(57)【要約】  静的で、連続流のものであり、反応を伴いまたは伴わず、基本セルを備えるミキサーであって、これらは個々に個別チャンバ（１）を備え、少なくとも２つの接続流路（２）であって、尚これらの流路の内少なくとも２つはミキサー内の流れの帰結方向（ｘ）に対し相対的に斜めである流路を備え、外部との接続のため少なくとも２つの付加的開口部（０）を備えることを特徴とし、且つこのセルが空間内で順次に相互接続しネットワークを形成することを特徴とする。これは対流プロセスを促進する。寸法（Ｄｊ、ｌｉ、ｄｉ、φ）、チャンバ（球形または円柱形）および流路（円柱形または角柱形）の配列は変化してよく、それらの数量もまた、変化してよい。
2007535394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１組の基本セルを備え、反応を伴うまたは伴わない、静的ミキサーであって、これらのセルがそれぞれ個別チャンバ（１）から構成され、チャンバへ接続する少なくとも２つの接続流路（２）であって、これらの流路の内少なくとも２つがミキサー内の流れの帰結方向（ｘ）に対し相対的に斜めである流路を備え、外部流路への接続のためチャンバの内部とそれぞれのセルの外部とを接続する少なくとも２つの付加的開口部（０）を備えることと、前記基本セルが互いに二次元または三次元空間にて順次に相互接続されることとを特徴とする、ミキサー。
【請求項２】
ミキサーを構成し、互いに相継いで相互接続される基本セルの全部または一部が、その特徴である要素（０、１、２）の異なる長さ寸法、および／または角度寸法を呈することを特徴とする、請求項１に記載のネットワークミキサー。
【請求項３】
各基本セルが、１つの球形チャンバ（１）、２つまたは３つの円柱形流路（２）、および外部流路への接続のため２つまたは３つの開口部（０）から構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のネットワークミキサー。
【請求項４】
各基本セルが、ミキサーの平面に対し垂直の軸を有する１つの円柱形チャンバ（１）、円柱表面の高さ全体にわたり且つミキサーの平面に従い延在する２つまたは３つの矩形角柱形流路、および外部流路への接続のため言及した表面にある２つまたは３つの開口部（０）から構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のネットワークミキサー。
【請求項５】
請求項３および４で述べた基本セルを同時に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のネットワークミキサー。
【請求項６】
各基本セルにおいて、それぞれの個別チャンバ（１）への供給流注入が流路によって達成され、同流路の軸がそれぞれのチャンバに結合された流路の軸に一致し、同流路を通じて帰結混合流の排出が促進されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のネットワークミキサー。
【請求項７】
いくつかのセルにおいて、それぞれの個別チャンバ（１）への供給流注入が、またはチャンバからの混合流排出が、円柱形流路によって達成され、同円柱形流路の軸が平面ｘｙに対し垂直であり、且つチャンバの中心を内包することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のネットワークミキサー。
【請求項８】
いくつかのセルにおいて、それぞれの個別チャンバ（１）への供給流注入が、またはチャンバからの混合流排出が、請求項７に記載の方法と組み合わせられた方法によって達成されることを特徴とする、請求項６に記載のネットワークミキサー。
【請求項９】
連続流における化学種の混合プロセスであって、これらの種の内２つ以上が請求項１に記載のネットワークミキサーを通過し、ミキサーの外部からの注入が、ミキサーの始まりから全種のため同時に行われるか、または最初の２つの種のためにのみ行われ、他の種がミキサーの所定の混合地点にて外部から徐々に注入され、ミキサーの外部への排出が帰結混合物に関しミキサーの終わりにて行われるか、または中間混合物に対し相対的にミキサーの所定の混合地点にて同時に行われることを特徴とする、プロセス。
【請求項１０】
結果として生じる中間注入および中間排出が、請求項６または８に従いミキサーのセル内で行われ、且つ最初の注入または最後の排出が請求項６または７に従いセル内で行われることを特徴とする、請求項９に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続モードで流体を混合する新しい静的ミキサー装置、ならびに関連する混合プロセスに関し、変換および選択性制御の問題を伴う化学反応の実施に特別な関心を寄せる。この種の装置には、化学、生物学、および医薬産業に数通りの製造応用がある。例として、より細密な分子量分布制御を促進するための重合反応、より細密な結晶サイズ操作を得るための沈降反応、酸化反応で所望産物の選択性の効果的制御を達成するため反応ステップの制御を可能にすること、およびことによると爆発性の、高度に発熱性の触媒反応の反応過程で、反応温度の効果的で安全な制御を可能にすることが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
