非渗透溶质以引起进料溶液中的一或多种渗透溶质跨过fo膜到汲取溶液中。
在一些实施例中，除了酒精以外，至少又一种渗透或非渗透溶质也可添加到或存在于汲取溶液(例如汲取流)中以产生额外渗透压力和驱动力以使进料溶液(例如进料流)脱水到所要浓度。可使用可为可溶于水中的食品安全添加剂的至少一种化合物实施非渗透溶质，所述化合物能够产生具有选定通量的充足渗透压力(例如至少约1公升/m2/h(lmh))，被fo、ro或nf膜很好地抑制(非渗透或基本上非渗透)以减少到进料和nf或ro渗透物中的汲取损耗或其组合。至少又一种非渗透溶质可包含一或多种无机盐，例如氯化钠、氯化镁或硫酸镁。至少又一种非渗透溶质可包含一或多种糖醇，例如山梨糖醇、甘露醇、麦芽糖醇、甘油、赤藓糖醇等等。在一些实施例中，至少又一种非渗透溶质可包含一或多种氢化淀粉水解物。在一些实施例中，至少又一种非渗透溶质可包含一或多种蛋白质。在一些实施例中，至少又一种非渗透溶质可包含一或多种voc。如本文中针对汲取溶液中的酒精含量所揭示的过量非渗透溶质的相同范围可用于溶解糖、盐或汲取溶液中的呈任何组合和/或其范围的任何其它溶质。
使其中具有一或多种渗透溶质的汲取溶液循环通过正向渗透系统的第二侧，汲取溶液具有大于或等于进料溶液中的一或多种渗透溶质中的至少一个物种的渗透溶质浓度可包含使进料溶液循环通过本文中所揭示的fo系统或其组件的任一者。使其中具有一或多种渗透溶质的汲取溶液循环通过正向渗透系统的第二侧，汲取溶液具有大于或等于进料溶液中的一或多种渗透溶质中的至少一个物种的渗透溶质浓度可包含在相对于进料溶液的逆流配置或顺流配置中循环汲取溶液。使其中具有一或多种渗透溶质的汲取溶液循环通过正向渗透系统的第二侧，汲取溶液相比于进料溶液具有大于或等于一或多种渗透溶质中的至少一个物种的渗透溶质浓度可包含使用泵、导管、阀等等中的一或多者使汲取溶液循环到fo元件中。使其中具有一或多种渗透溶质的汲取溶液循环通过正向渗透系统的第二侧，汲取溶液相比于进料溶液具有大于或等于一或多种渗透溶质中的至少一个物种的渗透溶质浓度可包含按特定压力循环汲取溶液，例如至少约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渗透溶质的汲取溶液循环通过正向渗透系统的第二侧，汲取溶液具有大于或等于进料溶液中的一或多种渗透溶质中的至少一个物种的渗透溶质浓度可包含使再生、重构或再循环汲取溶液循环通过fo系统。
在正向渗透系统的第二侧中产生稀释汲取溶液，稀释汲取溶液相比于汲取溶液具有较高的水浓度的动作1030可包含使用fo元件中的fo膜，其能够允许至少一些水从fo元件的第一侧经由膜跨到第二侧。在正向渗透系统的第二侧中产生稀释汲取溶液可包含将稀释汲取溶液输出到一或多个下游汲取组件，例如本文中所揭示的下游汲取组件的任一者(例如再生设备、泵、罐、导管、阀等等)。在一些实施例中，产生稀释汲取溶液包含经由fo膜从酒精溶液移除至少一些水而留下其中的至少一些或所有酒精。
从正向渗透系统的第一侧产生包含浓缩进料溶液的产物流，浓缩进料溶液具有大于或等于进料溶液中的至少一个物种的浓度的一或多种渗透溶质中的至少一个物种的浓度的动作1040可包含产生其中相比于进料流具有较高的一或多种渗透溶质(例如酒精)浓度和/或较低的水浓度的产物流(例如浓缩进料流)。例如，从正向渗透系统的第一侧产生包含浓缩进料溶液的产物流，浓缩进料溶液具有大于或等于进料溶液中的至少一个物种的浓度的一或多种渗透溶质中的至少一个物种的浓度可包含产生其中相比于进料流具有多至少约5％abw的酒精的产物流，例如其中相比于进料流具有多约5％abw到约50％abw、多约10％abw到约40％abw、多约15％abw到约35％abw或多约20％abw到约30％abw的酒精。从正向渗透系统的第一侧产生包含浓缩进料溶液的产物流，浓缩进料溶液具有大于或等于进料溶液中的至少一个物种的浓度的一或多种渗透溶质中的至少一个物种的浓度可包含将浓缩进料溶液(流)输出到一或多个下游产物组件，例如一或多个导管、泵、阀、冰箱、分布设备、存储介质(例如存储罐)、销售点包装(例如经包装的浓缩酒精饮料)，或递送构件，例如货车、管线、罐等等。在一些实施例中，产生产物流可包含将至少一些一或多种渗透溶质(例如酒精)和/或一或多种非渗透溶质(例如糖等等)保持在进料流中。
