(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合導管であって、
内部容積を画成する筒状側壁部であって、１つまたは複数の噴射口が、前記筒状側壁部を貫通して形成され、かつ前記内部容積とつながる、筒状側壁部と、
前記内部容積内に配設された１つまたは複数の流れ障害体であって、各流れ障害体が、対応する孔の上流に整合される、１つまたは複数の流れ障害体と、を備え、
前記１つまたは複数の噴射口が、前記筒状側壁部の外周部に沿って形成された複数の前記孔を含み、前記１つまたは複数の流れ障害体は、前記筒状側壁部の前記外周部に沿って前記内部容積内に挿入された複数のスポークを備え、
前記複数のスポークがそれぞれ、第１の流れが複数の前記孔に到達する手前において前記第１の流れ中に前記流れ障害体を与えるように、前記孔と整合される、混合導管。
【請求項２】
各スポークが、円形、楕円形、三角形、菱形、非対称菱形、または涙滴形、の１つの形状の断面を有する、請求項１に記載の混合導管。
【請求項３】
各スポークが、前記筒状側壁部に結合される大きな端部と、前記混合導管の中心軸付近の小さな端部とを有するテーパ状のものである、請求項１または２のいずれかに記載の混合導管。
【請求項４】
前記複数のスポークは、前記筒状側壁部に対して実質的に同心状であるディスクに結合される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の混合導管。
【請求項５】
前記複数のスポークは、前記筒状側壁部に対して実質的に同心状である１つまたは複数のリングに結合される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の混合導管。
【請求項６】
前記複数のスポークは、前記混合導管の中心軸に沿って配設された魚雷形状部に結合される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の混合導管。
【請求項７】
各噴射口が、前記混合導管の外側の大きな開口と、前記混合導管の内側の小さな開口とを有するテーパ状孔である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の混合導管。
【請求項８】
追加の噴射口が、前記筒状側壁部の長手方向軸線の下流において前記複数の噴射口のそれぞれに隣接して配設される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の混合導管。
【請求項９】
各噴射口が、同心状に配設された２つの孔を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の混合導管。
【請求項１０】
各噴射口が、前記混合導管の長手方向軸線に対して垂直な平面に対してある角度で傾斜された孔を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の混合導管。
【請求項１１】
１つまたは複数の障害体が、前記混合導管の長手方向軸線に対して垂直な平面に対してある角度で取り付けられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の混合導管。
【請求項１２】
静的ミキサであって、
１つまたは複数の流体受け導管であって、環状チャンバの１つまたは複数の外側壁部を画定する、流体受け導管と、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の混合導管であって、前記混合導管は、前記環状チャンバの少なくとも内側壁部を画定する第１の導管内に配設され、前記環状チャンバは、前記混合導管の１つまたは複数の噴射口と流体連通する、混合導管と、を備える静的ミキサ。
【請求項１３】
混合するための方法であって、
第１の流れを流すステップであって、前記第１の流れが、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の前記混合導管の長手方向に沿っており、前記混合導管の前記１つまたは複数の障害体は、前記混合導管の前記１つまたは複数の噴射口の上流に位置する、第１の流れを流すステップと、
第２の流れを流すステップであって、前記第２の流れが、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の前記混合導管の前記１つまたは複数の噴射口を通る、第２の流れを流すステップと、を含む方法。
【請求項１４】