異なる流れが混合される特定の方法は産業事例の大半において、化学反応が起こるプロセスでは特に、混合装置の効率的運転にとって主要な要因である。産業プロセスにおいて、混合の効率と混合物品質の制御は数多くの経済的影響を持つ。これらは反応物質の節約に、またはエネルギー消費低減にともなう環境影響に起因する。余分の有利な特徴を、具体的にはプロセス制御の度合いの向上、運転保安の向上、そして設備投資の低減等、いずれも全域的プロセス収益の増加にとって不可欠な特徴をさらに追求できる（Ｈｅｎｄｅｒｓｈｏｔ，２０００；Ｋｅｌｌｅｒ  ａｎｄ  Ｂｒｙａｎ，２０００）。
【０００３】
混合現象の理解は複雑であり、その知識の現状は今なおどちらかというと不完全である。事実、混合を伴う処理装置の実際の設計は主に、これらの装置の挙動が完璧な混合または完全な分離の限界に接近するという仮定を簡素化することに基づいている。これらの限界事例のいずれかによって混合を的確に説明できない場合には、実験データか、または処理装置の挙動の定性的説明に基づく、より綿密に練り上げられた発見的混合モデルを使用することが必要となる（Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ  ａｎｄ  Ｂｉｓｃｈｏｆｆ，１９７２；Ｖｉｌｌｅｒｍａｕｘ，１９９３）。
【０００４】
処理装置における混合のメカニズムは流体力学と幾何学的構造とによって決まる。現在使われているミキサーのほとんどは、その運転の簡素さにもかかわらず、高速の混合と顕微鏡レベルでの均一な混合を許容しない（Ｅｈｒｆｅｌｄ  ａｎｄ  Ｈｅｓｓｅｌ，２０００；Ｓｃｈｗａｌｂｅら、２００２）。
【０００５】
さらに最近になって、動かない規則的構造に主に基づく新しい複合混合装置が産業に導入されつつあり、より良い混合制御と、より厳密な設計の遂行と、より融通のきくプロセス戦略の実施とを可能にしている。
【０００６】
これまで様々な実施が、産業で従来使われてきた構成に関し意義深い利点とともに、文献で扱われてきた。
【０００７】
・すでに産業で大々的に実施されている一体構造は現在、自動車燃焼ガス排気装置で触媒コンバータとして幅広く応用されている。この種の反応器は他の処理装置のためにも提案されており、ＣｙｂｕｌｓｋｉおよびＭｏｕｌｉｊｎ（１９９８）が例を挙げている。しかしながら一体構造は、様々な反応物質の親密な混合が望まれる場合には使用できない。Ｄｕｌｌｉｅｎ（２００２）は、流体混合が流路の交差点で起こる三次元ネットワークに似た改良構成での一体構造の使用を提案しており、ここでは要求される反応器目的に従って流路と触媒の空間分布を設計できる。しかしながら一体構造は、特に流路のネットワークが、具体的には流れの方向において、一様でないと想定される場合に、構想の柔軟性を低くする。他方、混合は専ら流路の交差点の結果である擬似チャンバで起こり、この擬似チャンバを対応する流路との関係で自律的に設計することは可能でない。よってこのチャンバはそれ自体で存在せず、制限的である。
【０００８】
・第２の急成長する実施は、様々な流れの混合を促進する静的フローバリアの使用の上に成り立つ複合混合構造の使用である。これらの一般的に使用されている静的ミキサーの例には、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｃｈｅｍｔｅｃｈ（登録商標）による「構造化床」がある。しかしながら、化学反応を伴う大型装置でのその応用はこれまで、高い設備費、運転制御の困難、そして限りある柔軟性のためいくぶん制限されてきた。
【０００９】
・プロセス強化と装置のサイズ低減における新たに成長する重要性、新しい小型ミキサーが、具体的にはマイクロリアクタと微小流体システムとが提案されている（Ｅｈｒｆｅｌｄら、１９９９；Ｅｈｒｆｅｌｄ  ａｎｄ  Ｈｅｓｓｅｌ，２０００；Ｊｅｎｓｅｎ，１９９９および２００１）。しかしながら、これらのタイプの装置の構造における進歩にもかかわらず、その製造は今なお複雑であり、付随する高い費用により、その使用は多くの実際的事例において今なおひどく制限されている。特に、１つ以上のプレート（２０）を備えるマイクロリアクタが欧州特許第１１８５３５９号明細書から知られており、それらの各々は少なくとも２つのセル（３０）を有し、これらの各々は液体の内一方のため供給されたチャンバ（３３）と少なくとも２つの領域（３２）とを備え、ここで、これから中間挿入される両流体の独立マルチラミネーションが遂行され、その結果これらは、ひとたびこの区域（３２）の上に位置するスロット（３７）に入ると、入れられた流体の先行するマルチラミネーションと挿入とによって相当に拡大された接触域のため混ざり合う。