在一些实施例中，方法1000可进一步包含维持汲取溶液的渗透溶质(例如酒精、乙二醇等等)含量和/或非渗透溶质含量。例如，方法1000可进一步包含从稀释汲取溶液再生汲取溶液。从稀释汲取溶液再生汲取溶液可包含经由至少一个蒸馏设备或至少一个ro元件(例如低抑制ro和/或标准ro)或从至少第二源到稀释汲取溶液中的至少一种额外渗透溶质(例如酒精)和/或非渗透溶质(例如甘油或果糖)中的一或多者进行重构(例如再生汲取溶液)。在一些实施例中，方法1000可进一步包含从稀释汲取溶液产生渗透流或蒸馏物。在一些实施例中，从稀释汲取溶液产生渗透流或蒸馏物可包含经由反渗透或蒸馏产生渗透流。在一些实施例中，渗透流或蒸馏物包含基本上纯水。
在一些实施例中，进料流渗透溶质含量可略高于目标进料流浓缩物渗透溶质含量(例如目标％abw)，这考虑到浓度，以避免蒸馏或添加渗透溶质(例如乙醇)到汲取溶液或稀释汲取流。在一些实例中，在渗透物中损失(没有保持在进料流浓缩物中)的渗透溶质(例如乙醇)可被蒸馏且用作燃料。
在一些实施例中，可在低温(例如-5℃到15℃)下将进料溶液引入到fo元件(例如浓缩)，这可改进voc和小分子的保持力以保持进料流浓缩物的营养和风味。在一些实施例中，可在环境温度(例如15℃到35℃)或更高温度(例如35℃到80℃)下浓缩进料溶液以改进抑制且减小冷却进料溶液或其浓缩物的成本。在一些实施例中，跨越fo膜的温度梯度(例如更冷的第一侧或更热的第一侧)可增加fo膜的效率或减小冷却或加热进料溶液或其浓缩物的成本。在一些实施例中，可按其中水渗透性对乙醇渗透性的比最高的温度和汲取组合物来浓缩进料溶液。
可采用本文中所揭示的方法以提供适合于通过在选定时间添加水而进行重构(例如再水合)的浓缩酒精饮料。在实例中，具有约5％abw的酒精溶液被引入到fo元件中作为初始进料溶液(例如进料流)。在此实例中，脱水酒精溶液的所要最终浓度是30％abw(例如6倍浓缩)。本文中所揭示的一些系统和/或方法的主要输出可包含具有约30％abw的浓缩进料流和包含近纯水流(约<1％abw)的渗透流。浓缩进料流(浓缩进料溶液)接着可作为30％abw浓缩物售卖以由消费者(或零售店等等)进行稀释以在重构后就产生5％abw产物。在一些实例中，系统可经操作以产生15％abw的浓缩产物(例如进料流)以在被消费者稀释之后产生2.5％abw产物。在一些实例中，系统可经操作以产生2.5％abw的抑制流以在稀释之后产生0.4％abw产物。在一些实例中，系统可经操作以产生任何％abw产物的浓缩进料流。在一些实施例中，本文中的方法可用于通过其中的酒精的最初浓缩使酒精溶液浓缩2倍或更多，例如约2倍到约10倍、约3倍到约8倍、约4倍到约6倍、约2倍到约5倍、大于约5倍或小于约10倍。
在一些实施例中，方法1000可包含例如通过添加对应于浓缩进料溶液的浓度水平的水量来重构浓缩进料溶液。例如，其中具有酒精和其它溶质的5倍浓缩的浓缩进料溶液可通过组合约5倍重量的水中浓缩进料溶液与浓缩进料溶液来进行稀释。