前記第１の流れはホスゲンを含み、前記第２の流れはアミンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の流れは、メチレンジフェニルジアミン、トルエンジアミン、およびヘキサメチレンジアミン、の少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記内部容積内に配設された前記１つまたは複数の障害体が、前記第１の流れにおける速度特性を変更する、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、反応化学プロセスにおけるホスゲンおよびアミンの混合など、流体成分を混合するための混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の混合デバイスの分野は、２つの主要な分野、動的ミキサ、すなわち機械的ミキサと、静的ミキサとに大まかに分類することができる。動的ミキサまたは機械的ミキサは、成分の所望のまたは完全な混合を確保するために、あるタイプの可動パーツまたは複数の可動パーツに依拠する。静的ミキサは、一般的には目立った可動パーツを有さないが、その代わりに、混合を促進するために、混合される流体内における流れ特性（プロファイル）および圧力差に依拠する。本開示は、主に静的ミキサに関するが、動的ミキサとの組合せでも利用可能である。
【０００３】
イソシアネートは、Ｎ＝Ｃ＝Ｏ官能基を特徴とする分子である。幅広く使用されるイソシアネートの殆どが、芳香族化合物である。２つの芳香族イソシアネート、すなわちトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）およびメチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）が、商業的に広く生成されている。イソシアネートは、ポリオールと反応してポリウレタンを形成することができる。主要なポリウレタンの適用例は、良質な絶縁体であり電気器具業、自動車業、および建設業において多用される硬質発泡体、ならびにマットレス用途および家具用途において使用され得る軟質発泡体である。さらに、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族イソシアネートもまた、広く生成され、アブレージョンコーティングおよびＵＶ耐性コーティングなどの特殊用途において使用される。
【０００４】
混合は、イソシアネートの生成において重要である。イソシアネート生成物の品質および歩留まりは、マルチステップ化学反応ネットワークにより左右される。このプロセスの第１のステップにおいては、２つの反応物（アミンおよびホスゲン）連続流が、混合される。最終的には、尿素および他の尿素誘導体を形成するホスゲン化生成物とアミンとの間における反応などの二次反応により、生成物組成の品質が低下する。イソシアネートの生成を望んでも、二次反応により望ましくない生成物が得られる。これらの二次反応のいくつかは、尿素ならびにカルボジイミドおよびウレトンイミンのような尿素誘導体などの生成物を生成すると考えられる。この化学反応全体は、以下のように説明することが可能である。
アミン＋ホスゲン→イソシアネート＋塩酸＋尿素＋カルボジイミド＋ウレトンイミン＋望ましくない生成物
【０００５】
多数の公知のおよび未知の要素が、一次反応の性質を制御するが、ホスゲン対アミンの比率の上昇、溶剤中におけるアミンの希釈、または混合の改善により、望ましくない副生成物の形成が最小限に抑えられる。これらの望ましくない副生成物のいくつかは、固体であり、プロセス装置内における付着に繋がる場合がある。
【０００６】
その結果、不適切な混合を伴うミキサ設計により、所望の生成物の歩留まり全体がより低下する恐れがあり、または反応器システムを閉塞させるもしくは反応器システムに付着する生成物が生成されることによって休止時間の必要および／またはメンテナンスコストの上昇をもたらす恐れがある。
【０００７】
図１は、先行技術の静的ミキサ内におけるホスゲンの濃度を概略的に図示する。図１は、ホスゲン流１が左から右に進み、アミン流２が筒状（円筒状）導管３を貫通して形成された噴射口４からホスゲン流１内に注入される、筒状導管３の部分断面図を示す。アミンがホスゲンを縦断しホスゲンと反応すると、一次反応および二次反応が引き起こされる。アミン流１が進入する距離Ｌに位置する円５は、ホスゲン濃度が比較的低い（ほぼゼロ）、噴射口４の下流側の領域を図示する。ホスゲンとアミンとの反応は、発熱性であるため、円５の周囲の領域は、高温となる。ホスゲン濃度の低さおよび高温により、望ましくない二次反応の成立、および副生成物の生成が促進される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ホスゲンおよびアミンの混合を改善することにより望ましくない副生成物の生成を制限する静的ミキサを有することが、望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、単体、または動的ミキサとの組合せで使用可能な静的混合装置に関する。