スロット（３７）の中での流体の混合は、層状様式にて専ら拡散によって行われ、提供されたプレート（２０）によって先行の通行がもたらすより大きい接触域がこれに寄与する。その特許の図２に対応する特定の実施形態においては、第３の流体の混合のため（流れの方向を鑑み）直列に配置された２つのプレート（２０）を有する装置が説明されている。しかしながら第３の流体は、最初の２つの流体の混合が完了した後に限り流れに導入できる。事実、第２のプレート（２０）における進入より前に、第１のプレート（２０）における最初の２つの流体の混合に由来する流れは、あらかじめ回収チャンバ（３９）に集められる。
【００１０】
既述を踏まえ、特に反応が起こる場合に、そして特に拡散による混合メカニズムのほかに混合対流メカニズムもまた存在する場合に、混合の効率と制御とを向上させる装置、および／またはプロセスを得ることへの関心が確認される。混合／反応の効率および制御を、３つ以上の流体を多大な柔軟性により加えることの可能性に、具体的には、すでに循環している流れの混合／反応の任意の段階――具体的には先行する混合／反応が完了していない段階――に、追加の流体の流れへの混合を許容することの可能性に組み合わせることが可能である装置、および／またはプロセスに関し、同じことが起こる。
【００１１】
本発明によるミキサーは、化学反応器における混合メカニズムの研究範囲で１９９９年から２００４年にかけてポルト大学工学部で行われた研究・開発の成果である。この研究は、流路と個別チャンバとの規則的結合からなる規則的ネットワーク構造において混合の強い対流メカニズムを促進する見込みを如実に実証した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって本発明の目的は、混合品質の制御を促進するため、そして反応変換および選択性の制御のため、混合装置、ネットワークミキサーを提供することにある。本発明によるミキサーでは、装置内部の中での特別な混合設計の実現を通じて、そしてまた異なる供給予備混合方式を実施する装置本来の融通性を通じて、これらの制御が促進される。最終目的は、混合のステップを、または反応する流体の場合には混合変換および選択性を、装置に沿って制御することによって、ミキサーの出口にて所望の特徴を有する混合物の産出を促進することである。本発明のさらなる目的は、ミキサー設計の特別な構造が、熱伝達のための要求固有エリアを与えることによって温度の漸進的変化の効果的制御を提供する、混合装置を提供することである。特に、ミキサーおよびプロセスを拡散メカニズムによる単純な混合／反応に限定することは意図されず、むしろ対流混合メカニズムの関与を可能にし且つ促進する。注入／排出に多大な融通性を得ることもまた意図され、注入／排出は、たとえ混合／反応が引き続き起こっている状況においても、流れにより持続される数回の混合／反応ステップで遂行できる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によると上記の目的は、ミキサーを基本セルのネットワークとして構想することによって達成され、各基本セルは、個別チャンバ、前記チャンバと接続する少なくとも２つの流路（尚これらの内少なくとも２つはミキサーにおける流れの帰結方向に対し斜めである）、および外部流路との接続のためチャンバの内部を特定セルの外部に接続する少なくとも２つの付加的開口部から構成される。最後にネットワークミキサーは、この基本セルを二または三次元空間の中で順次に相互接続することによって構想される。
【００１４】
本発明は、可動部品を有さない静的ミキサーであって、ここで化学反応は起こっても起こらなくてもよい。
【００１５】
ネットワークを形成する相互接続されたセル沿いに起こる局所的混合作用を要約すると、たとえ可動部品を使用せずとも、流体の混合が流れの方向に進むにつれ混合はすこぶる効率的となる。
【００１６】
実際上、２つの流路がミキサーにおける流れの帰結方向に対し斜めに与えられるという事実は、対流混合／反応メカニズムの存在を可能にし、該メカニズムが同じく存在する拡散メカニズムにこれが加わる。事実、各セルの外側への流れの各々において、様々な入口流の材料があるであろう。流れが各々の相継ぐセルラインに入りこれを去るにつれ混合は強まる。しかしながらこれは、単純な直列のセル並置ではなく、計画的ネットワーク配置のように、直列および並列分布の混合効果が得られる。特に、混合／反応のステップより後、そして次のステップへ進む前の、一般回収チャンバにおける全ての流れの再合流、すなわちセルが単純に直列に位置づけられる装置の典型である再合流は放棄される。他方、全てのセルが絶えず同じ混合／反応ステップにある純粋な並列構成に配置されたセルの状況とは相反し、発生する混合／反応のステップが異なる多様な特定セル集団が、常にネットワークセル全体の中にある。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態において、チャンバは個別化された単一の球形要素であって、流路は円柱形であり各基本セルにおいて２または３の数からなり、各チャンバを外部流路と接続するため同数の他の開口部もまた存在する。