图11是用于使用正向渗透使酒精溶液脱水的方法1100的流程图。方法1100包含：动作1110，将酒精饮料引入到正向渗透系统的第一侧中；动作1120，在正向渗透系统的第二侧中循环汲取溶液，汲取溶液具有大于或等于酒精饮料的酒精浓度；动作1130，在正向渗透系统的第二侧中产生稀释汲取溶液，稀释汲取溶液相比于汲取溶液具有较高的水浓度；动作1140，从正向渗透系统的第一侧产生包含浓缩酒精饮料的产物流；动作1050，从稀释汲取溶液再生汲取溶液；及动作1050，从稀释汲取溶液产生渗透流。
将酒精饮料引入到正向渗透系统的第一侧中的动作1110可包含将啤酒、葡萄酒、白酒(烧酒)、麦芽饮料、任何其它酒精溶液或其组合中的一或多者引入到fo系统的第一侧中。将酒精饮料引入到fo系统的第一侧中的动作1110可类似或相同于上文在一或多个方面中所描述的动作1010。例如，动作1110可包含将酒精饮料引入到本文中所揭示的fo系统的任一者中。在一些实施例中，将酒精饮料引入到正向渗透系统的第一侧中可包含使用具有聚酰胺支撑件的正向渗透膜分离第一侧与第二侧。
在正向渗透系统的第二侧中循环汲取溶液，汲取溶液具有大于或等于酒精饮料的酒精含量的动作1120可包含循环经配置以允许/导致选择性地移除进料溶液中的一或多种组分的汲取溶液。在正向渗透系统的第二侧中循环汲取溶液，汲取溶液具有大于或等于酒精饮料的酒精含量的动作1120可类似或相同于上文在一或多个方面中所描述的动作1020。例如，在正向渗透系统的第二侧中循环汲取溶液，汲取溶液具有大于或等于酒精饮料的酒精含量可包含循环具有进料溶液中的过量一或多种溶质的汲取溶液，其包含比进料溶液多至少约1％abw、多至少约5％abw、多至少约10％abw、多至少约15％abw、多至少约1％abw到多约45％abw、多约5％abw到多约35％abw、多约10％abw到多约20％abw、多约1％abw到多约20％abw、多约5％abw到多约25％abw或比进料溶液多小于约40％abw的酒精含量。
在正向渗透系统的第二侧中产生稀释汲取溶液，稀释汲取溶液相比于汲取溶液具有较高的水浓度的动作1130可包含使用fo元件中的fo膜，其能够允许至少一些水从fo元件的第一侧经由膜跨到第二侧。在正向渗透系统的第二侧中产生稀释汲取溶液可包含将稀释汲取溶液输出到一或多个下游汲取组件，例如本文中所揭示的下游汲取组件的任一者(例如再生设备、泵、罐、导管、阀等等)。在一些实施例中，产生稀释汲取溶液包含经由fo膜从酒精饮料移除至少一些水而留下其中的至少一些或所有酒精。
从正向渗透系统的第一侧产生包含浓缩酒精饮料的产物流的动作1140可包含产生其中相比于进料流112具有较高的酒精浓度和/或较低的水浓度的产物流(例如浓缩进料流)。例如，产生包含浓缩酒精饮料的产物流可包含产生其中相比于进料流具有多至少约5％abw的酒精的产物流，例如其中相比于进料流具有多约5％abw到约50％abw、多约10％abw到约40％abw、多约15％abw到约35％abw或多约20％abw到约30％abw的酒精。产生包含浓缩酒精饮料的产物流可包含将浓缩酒精流输出到一或多个下游产物组件，例如一或多个导管、泵、阀、冰箱、分布设备、存储介质(例如存储罐)、销售点包装(例如经包装的浓缩酒精饮料)，或递送构件，例如货车、管线、罐等等。可同时(contemporaneously或simultaneously)实行动作1130和1140。
从稀释汲取溶液再生汲取溶液的动作1150可包含引导稀释汲取溶液通过一或多个再生设备，例如本文中所揭示的再生设备的任一者。例如，从稀释汲取溶液再生汲取溶液可包含引导稀释汲取溶液通过至少一个ro元件和/或至少一个蒸馏设备。从稀释汲取溶液再生汲取溶液可包含经由至少一个蒸馏设备或至少一个ro元件(例如低抑制ro和/或标准ro)或从至少第二源到稀释汲取溶液中的至少一种额外酒精中的一或多者重构(例如再生)汲取溶液。在一些实施例中，再生汲取溶液包含蒸馏稀释汲取溶液。在一些实施例中，再生汲取溶液包含对稀释汲取溶液执行反渗透和蒸馏。在一些实施例中，再生汲取溶液包含对稀释汲取溶液或它的衍生物执行低抑制反渗透、反渗透或蒸馏中的一或多者。在一些实施例中，再生汲取溶液包含通过第一反渗透工艺然后通过第二反渗透工艺循环稀释汲取溶液。