【００１０】
静的混合装置の一実施形態は、内部容積を画成する筒状側壁部を備える混合導管を提供する。１つまたは複数の噴射口が、筒状側壁部を貫通して内部容積まで形成され、１つまたは複数の流れ障害体（妨害体）が、内部容積内に配設され、各流れ障害体が、対応する孔の上流に整合されて、噴射貫入および噴射混合に関するクロスフロー（交差流、直交流）を改善し、混合導管内における逆混合を低減させる。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、環状チャンバの１つまたは複数の外側壁部を画定する１つまたは複数の流体受け導管と、環状チャンバの少なくとも内側壁部を画定する第１の導管内に配設された本発明の混合導管であって、環状チャンバが混合導管の１つまたは複数の噴射口と流体連通状態にある、混合導管とを備える、静的ミキサを提供する。
【００１２】
本発明の上記特徴を詳細に理解することが可能となるように、上記では簡潔な要約として示した本発明のさらに具体的な説明を、一部が添付の図面に図示される複数の実施形態を参照として行う。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すものに過ぎず、したがって本発明の範囲を限定するものとして見なされるべきではない点に留意されたい。なぜならば、本発明は、他の同様に有効な実施形態を許容し得るからである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ホスゲンおよびアミンの混合において使用される先行技術の静的ミキサ内におけるホスゲンの濃度を概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による静的ミキサ用の混合導管の部分断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの混合導管の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による静的ミキサの断面図である。
【図４】一構成において取り付けられた障害体を有する混合導管の一実施形態の概略図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、半径方向における障害体の形状によりクロスフローがさらに流線型化されるような、混合導管内において使用するための障害体の一実施形態の概略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、半径方向における障害体の形状によりクロスフローがさらに流線型化されるような、混合導管内において使用するための障害体の一実施形態の概略図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による、半径方向における障害体の形状によりクロスフローがさらに流線型化されるような、混合導管内において使用するための障害体の一実施形態の概略図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態による、半径方向における障害体の形状によりクロスフローがさらに流線型化されるような、混合導管内において使用するための障害体の一実施形態の概略図である。
【図５Ｅ】本発明の実施形態による、半径方向における障害体の形状によりクロスフローがさらに流線型化されるような、混合導管内において使用するための障害体の一実施形態の概略図である。
【図５Ｆ】本発明の実施形態による、半径方向における障害体の形状によりクロスフローがさらに流線型化されるような、混合導管内において使用するための障害体の一実施形態の概略図である。
【図５Ｇ】本発明の実施形態による、半径方向における障害体の形状によりクロスフローがさらに流線型化されるような、混合導管内において使用するための障害体の一実施形態の概略図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による、混合導管内に障害体を取り付けるための一機構の概略図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による、混合導管内に障害体を取り付けるための一機構の概略図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態による、混合導管内に障害体を取り付けるための一機構の概略図である。