【００１８】
本発明の代替の好ましい実施形態において、個別チャンバはネットワークミキサーの平面に対し垂直の軸を持つ円柱であり、同じく２または３の数からなる流路は、円柱表面の高さ全体にわたって延在し且つミキサーの平面に延在する矩形角柱であり、前述の開口部は維持される。
【００１９】
本発明の特定の実施形態によると、相継いで相互接続される基本セルは、それらの全部または一部が、それらの特徴である要素の異なる長さ寸法、および／または角度寸法を呈し、多大な融通性をミキサーに与える。特に、基本セルは上に指摘した好ましい実施形態のいずれかに従い組み合わされてよい。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施形態において、各基本セルにおいて供給流の注入は対応する個別チャンバの中、流路を通じて遂行され、同流路の軸はそのチャンバに結合された流路の軸に一致し、次に特定のチャンバの中で混合された流れの排出がチャンバに結合された流路から起こる。
【００２１】
基本セルへの言及で上述した注入と排出とは、ネットワークミキサーへの注入、またはネットワークミキサーからの排出と、その外部との関係で、一致する場合としない場合とがある。事実、例えばもしもある基本セルの個別チャンバからの、対応する結合された流路を用いての排出が、このセルへ接続された他の装置セルに向けて、専ら混合ネットワークの中で起こるなら、これは外部への排出を構成せず、むしろそのセルと相互に接続された後続の装置セルでの注入（ネットワークミキサー内）の基本を構成する。
【００２２】
本発明によると、特定の基本セルのため他の特別な構成があってよく、これらのセルは、上で名指した基本セルに対し、特定セルと呼ばれる。
【００２３】
特定セルにおいては、基本セルの特徴である個別チャンバが常に存在する。特定セルは、個別チャンバと結合された１つ以上の流路を除去することによって、チャンバとセルの外部との間に接続を提供する１つ以上の開口部を除去することによって、他の開口部または他の流路の追加によって、またはこれらの可能性の内２つ以上の組み合わせによって、基本セルに由来するものとして構想されてよい。
【００２４】
特定セルのためいくつかの構成もまた検討され、ここで注入流路は特別な仕様で位置づけられる。
【００２５】
特定セルは特に、混合装置と外部との間の境界域に、具体的にはネットワークの最初および最後の行に相当するセルに、ならびにその横セル列に属するセルに該当する。これらのセルはまた、これらがネットワークミキサーの流れ経路沿いの中途に位置する場合に、注入または排出（それぞれ混合装置への、そして混合装置からの）にとって特に有用である。
【００２６】
本発明の目的はさらに連続流方式での化学種の混合プロセスであって、この種の内２つ以上が本発明によるネットワークミキサーを通過することを特徴とする。
【００２７】
異なる種の混合モードは、具体的には異なる種またはそれらの部分的混合物の混合装置外部からの注入および／または排出地点を変えることによって、最終的には前述の特定セルを使用し、様々であってよい。
【００２８】
この種のミキサーと関連プロセスとの効率的遂行は、反応しない、二次的な、且つ所望の産物の分離のコスト低減を可能にし、それらが挿入されるところのプロセスの強化をもたらす（ＳｔａｎｋｉｅｗｉｃｚおよびＭｏｕｌｊｉｎ，２０００）。新しいプロセスの開発、新しい反応または運転方式の分析、スケールアップ、および運転保安等の重要局面は、明白な経済的利点とともに、迅速且つ効率的に勘案できる。
【００２９】
当業者にとって、本発明およびプロセスのより良い理解、および本発明のあらゆる他の利点および目的は、詳細な説明と添付の図面とを参照することによって明白となるであろう。
【００３０】
単なる非限定的例として提示される添付の図面は、上で言及した実施形態のいくつか、具体的には平面（または二次元）ネットワークミキサーに相当する実施形態に基づき、参照に際し混合装置を図解する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
続いて、上の図に基づき本発明の詳しい説明が提示され、図で参照される種々の要素は、
０−チャンバの内部をそれぞれのセルの外側へ接続する開口部、
１−ネットワークミキサーを構成する各基本セルの個別チャンバ、
２−セル間の接続を促進し、且つ基本セルチャンバの内部と連絡する各基本セルの流路、
３−外部注入器、
ｘ−ネットワークミキサーにおける従来の主流方向、
ｙ−ネットワークミキサーにおける主流方向に直交する方向、
φ−基本セルの接続流路の軸とｘ方向とがなす角度、
である。
