本發明涉及在包含結構填料的蒸餾塔中蒸餾化合物的方法及設備。具體而言，本發明涉及這樣的方法和設備，該設備中混合物組分具有接近的相對揮發度，如從氧分離氬。尤其涉及在多層結構填料床中進行蒸餾，并且最下層填料床的高度小于其相鄰上層填料床高度的方法和設備。

通過將含兩種組分的氣態混合物通入蒸餾塔的底部區域，這兩種組分可在蒸餾塔中彼此分離。氣態混合物的通入引起形成上升的混合物蒸氣相。上升的蒸氣相在塔頂冷凝產生回流，從而引起形成下降的混合物液相。液相下降時與上升的蒸氣相在氣-液傳質裝置如結構的或無規則填料體系中接觸。由于這種接觸，上升蒸氣相中富集高揮發度組分，而液相富集低揮發度組分。

隨組分的相對揮發度趨于一致，組分是沸點接近的組分，蒸餾會更困難。為完成這樣的蒸餾，與不涉及分離具有這樣接近沸點的組分的蒸餾所需填料高度相比，需使用更高高度的填料。這類沸點接近的組分例子有氬和氧、乙苯和苯乙烯，等等。

對無規則填料或結構填料的填充塔，對具體蒸餾所需的填料高度可通過試驗確定。該高度基于等板高度即HETP。理論塔板數或段數可用參考需分離的具體混合物的氣-液平衡曲線的已知方式確定。然后在塔中填充充分量的填料，使與該蒸餾所需的理論塔板或段數相等。

本發明人已經發現在這樣的計算中必須使用安全系數，尤其在蒸餾沸點接近的組分時，因為蒸餾塔不會精確按照由理論計算和對特定填料的試驗數據設想的相同方式操作。具體而言，如果使用多層填料床，并且所有的床層等高，則最下層床的性能是所有床層中最差的。這樣蒸餾塔會更高，并因此使用的填料比最初根據理論計算和試驗數據所設想的更多。

正如下面將討論的，本發明人已經發現蒸餾沸點接近的組分的方法，可通過比現有技術更接近理論計算的塔設計進行。

本發明提供一種將混合物通入填料塔的蒸餾方法。所述混合物包括高揮發度和低揮發度組分。填料塔的操作應使高揮發度組分和低揮發度組分在所述填料塔中的相對揮發度在約1.05-1.8范圍。通過形成該混合物的上升和下降的氣相和液相，使氣相和液相在結構填料中接觸，可在填料塔中蒸餾該混合物，結構填料在填料床中的排列為所述填料床的最下層高度為其相鄰上層高度的約50-80％，該填料塔內的填料總高度至少約為6米。

本發明第二方面提供蒸餾包含高揮發度和低揮發度組分的混合物的蒸餾塔。該蒸餾塔包括一塔體(column?shell)，其上有接受所述氣體混合物的塔底進口，排放塔頂餾出物的塔頂出口以及將回流流體通入所述蒸餾塔的塔頂進口。結構填料置于蒸餾塔內，接觸該混合物的上升蒸氣相和下降液相，使上升蒸氣相富集高揮發度組分，液相下降時富集低揮發度組分。結構填料在填料床中的排列為，最下層的填料床高度為其相鄰上層填料床高度的約50-80％，蒸餾塔中填料床總高度至少約為6米。

本發明任一方面中，最下層填料床高度約為其相鄰上層填料床高度的80％。使用三層以上的所述填料床進行蒸餾，所述最下層床之上的各填料床層可以等高。而且，高揮發度組分是氬，低揮發度組分是氧。這種情況下，蒸餾塔是氬塔，可用于與雙塔式空氣分離裝置的低壓塔連接。

本發明人已經發現當采用這樣的方法或用上述蒸餾塔進行蒸餾時，塔以更理想的方式運作，因為最下層床不易于發生液體分布不良。因此塔的設計不必過于謹慎，可使用比現有技術領域更少的填料。降低塔的填料高度可達到更低的制造費用。

以權利要求書來結束說明書，各權利要求分別指出申請人認為是其發明的主體，相信，當結合參考附圖時能更好地理解本發明。

圖1是氬-氧分離的McCabe-Thiele圖；

圖2是實施本發明方法的塔的示意圖。

參考圖1，是眾所周知的McCabe-Thiele圖，用于說明氬-氧分離。盡管未說明，實際上含氬-氧的混合物可從雙塔蒸餾裝置的低壓塔取出。含有約10％(摩爾)氬的混合物可通入氬塔。

沿X軸繪出液體中氬的摩爾分數，沿Y軸繪出蒸氣中氬的摩爾分數。操作線的斜率代表塔中液體與蒸氣的比值，平衡線代表平衡時存在的混合物液相和氣相的組成。液體在塔內下降時(在圖的右上角開始并向左移動)，由圖可決定需要多少理論段來進行蒸餾。在所說明的情況，在塔頂制得含98％氬的混合物。因此一塊理論段或塔板可定義為液體離開該段時，出現與該液體平衡的流出蒸氣。