【図６Ｄ】本発明の実施形態による、混合導管内に障害体を取り付けるための一機構の概略図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態による、中心軸付近において一構成を有する混合導管の概略図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による、中心軸付近において一構成を有する混合導管の概略図である。
【図７Ｃ】魚雷形状の中央障害体上への流れ障害体の取付けを示す図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による、クロスフローを配向する羽根状形状の流れ障害体に結合された中央ディスクを有する混合導管の概略図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による、クロスフローを配向する羽根状形状の流れ障害体に結合された中央ディスクを有する混合導管の概略図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態による、クロスフローを配向する羽根状形状の流れ障害体に結合された中央ディスクを有する混合導管の概略図である。
【図９】本発明の一実施形態による、複数列の障害体を有する混合導管の概略図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態による、複雑な噴射口設計を有する混合導管の概略図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態による、複雑な噴射口設計を有する混合導管の概略図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施形態による、複雑な噴射口設計を有する混合導管の概略図である。
【図１０Ｄ】本発明の実施形態による、複雑な噴射口設計を有する混合導管の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
理解を容易にするために、可能な場合には、図面間において共通する同一の要素を指すために同一の参照数字を使用した。一実施形態において開示される要素が、特に記載することなしに他の実施形態において有利に利用され得ることが企図されている。
【００１５】
本発明の実施形態は、混合が律速段階であり、望ましくない生成物の形成を引き起こし得る、化学反応を伴うまたは伴わない用途において、成分を混合するための静的混合装置に関する。特に、本発明の実施形態は、高反応性化学反応の際にホスゲンおよびアミンなどの流体成分を混合するための混合装置を提供する。
【００１６】
本発明の静的ミキサは、ホスゲンとＭＤＡとを反応させてＭＤＩを形成するなど、工業的な反応プロセスにおいて高速混合を可能にするように設計される。本発明の実施形態は、ホスゲンがアミン流を包み込み、二次反応を最小限に抑えることが可能である、静的ミキサを提供する。流体を混合させるために使用されるエネルギーは、混合デバイス内における圧力低下から得られる。本発明の静的ミキサは、高い生成速度を可能にすると共に、適度な圧力低下を維持し、生成物の品質を向上させる、噴射混合プロセスを向上させる。
【００１７】
本発明の実施形態は、第１の流れが、導管を通過し、導管を貫通して形成された１つまたは複数の噴射口により導管内に注入される第２の流れと合流する際に、第１の流れ、すなわち典型的には主要クロスフローにおいてある速度特性（プロファイル）を生じさせる。一実施形態においては、第１の流れの速度特性は、導管内の上流に配置された１つまたは複数の流れ障害体により生成される。１つまたは複数の流れ障害体は、ホスゲンなどの第１の流れを、アミンなどの第２の流れの周囲に配向する。流れ障害体により、アミン噴射口付近のホスゲン欠乏領域が最小限に抑えられ、ホスゲンがアミン流をより良好に包み込む。
【００１８】
本発明の一実施形態は、導管の外周部を貫通して形成される少なくとも１つの孔を有する導管と、この少なくとも１つの孔の上流において導管内に配設された少なくとも１つの障害体を有する静的ミキサを提供する。混合の際には、第１の流れ成分は、導管を通り流れ、少なくとも１つの障害体を通過し、次いで、対応する少なくとも１つの孔を通り導管に進入する第２の流れに衝突する。
【００１９】
図２Ａは、本発明の一実施形態による静的ミキサ用の混合導管１００の部分断面図である。図２Ｂは、図２Ａの混合導管１００の斜視図である。