【００３２】
本発明は、新しい産物を形成する意図を伴う、１つ以上の供給流のための、化学反応を伴うまたは伴わない、ネットワークミキサーである。
【００３３】
本発明によるネットワークミキサーは、所望の産物に到達するため、様々な運転方法を提供する。
【００３４】
ネットワークミキサーは一実施形態において、１組の要素、それぞれ直径Ｄｊによって特徴づけられる球体と、長さｌｉと直径ｄｉとによって特徴づけられる円柱とである、単純な形状のチャンバおよび流路によって、構成される。
【００３５】
図１によると球体と円柱とは、チャンバ（１）と３つの流路（２）と３つの開口部（０）とによって形成される基本セルにおいて結合され、ここで流路の内１つは主流方向に対し横断的に配置され、他の２つの流路は横断流路に対する垂線との間に角度φをなす。図１に見られるとおり、円柱はどれも同一面上に置かれる。
【００３６】
ネットワークミキサーは１組の基本セルを２つの空間方向で接続することによって作り出され、図２に見られる平面配列に帰結する。よって、同じく図２に見られるとおり、同一平面で１つの球体へ結合できる円柱の最大数は６である。
【００３７】
要素が接続するあり方を、具体的には各球体へ接続される円柱の数、または角度φを変えながら、タイプの異なる装置セルの使用の可能性もまた提案される。図３には、球体へ２つの円柱だけが接続される例が提示されている。
【００３８】
本発明においてはまた、要素の特徴である寸法のいずれかが非一様のサイズを有し、特徴である要素のサイズの分布を有するミキサーを作り出すことが提案される。図４にはこのタイプのミキサーの一例が見られる。
【００３９】
ある特定の実施形態において、ミキサーへの供給のための注入器（３）に関し、これらは、残りの結合された円柱（２）の同じ平面上に、そして図５に見られるとおり、その中心が上述の残りの円柱の中心と一致するよう、配置される。
【００４０】
注入器の場合、不規則（ａｔｙｐｉｃａｌ）注入器（３）と呼ばれる、円柱形要素を有する異なる配置の可能性がさらに提案される。図６に見られるとおり、注入器（３）が置かれる球体へ結合された円柱の内１つに対し、垂直の平面上で直径に関して正反対の不規則注入器の使用は、一例である。
【００４１】
例えば、４通りの異なる流れの同時注入を可能にするため、同一球体における注入器の不規則注入器との結合の可能性が提案される。
【００４２】
化学反応の過程で１つ以上の反応物質の漸進的追加を目指し、ネットワークミキサーがその構造に沿って整然と配置されるまたはされない補助注入器を所有する可能性が提案される。
【００４３】
ネットワークミキサーの出口に関し、これらは、出口が置かれた球体へ結合された残りの円柱の同じ平面に配置され、それらの中心を残りの円柱の中心に一致させる。
【００４４】
出口の場合、出口が置かれた球体へ結合された円柱の内１つに対し垂直の平面にて、直径に関して正反対の不規則出口を使用する可能性もまた提案される。
【００４５】
産物の漸進的抽出を目指し、ネットワークミキサーがその構造に沿って整然と配置されるまたはされない補助出口を含む可能性もまた提案される。
【００４６】
ネットワークミキサーの平面配列に代わる配列もまた提案され、ここで基本セルは三次元構造の中に配置される。
【００４７】
ネットワークミキサーの特徴である要素の代替配列として、角柱形矩形の流路、およびネットワークミキサーの平面に対し垂直の軸を有する円柱形チャンバもまた検討される。図７に見られるとおり流路は、円柱形チャンバの円柱表面全体にわたって延在する。この最後の場合では、開口部（０）および出口（２）もまた矩形角柱形の形状を呈し、円柱形チャンバ（１）の円柱表面全体にわたって延在する。不規則および補助注入器の、そしてまた不規則および補助出口の形状または配置に関する先行の考慮は維持される。
【００４８】
（発明の新機軸と利点）
他のミキサーと比較した、本発明の最も著しい利点は、以下である。
・ネットワークミキサーの構造は提案され市販されている構造より格段に簡素である。
・ネットワークミキサーは可動の要素を含まない。
・混合が拡散メカニズムによって制限される反応の場合に、液相での複合反応の最重要局面となる液流の強力且つ効率的混合の可能性。
・ネットワークミキサーの流体力学的特徴の変更を伴わない、温度、圧力、および／または濃度センサの容易い包含の見込み。
・既述のネットワークミキサーの寸法特性は熱交換のための高固有エリアに帰結する。この特徴は、高度に吸熱性または発熱性の反応において、または選択性が運転条件に強く依存する場合に、効果的な温度制御のために利用できる。
・入口流のための異なる注入予備混合方式の実施の容易さ。
・ネットワークミキサーは種々の材料で容易に構築でき、その壁を通じた熱伝達および触媒作用プロセスの強化を伴う。
・化学反応は、装置の異なる領域、または直列または並列に結合された異なる装置において、タイプの異なる触媒の定義を通じて制御できる。