从稀释汲取溶液产生渗透流的动作1160可包含经由反渗透或蒸馏产生渗透流。在一些实施例中，渗透流或蒸馏物包含基本上纯水(例如<1％abw)。在一些实施例中，从稀释汲取溶液产生渗透流包含产生基本上纯水渗透流。
方法1100可进一步包含使再生汲取溶液再循环通过fo系统的第二侧。方法1100可包含本文中例如关于方法1000所揭示的任何动作和/或其方面。
在实施例中，使溶液脱水的方法可包含将具有一或多种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。使溶液脱水的方法可包含使其中具有一或多种渗透溶质和一或多种非渗透溶质的汲取溶液循环通过正向渗透系统的第二侧的动作。使溶液脱水的方法可包含在正向渗透系统的第二侧中产生稀释汲取溶液的动作，稀释汲取溶液相比于汲取溶液具有较高的水浓度。使溶液脱水的方法可包含从正向渗透系统的第一侧产生包含浓缩进料溶液的产物流的动作，浓缩进料溶液具有一或多种渗透溶质中的至少一个物种的所要浓度；其中汲取溶液中的一或多种渗透溶质和一或多种非渗透溶质的组合渗透压力大于浓缩进料溶液的渗透压力。
一或多种渗透溶质可包含本文中所揭示的任何渗透溶质，例如乙醇，且一或多种非渗透溶质可包含本文中所揭示的非渗透溶质中的任一者，例如甘油。进料溶液可包含本文中所揭示的任何进料溶液，例如啤酒、无酒精啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、白酒或其组合。进料流中的至少一种渗透溶质可包含本文中所揭示的任何渗透溶质，例如酒精。
在一些实施例中，汲取溶液可具有一或多种渗透溶质和一或多种非渗透溶质的组合浓度，其等于或大于进料溶液中的一或多种渗透溶质的浓度，例如大至少约1wt％、大至少约5wt％或大至少10wt％。在一些实施例中，汲取溶液可具有一或多种渗透溶质和一或多种非渗透溶质的组合浓度，其等于或大于浓缩进料溶液中的一或多种渗透溶质的浓度，例如大至少约1wt％、大至少约5wt％或大至少10wt％。汲取溶液中的一或多种渗透溶质和一或多种非渗透溶质的组合浓度可引起大于浓缩进料溶液或进料溶液的渗透压力的组合渗透压力。
在一些实施例中，所述方法可进一步包含例如通过本文中所揭示的任何技术或技术组合从稀释汲取溶液再生汲取溶液。例如，从稀释汲取溶液再生汲取溶液可包含分离稀释汲取流中的至少一些一或多种渗透溶质(例如乙醇)与稀释汲取流中的至少一些非渗透溶质(例如甘油)。在一些实施例中，从稀释汲取溶液再生汲取溶液可进一步包含例如通过ro操作和/或蒸馏来浓缩至少一些一或多种渗透溶质(例如乙醇)或至少一些一或多种非渗透溶质(例如甘油)。
上文所描述的方法和系统可用来形成浓缩啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、烈酒或其它酒精溶液。所述方法和系统还可包含经由将至少水受控制地添加到浓缩啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、烈酒或其它酒精溶液而重构浓缩啤酒、葡萄酒、麦芽饮料、烈酒或其它酒精溶液的动作和组件。
本文中所描述的实例的其它特定形式可在不脱离其精神或本质特性的情况下使用。所描述的实施例在所有方面被视为仅为说明性而不是限制性。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由前述描述来指示。在权利要求书的同等意义和范围内的全部改变均包含在所述权利要求书的范围内。