【００２０】
混合導管１００は、内部容積１０７を画成する筒状側壁部１０１を備える。第１の流れ１０５は、混合導管１００の入口端部１０８から内部容積１０７に進入するように設定される。混合導管１００は、中心軸１０６を有する。
【００２１】
複数の孔１０２が、混合導管１００の外周部の周囲に筒状側壁部１０１を貫通して形成される。複数の孔１０２は、混合導管１００の内部容積１０７に第２の流れ１０４を注入するように構成される。一実施形態においては、複数の孔１０２は、混合導管１００の外周部の周囲に均等に分布する。
【００２２】
図２Ａは、各孔１０２がテーパ形状を有するのを図示する。孔１０２のこのテーパ形状により、第２の流れ１０４が混合導管１００に進入する際に、第２の流れ１０４が中心軸１０６のより近傍を通り抜けることが可能となるように、第２の流れ１０４においてある速度特性が生成される。しかし、他の設計の孔１０２を使用してもよい。少なくとも一部が共通の発明者によるものであり、テーパ状孔を有する静的ミキサに関する、米国特許公開第２００８／００８７３４８号として公開された、２００５年７月７日に出願の米国特許出願第１１／６５８，１９３号が、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２３】
混合導管１００は、混合導管１００の複数の孔１０２と入口端部１０８との間に配設された複数のスポーク１０３をさらに備える。複数のスポーク１０３はそれぞれ、第１の流れ１０５が対応する孔１０２に到達する手前において第１の流れ中に流れ障害体を与えるように、対応する孔１０２と整合される。
【００２４】
一実施形態においては、複数のスポーク１０３は、筒状側壁部１０１を通して混合導管１００内に挿入される。各スポーク１０３は、内側端部１０３１および外側端部１０３２を有してもよい。内側端部１０３１は、外側端部１０３２よりも小さく、そのため、外側端部１０３２は、内側端部１０３ａが筒状側壁部１０１を貫通することにより混合導管１００に進入した後に、開口を塞いで混合導管１００を封止する。各スポーク１０３は、対応する孔１０２と直接的に整合されるため、スポーク１０３は、各孔１０２からの第２の流れ１０４の進入部の上流において、第１の流れの速度低下を生じさせ、したがって、第２の流れ１０４が内部容積１０７の内部により深く貫入するのを可能にし、混合を改善させる。
【００２５】
様々な要素が、処理条件に応じて混合を改善させるために調節されてもよい。例えば、孔１０２とスポーク１０３との間の距離１０９、各スポーク１０３のサイズ、スポーク１０３の取付け角度、各スポーク１０３の長さ、スポーク１０３の形状、および対応する孔１０２の設計を調節することが可能である。
【００２６】
混合の際に、第１の流れ１０５は、入口端部１０８から混合導管１００に進入し、複数のスポーク１０３と衝突する。複数のスポーク１０３は、第１の流れ１０５のクロスフローの下流において第２の流れ１０４を遮蔽し、孔１０２からの第２の流れ同士の間の空間における第１の流れ１０５の速度を上昇させる。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態による静的ミキサ１５０の断面図である。静的ミキサ１５０は、長手方向軸線１５６を有する第１の流れ導管１５３内に装着された第２の流れ導管１５５により形成されるクロスフローチャンバを画成する。図２Ａに図示するように、混合導管１００は、混合導管１００が第１の流れ導管１５３と同軸状になり、複数の孔１０２が第２の流れ導管１５５および混合導管１００の内部容積１０７と流体連通するように、第１の流れ導管１５３内に配設される。混合導管１００は、導管壁部１５４および１５５により形成される環状チャンバの少なくとも内側壁部を画定し、この環状チャンバは、混合導管１００の１つまたは複数の噴射口と流体連通状態にある。混合流れ１５７は、混合導管１００と同軸の第１の流れ導管１５３の出口端部１５８を通り出る。
【００２８】
混合導管１００は、第２の流れ導管１５５から第１の流れ導管１５３を隔離し、これにより、第２の流れ１０４は、混合導管１００中の複数の孔１０２により第２の流れ１０５とのみ混合することが可能となる。第１の流れ１０５は、第１の流れ導管１５３の入口端部１５２から混合導管１００に進入し、複数のスポーク１０３を通過し、次いで、複数の孔１０２を通り第２の導管１５５から混合導管１００に進入する第２の流れ１０４と混合する。混合流れ１５７は、出口端部１５８を通り混合導管１００から出る。一実施形態においては、第１の流れ導管１５３内の流れ領域は、例えば流れ特性に縮小または拡張をもたらすためなど、様々であってもよい。