・ネットワークミキサーの幾何学的特徴、特にチャンバと流路との特徴である寸法の比は、所望の産物の特異性に従ってプリデザインできる。
・異なるネットワークミキサー装置を並列に、または直列に結合できる。このようにして、この種の装置のスケールアップは直截的に行われる。
・混合装置は、平板熱交換器と同様の配置で、熱伝達装置へ容易く連結できる。ミキサー内部の温度を効率的に制御するため、ネットワークミキサーにおける、そして熱伝達装置における、流体の流れの方向は局所的に容易く調整できる。
・選択性と反応の変換は、化学反応体がミキサーへ供給される特定の方法によって、および／または混合装置の幾何学的特徴を通じて、制御できる。混合および反応物質滞留時間を制御できることは、現在使われている装置に対しさらなる利点である。
【００４９】
この種の装置は様々なタイプのプロセスで使用でき、いくつかの例を以下に提示する。
・酸化反応（Ｊｅｎｓｅｎ，２００１）。この種の反応で、中間反応から得られる所望の産物の選択性は、使用可能な酸素の濃度に大いに依存する。爆発の見込みのため保安問題が重要となる（Ｊａｈｎｉｓｃｈら、２０００）。これらの反応装置における供給および反応物質混合、ならびに反応の温度を制御する可能性は、所望の産物のため良好な選択性を得るにあたって重要課題である。
・危険産物の合成。ネットワークミキサーは、関係する反応物質および産物に適した材料を使って構築できる。例として、イソシアニド（Ｅｈｒｆｅｌｄら、２００２）、ホスゲン（Ａｊｍｅｒａら、２００１）、およびシラン（Ｅｈｒｆｅｌｄら、２００２）の合成がある。種々のネットワークミキサー装置を並列で使用する可能性は、保守のためのプロセス停止を回避するから、危険な反応にとって、そして事故が起きた場合に、有利である。
・多数のステップを伴う化学産物の合成。異なるネットワークミキサー装置を直列に接続できるため、種々の反応ステップを連続で遂行できる。他方、高度な変換および選択性を得るため、反応物質滞留時間および分布を制御する可能性は、これらの装置を製薬産業にとって特に興味深いものにする（Ｊｅｎｓｅｎ，２０００）。
・塗料等の高粘性材料を混合する。この場合の混合は拡散物質移動メカニズムによって制御され、最終産物の品質を保証することはしばしば困難である。
・アゾイック化合物に基づく顔料等、混合作用が重要となる産物の合成。反応物質供給、触媒の分布、および反応温度を制御する可能性は、所望の産物を得る見込みを増し、プロセス効率を増す（Ｎｉｃｋｅｌら、２００１；Ｗｉｌｌｅら、２００２）。
【００５０】
（参考文献）
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【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】個別チャンバ、チャンバに接続された３つの流路、およびチャンバの内部をセルの外部へ接続する３つの付加的開口部を有する、ネットワークミキサーの基本セルの概略図である。
【図２】図１による等しい基本セルの２方向での相互接続によって作り出される、ネットワークミキサーの部分概略図である。
【図３】３つではなく２つの流路のみを各々有する、等しい基本セルの平面上での相互接続によって作り出されるネットワークミキサーの部分概略図である。
【図４】２つの流路を有し且つ特徴である要素の異なるサイズを有する基本セルの平面上での相互接続によって作り出される、ネットワークミキサーの部分概略図である。
【図５】個別チャンバ、チャンバへ接続された３つの流路、および同数のチャンバ開口部へ接続された２つの外部注入流路を有する、ネットワークミキサーの特定セルの概略図である。
【図６】個別チャンバ、チャンバへ接続された３つの流路、およびネットワークミキサーの平面に対し垂直に接続された２つの不規則外部注入流路を有する、ネットワークミキサーの特定セルの概略図である。
【図７】混合装置の平面に対し垂直の軸を有する単一円柱形チャンバ、およびチャンバの円柱表面の高さ全体にわたって延在する矩形部を有する、３つの角柱形流路を有するネットワークミキサーの基本セルの概略図である。
【図１】
2007535394.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年12月13日(2005.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１組の基本セルを備え、反応を伴うまたは伴わない、静的ミキサーであって、これらのセルがそれぞれ個別チャンバ（１）から構成され、チャンバへ接続する少なくとも２つの接続流路（２）であって、これらの流路の内少なくとも２つがミキサー内の流れの帰結方向（ｘ）に対し相対的に斜めである流路を備え、外部流路への接続のためチャンバの内部とそれぞれのセルの外部とを接続する少なくとも２つの付加的開口部（０）を備えることと、前記基本セルが互いに二次元または三次元空間にて順次に相互接続されることと、個別チャンバ（１）が、互いに物理的に隔てられ、つまり互いに直接的には連絡せず、チャンバの部分を形成せずチャンバ（１）から独立した且つゼロでない長さ（ｌｉ）を有する流路（２）によって専ら互いに連絡する、という意味で個別化されることとを特徴とする、ミキサー。
