[发明专利]蒸馏方法及蒸馏塔

说明书

本发明涉及在包含结构填料的蒸馏塔中蒸馏化合物的方法及设备。具体而言，本发明涉及这样的方法和设备，该设备中混合物组分具有接近的相对挥发度，如从氧分离氩。尤其涉及在多层结构填料床中进行蒸馏，并且最下层填料床的高度小于其相邻上层填料床高度的方法和设备。

通过将含两种组分的气态混合物通入蒸馏塔的底部区域，这两种组分可在蒸馏塔中彼此分离。气态混合物的通入引起形成上升的混合物蒸气相。上升的蒸气相在塔顶冷凝产生回流，从而引起形成下降的混合物液相。液相下降时与上升的蒸气相在气-液传质装置如结构的或无规则填料体系中接触。由于这种接触，上升蒸气相中富集高挥发度组分，而液相富集低挥发度组分。

随组分的相对挥发度趋于一致，组分是沸点接近的组分，蒸馏会更困难。为完成这样的蒸馏，与不涉及分离具有这样接近沸点的组分的蒸馏所需填料高度相比，需使用更高高度的填料。这类沸点接近的组分例子有氩和氧、乙苯和苯乙烯，等等。

对无规则填料或结构填料的填充塔，对具体蒸馏所需的填料高度可通过试验确定。该高度基于等板高度即HETP。理论塔板数或段数可用参考需分离的具体混合物的气-液平衡曲线的已知方式确定。然后在塔中填充充分量的填料，使与该蒸馏所需的理论塔板或段数相等。

本发明人已经发现在这样的计算中必须使用安全系数，尤其在蒸馏沸点接近的组分时，因为蒸馏塔不会精确按照由理论计算和对特定填料的试验数据设想的相同方式操作。具体而言，如果使用多层填料床，并且所有的床层等高，则最下层床的性能是所有床层中最差的。这样蒸馏塔会更高，并因此使用的填料比最初根据理论计算和试验数据所设想的更多。

正如下面将讨论的，本发明人已经发现蒸馏沸点接近的组分的方法，可通过比现有技术更接近理论计算的塔设计进行。

本发明提供一种将混合物通入填料塔的蒸馏方法。所述混合物包括高挥发度和低挥发度组分。填料塔的操作应使高挥发度组分和低挥发度组分在所述填料塔中的相对挥发度在约1.05-1.8范围。通过形成该混合物的上升和下降的气相和液相，使气相和液相在结构填料中接触，可在填料塔中蒸馏该混合物，结构填料在填料床中的排列为所述填料床的最下层高度为其相邻上层高度的约50-80％，该填料塔内的填料总高度至少约为6米。

本发明第二方面提供蒸馏包含高挥发度和低挥发度组分的混合物的蒸馏塔。该蒸馏塔包括一塔体(column shell)，其上有接受所述气体混合物的塔底进口，排放塔顶馏出物的塔顶出口以及将回流流体通入所述蒸馏塔的塔顶进口。结构填料置于蒸馏塔内，接触该混合物的上升蒸气相和下降液相，使上升蒸气相富集高挥发度组分，液相下降时富集低挥发度组分。结构填料在填料床中的排列为，最下层的填料床高度为其相邻上层填料床高度的约50-80％，蒸馏塔中填料床总高度至少约为6米。

本发明任一方面中，最下层填料床高度约为其相邻上层填料床高度的80％。使用三层以上的所述填料床进行蒸馏，所述最下层床之上的各填料床层可以等高。而且，高挥发度组分是氩，低挥发度组分是氧。这种情况下，蒸馏塔是氩塔，可用于与双塔式空气分离装置的低压塔连接。

本发明人已经发现当采用这样的方法或用上述蒸馏塔进行蒸馏时，塔以更理想的方式运作，因为最下层床不易于发生液体分布不良。因此塔的设计不必过于谨慎，可使用比现有技术领域更少的填料。降低塔的填料高度可达到更低的制造费用。

以权利要求书来结束说明书，各权利要求分别指出申请人认为是其发明的主体，相信，当结合参考附图时能更好地理解本发明。

图1是氩-氧分离的McCabe-Thiele图；

图2是实施本发明方法的塔的示意图。

参考图1，是众所周知的McCabe-Thiele图，用于说明氩-氧分离。尽管未说明，实际上含氩-氧的混合物可从双塔蒸馏装置的低压塔取出。含有约10％(摩尔)氩的混合物可通入氩塔。

沿X轴绘出液体中氩的摩尔分数，沿Y轴绘出蒸气中氩的摩尔分数。操作线的斜率代表塔中液体与蒸气的比值，平衡线代表平衡时存在的混合物液相和气相的组成。液体在塔内下降时(在图的右上角开始并向左移动)，由图可决定需要多少理论段来进行蒸馏。在所说明的情况，在塔顶制得含98％氩的混合物。因此一块理论段或塔板可定义为液体离开该段时，出现与该液体平衡的流出蒸气。