【００２９】
混合導管１００は、他の混合デバイスと共に使用し得る点に留意されたい。様々な混合導管が、本発明の静的ミキサと共に使用することができる。
【００３０】
図４Ａ〜図４Ｄは、異なる角度で取り付けられた様々な障害体を有する混合導管の様々な実施形態を概略的に図示する。
【００３１】
図４Ａは、図２Ａの混合導管１００と同様の混合導管１００ａを図示する。混合導管１００ａは、混合導管１００ａの中心軸１０６に対して垂直である平面１１０に対して平行に取り付けられた複数のスポーク１０３ａを有する。図４Ｂは、平面１１０に対して角度αで取り付けられた複数のスポーク１０３ｂを有する混合導管１００ｂを図示する。複数のスポーク１０３ｂの端部は、下流方向に角度を付けられる。図４Ｃは、平面１１０に対して角度βで取り付けられた複数のスポーク１０３ｃを有する混合導管１００ｃを図示する。複数のスポーク１０３ｄの端部は、上流方向に角度を付けられる。図４Ｄは、平面１１０に対して取り付けられた複数の湾曲スポーク１０３ｄを有する混合導管１００ｄを図示する。複数のスポーク１０３ｄは、導管１００ｄの外側領域において上流方向に角度を付けられ、導管１００ｄの中心付近においては下流方向に角度を付けられる。障害体の形状と組み合わせて配向に角度を付けることにより、第１の流れと第２の流れとの間における横断面相互作用をさらに向上させることが可能となる。
【００３２】
図５Ａ〜図５Ｇは、本発明の実施形態による混合導管内において使用するためのスポークの様々な実施形態を概略的に図示する。図５Ａ〜図５Ｇの各図は、スポークの断面図および上面図を含む。図５Ａは、円形断面および部分的にテーパ状の端部を有するスポーク２０３ａを図示する。図５Ｂは、楕円形断面およびヘッドを有さない部分的にテーパ状の端部を有するスポーク２０３ｂを図示する。図５Ｃは、三角形断面を有するスポーク２０３ｃを図示する。図５Ｄは、菱形状断面を有するスポーク２０３ｄを図示する。図５Ｅは、テーパ状端部を有さない菱形断面（凧形状）を有するスポーク２０３ｅを図示する。図５Ｆは、涙滴形状断面および完全にテーパ状の形状を有するスポーク２０３ｆを図示する。図５Ｇは、楕円形断面を有するスポーク２０３ｇを図示し、スポーク２０３ｆは、外側端部よりも内側端部がより大きい。
【００３３】
図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の実施形態による混合導管内に障害体を取り付けるための様々な機構を概略的に図示する。図６Ａにおいては、スポーク１０３は、混合導管１００の側壁部１０１内に単純に挿入され、その中に固定される。スポーク１０３は、図２Ａにおいて混合導管１００に装着される一方の端部（１０３ｂ）の直径が大きいことにより、混合導管１００内に移動するのを防止される。図６Ｂにおいては、複数のスポーク１０３は、混合導管１００の内部において中央リング１１１に結合される。中央リング１１１は、これらの複数のスポーク１０３を定位置に保持する。一実施形態においては、中央リング１１１は、図７Ｂに図示するような中央プレートであってもよい。図６Ｃにおいては、混合導管１００の内部の２つの同心状の中央リング１１１、１１２が、複数のスポーク１０３を固定するために使用される。図６Ｄにおいては、側壁部１０１の外部に配設される保持リング１１３が、スポーク１０３が混合導管１００から外れるのを防止するために使用される。
【００３４】
図７Ａ〜図７Ｃは、本発明の実施形態による、中心軸の付近に様々な構成を有する混合導管を概略的に図示する。
【００３５】
図７Ａは、複数の孔２０２の上流に位置決めされた複数のスポーク２０３を有する混合導管２００ａを図示する。スポーク２０３は、混合導管２００ａの中心軸２０６には届かず、それにより混合導管２００ａの中央領域付近に円形ギャップ２１０が残される。混合導管２００ａの中心付近においてはクロスフロー２０５に対する障害体は存在しない。
【００３６】
図７Ｂは、混合導管２００ｂの中心付近において複数のスポーク２０３に対して固定されたディスク２１１を有する混合導管２００ｂを図示する。混合導管２００ｂの側面図は、図８Ａに図示する。ディスク２１１は、スポーク２０３を固定するだけではなく、さらにクロスフロー２０５に対する追加的な障害体となる。ディスク２１１による障害により、混合導管２００ｂ内の断面積が縮小することによって、クロスフロー２０５の速度がさらに上昇する。また、ディスク２１１は、中心軸２０６の付近にクロスフロー２０５の欠乏をもたらすことにより、孔２０２からの流れが中心軸２０６に到達しない状況における混合を改善させる。一実施形態においては、保持リング２１３が、スポーク２０３を固定するために混合導管２００ｂの筒状壁部２０１の外部に配設される。