【請求項２】
ミキサーを構成し、互いに相継いで相互接続される基本セルの全部または一部が、その特徴である要素（０、１、２）の異なる長さ寸法、および／または角度寸法を呈することを特徴とする、請求項１に記載のミキサー。
【請求項３】
各基本セルが、１つの球形チャンバ（１）、２つまたは３つの円柱形流路（２）、および外部流路への接続のため２つまたは３つの開口部（０）から構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のミキサー。
【請求項４】
各基本セルが、ミキサーの平面に対し垂直の軸を有する１つの円柱形チャンバ（１）、円柱表面の高さ全体にわたり且つミキサーの平面に従い延在する２つまたは３つの矩形角柱形流路、および外部流路への接続のため言及した表面にある２つまたは３つの開口部（０）から構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のミキサー。
【請求項５】
請求項３および４で述べた基本セルを同時に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のミキサー。
【請求項６】
各基本セルにおいて、それぞれの個別チャンバ（１）への供給流注入が流路によって達成され、同流路の軸がそれぞれのチャンバに結合された流路の軸に一致し、同流路を通じて帰結混合流の排出が促進されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のミキサー。
【請求項７】
いくつかのセルにおいて、それぞれの個別チャンバ（１）への供給流注入が、またはチャンバからの混合流排出が、円柱形流路によって達成され、同円柱形流路の軸がミキサーの平面（ｘｙ）に対し垂直であり、且つチャンバの中心を内包することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のミキサー。
【請求項８】
いくつかのセルにおいて、それぞれの個別チャンバ（１）への供給流注入が、またはチャンバからの混合流排出が、請求項７に記載の方法によってさらに達成されることを特徴とする、請求項６に記載のミキサー。
【請求項９】
連続流における化学種の混合プロセスであって、これらの種の内２つ以上が請求項１に記載のミキサーを通過し、ミキサーの外部からの注入がミキサーの始まりから全種のため同時に行われるか、または最初の２つの種のためにのみ行われ、他の種がミキサーの先頭から下流に位置するミキサーの所定の混合地点にて外部から徐々に注入される、ミキサーの外部への排出が帰結混合物に関しミキサーの終わりにて行われるか、または中間混合物に対し相対的にミキサーの所定の混合地点にて同時に行われ、これらの混合地点がミキサーの終わりから上流に位置することを特徴とする、プロセス。
【請求項１０】
結果として生じる中間注入および中間排出が、請求項６または８に従いミキサーのセル内で行われ、且つ最初の注入または最後の排出が請求項６または７に従いセル内で行われることを特徴とする、請求項９に記載のプロセス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続モードで流体を混合する新しい静的ミキサー装置、ならびに関連する混合プロセスに関し、変換および選択性制御の問題を伴う化学反応の実施に特別な関心を寄せる。この種の装置には、化学、生物学、および医薬産業に数通りの製造応用がある。例として、より細密な分子量分布制御を促進するための重合反応、より細密な結晶サイズ操作を得るための沈降反応、酸化反応で所望産物の選択性の効果的制御を達成するため反応ステップの制御を可能にすること、およびことによると爆発性の、高度に発熱性の触媒反応の反応過程で、反応温度の効果的で安全な制御を可能にすることが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
異なる流れが混合される特定の方法は産業事例の大半において、化学反応が起こるプロセスでは特に、混合装置の効率的運転にとって主要な要因である。産業プロセスにおいて、混合の効率と混合物品質の制御は数多くの経済的影響を持つ。これらは反応物質の節約に、またはエネルギー消費低減にともなう環境影響に起因する。余分の有利な特徴を、具体的にはプロセス制御の度合いの向上、運転保安の向上、そして設備投資の低減等、いずれも全域的プロセス収益の増加にとって不可欠な特徴をさらに追求できる（Ｈｅｎｄｅｒｓｈｏｔ，２０００；Ｋｅｌｌｅｒ  ａｎｄ  Ｂｒｙａｎ，２０００）。
【０００３】