【００３７】
図７Ｃは、混合導管２００ｃの中心付近において複数のスポーク２０３に対して固定された流線形状軸方向流れ障害体すなわち魚雷形状部２１２を有する混合導管２００ｃを図示する。魚雷形状部２１２は、筒状中間セクションおよびテーパ状端部を有してもよい。魚雷形状部２１２は、図７Ｂのディスク２１１と同一の機能を果たす。さらに、魚雷形状部２１２は、混合導管２００ｃの長手方向に沿った障害体にもなり、これにより、スポーク２０３および魚雷形状部２１２による障害効果が、さらに下流にまで及ぶようになる。魚雷形状部の設計に関する詳細な説明は、少なくとも一部が共通の発明者によるものである、２０１０年３月１６日出願の米国特許出願第１２／７２５，２６２号において見ることができる。これは、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３８】
図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の実施形態による、障害体に結合された中央ディスクを有する様々な混合導管を概略的に図示する。図８Ａおよび図７Ｂにおけるディスク２１１などの中央ディスクが使用される場合には、調整された機能を実現するために様々なスポークを使用することができる。図８Ａにおいては、テーパ形状を有する直線状スポーク２０３１が、混合導管２００ｂ内においてディスク２１１に結合される。図８Ｂにおいては、湾曲状羽根２０３２が、が、混合導管２００ｃ内において使用される。図８Ｃにおいては、膨張収縮羽根２０３３が、混合導管２００ｄ内において使用される。これらの羽根は、流れ配向器としての役割を果たし、有利な速度特性を生成するように設計することが可能である。
【００３９】
図９は、本発明の一実施形態による、複雑な障害体を有する混合導管３００を概略的に図示する。２セット以上のスポークが、混合導管３００内において使用されてもよい。図９に図示するように、２セットのスポーク３０３ａ、３０３ｂが、混合導管３００の側壁部３０１を貫通して形成された複数の孔３０２の上流に配設される。一実施形態においては、各スポーク３０３ａ、３０３ｂは、各孔３０２と整合されてもよい。別の実施形態においては、スポーク３０３ａ、３０３ｂは、相互に厳密には整合されないようなものであってもよい。さらなる実施形態においては、これらのセットのスポークは、形状および／または寸法において異なる。
【００４０】
上述のスポークの実施形態は、様々な孔の設計との組合せで使用されてもよい。図１０Ａ〜図１０Ｄは、本発明の実施形態による、複雑な噴射口を有する混合導管を概略的に図示する。
【００４１】
図１０Ａは、２セットの孔４０２ａ、４０２ｂの上流に位置決めされた複数のスポーク４０３を有する混合導管４００ａの断面図を概略的に示す。孔４０２ａは、溶剤でまたは主要流れ中の成分で第２の流れを冷却および／または希釈するために使用され得る孔４０２ｂの上流に位置決めされる。クロスフロー４０５は、それぞれ孔４０２ａ、４０２ｂからの２セットの噴射流４１１、４１２と、異なる長手方向位置において混合されることとなる。複数のスポーク４０３は、両セットの孔４０２ａ、４０２ｂに対する障害体となる。
【００４２】
図１０Ｂは、２セットの孔４０２ｃ、４０２ｄの上流に位置決めされた複数のスポーク４０３を有する混合導管４００ｂの断面図を概略的に示す。孔４０２ｃは、孔４０２ｄの内部に形成される。孔４０２ｃからの噴射流４１３は、溶剤でまたは主要流れ中の成分で第２の流れを冷却および／または希釈するために使用され得る孔４０２ｄからの噴射流４１４とは異なる流量を有してもよい。クロスフロー４０５は、２セットの噴射流４１３、４１４と、実質的に同一の長手方向位置において混合されることとなる。複数のスポーク４０３は、両セットの孔４０２ｃ、４０２ｄに対する障害体となる。
【００４３】
図１０Ｃは、混合導管４００ｃの中心軸４０６に対して垂直な平面４１０に対して相対的に角度を付けられた複数の孔４０２ｅの上流に位置決めされた複数のスポーク４０３を有する混合導管４００ｃの断面図を概略的に示す。
【００４４】
図１０Ｄは、２セットの孔４０２ｅ、４０２ｆの上流に位置決めされた複数のスポーク４０３を有する混合導管４００ｄの断面図を概略的に示す。混合導管４００ｄは、孔４０２ｅおよび４０２ｆが異なる角度で傾斜を付けられる点を除けば、混合導管４００ａと同様である。
【００４５】
本明細書に記載する障害体と組み合わせ得る他の噴射口の詳細な説明は、少なくとも一部が共通の発明者によるものである、２０１０年３月１６日出願の米国特許出願第１２／７２５，２６６号において見ることができる。これは、参照により本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【００４６】
本発明の実施形態は、ＭＤＩ生成プロセスにおけるような、第１の流れとしてのホスゲンと第２の流れとしてのアミンとの混合において使用される。静的ミキサの性能は、ウレトンイミンなどの望ましくない副生成物のレベル、および静的ミキサ内における圧力損失により決定される。一実施形態においては、第２の流れは、メチレンジフェニルジアミン、トルエンジアミン、およびヘキサメチレンジアミンの中の少なくとも１つを含む。本発明の実施形態による流れ障害体を有する混合導管は、形成される尿素、カルボジイミド、およびウレトンイミンの量が、障害体が内部容積内に配設されない方法における量よりも少なくなるように、第１の流れ内における速度特性を変更する。複数のミキサの性能比較を、表１に示す。
【００４７】
表１に示すミキサに関して、アミン噴射口の個数、サイズ、および形状は、一定のものとした。オプション１は、図１に図示するような、上流に流れ障害体を有さない先行技術を表す。オプション２は、図７Ｂに示すミキサを表す。オプション２は、オプション１に比較して、クロスフローホスゲン流の圧力損失がわずかに変化するだけで、望ましくない副生成物すなわちウレトンイミンを減少させる。オプション３は、図７Ａに示す設計を表す。オプション３は、ウレトンイミンのレベルについては殆ど改善が見られないが、圧力低下の変化もまた、より小さい。オプション４は、図２Ａ〜図２Ｂに示すスパイクミキサである。オプション４は、先述のオプション２および３に比較して、ウレトンイミンがより多く減少する。オプション５は、図７Ｃに示す設計を表す。オプション５は、最も低量のウレトンイミンをもたらすが、中央クロスフローの顕著な障害により最大のホスゲン圧力低下をももたらす。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
前述の内容は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本範囲から逸脱することなく、本発明の他のおよびさらなる実施形態を案出することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  ホスゲン流
２  アミン流
３  筒状導管
４  噴射口
５  円
１００  混合導管
１００ａ  混合導管
１００ｂ  混合導管
１００ｃ  混合導管
１００ｄ  混合導管
１０１  筒状側壁部
１０２  孔
１０３  スポーク
１０３１  内側端部
１０３２  外側端部
１０４  第２の流れ
１０５  第１の流れ
１０６  中心軸
１０７  内部容積
１０８  入口端部
１０９  距離
１１０  平面
１１１  中央リング
１１２  中央リング
１１３  保持リング
１５０  静的ミキサ
１５２  入口端部
１５３  第１の流れ導管
１５４  導管壁部
１５５  第２の流れ導管
１５６  長手方向軸線
１５７  混合流れ
１５８  出口端部
２００ａ  混合導管
２００ｂ  混合導管
２００ｃ  混合導管
２００ｄ  混合導管
２００ｅ  混合導管
２０１  筒状壁部
２０２  孔
２０３  スポーク
２０３ａ  スポーク
２０３ｂ  スポーク
２０３ｃ  スポーク
２０３ｄ  スポーク
２０３ｅ  スポーク
２０３ｆ  スポーク
２０３ｇ  スポーク
２０３１  テーパ形状を有する直線状スポーク
２０３２  湾曲状羽根
２０３３  膨張収縮羽根
２０５  クロスフロー
２０６  中心軸
２１０  円形ギャップ
２１１  ディスク
２１２  魚雷形状部
２１３  保持リング
３００  混合導管
３０１  側壁部
３０２  孔
３０３ａ  スポーク
３０３ｂ  スポーク
４００ａ  混合導管
４００ｂ  混合導管
４００ｃ  混合導管
４００ｄ  混合導管
４０２ａ  孔
４０２ｂ  孔
４０２ｃ  孔
４０２ｄ  孔
４０２ｅ  孔
４０２ｆ  孔
４０３  スポーク
４０５  クロスフロー
４０６  中心軸
４１０  平面
４１１  噴射流
４１２  噴射流
４１３  噴射流
４１４  噴射流
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
0005848351.tif 000018
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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