混合現象の理解は複雑であり、その知識の現状は今なおどちらかというと不完全である。事実、混合を伴う処理装置の実際の設計は主に、これらの装置の挙動が完璧な混合または完全な分離の限界に接近するという仮定を簡素化することに基づいている。これらの限界事例のいずれかによって混合を的確に説明できない場合には、実験データか、または処理装置の挙動の定性的説明に基づく、より綿密に練り上げられた発見的混合モデルを使用することが必要となる（Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ  ａｎｄ  Ｂｉｓｃｈｏｆｆ，１９７２；Ｖｉｌｌｅｒｍａｕｘ，１９９３）。
【０００４】
処理装置における混合のメカニズムは流体力学と幾何学的構造とによって決まる。現在使われているミキサーのほとんどは、その運転の簡素さにもかかわらず、高速の混合と顕微鏡レベルでの均一な混合を許容しない（Ｅｈｒｆｅｌｄ  ａｎｄ  Ｈｅｓｓｅｌ，２０００；Ｓｃｈｗａｌｂｅら、２００２）。
【０００５】
さらに最近になって、動かない規則的構造に主に基づく新しい複合混合装置が産業に導入されつつあり、より良い混合制御と、より厳密な設計の遂行と、より融通のきくプロセス戦略の実施とを可能にしている。
【０００６】
これまで様々な実施が、産業で従来使われてきた構成に関し意義深い利点とともに、文献で扱われてきた。
【０００７】
・すでに産業で大々的に実施されている一体構造は現在、自動車燃焼ガス排気装置で触媒コンバータとして幅広く応用されている。この種の反応器は他の処理装置のためにも提案されており、ＣｙｂｕｌｓｋｉおよびＭｏｕｌｉｊｎ（１９９８）が例を挙げている。しかしながら一体構造は、様々な反応物質の親密な混合が望まれる場合には使用できない。Ｄｕｌｌｉｅｎ（２００２）は、流体混合が流路の交差点で起こる三次元ネットワークに似た改良構成での一体構造の使用を提案しており、ここでは要求される反応器目的に従って流路と触媒の空間分布を設計できる。しかしながら一体構造は、特に流路のネットワークが、具体的には流れの方向において、一様でないと想定される場合に、構想の柔軟性を低くする。他方、混合は専ら流路の交差点の結果である擬似チャンバで起こり、この擬似チャンバを対応する流路との関係で自律的に設計することは可能でない。よってこのチャンバはそれ自体で存在せず、制限的である。
【０００８】
・第２の急成長する実施は、様々な流れの混合を促進する静的フローバリアの使用の上に成り立つ複合混合構造の使用である。これらの一般的に使用されている静的ミキサーの例には、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｃｈｅｍｔｅｃｈ（登録商標）による「構造化床」がある。しかしながら、化学反応を伴う大型装置でのその応用はこれまで、高い設備費、運転制御の困難、そして限りある柔軟性のためいくぶん制限されてきた。
【０００９】
・プロセス強化と装置のサイズ低減における新たに成長する重要性、新しい小型ミキサーが、具体的にはマイクロリアクタと微小流体システムとが提案されている（Ｅｈｒｆｅｌｄら、１９９９；Ｅｈｒｆｅｌｄ  ａｎｄ  Ｈｅｓｓｅｌ，２０００；Ｊｅｎｓｅｎ，１９９９および２００１）。しかしながら、これらのタイプの装置の構造における進歩にもかかわらず、その製造は今なお複雑であり、付随する高い費用により、その使用は多くの実際的事例において今なおひどく制限されている。特に、１つ以上のプレート（２０）を備えるマイクロリアクタが欧州特許第１１８５３５９号明細書から知られており、それらの各々は少なくとも２つのセル（３０）を有し、これらの各々は液体の内一方のため供給されたチャンバ（３３）と少なくとも２つの領域（３２）とを備え、ここで、これから中間挿入される両流体の独立マルチラミネーションが遂行され、その結果これらは、ひとたびこの区域（３２）の上に位置するスロット（３７）に入ると、入れられた流体の先行するマルチラミネーションと挿入とによって相当に拡大された接触域のため混ざり合う。スロット（３７）の中での流体の混合は、層状様式にて専ら拡散によって行われ、提供されたプレート（２０）によって先行の通行がもたらすより大きい接触域がこれに寄与する。その特許の図２に対応する特定の実施形態においては、第３の流体の混合のため（流れの方向を鑑み）直列に配置された２つのプレート（２０）を有する装置が説明されている。しかしながら第３の流体は、最初の２つの流体の混合が完了した後に限り流れに導入できる。事実、第２のプレート（２０）における進入より前に、第１のプレート（２０）における最初の２つの流体の混合に由来する流れは、あらかじめ回収チャンバ（３９）に集められる。
【００１０】
国際公開第０２／０９６５４３号パンフレットおよび米国特許出願公開第２００４／０１４９６７号明細書は、入口（１１）と出口（１２）とを各々備える、層状に配置された複数の分配装置（１０）を有するマイクロミキサーを開示しており、ここで入口（１１）はすぐ上流の層の異なる分配装置（１０）の出口（１２）へ接続される。よって流体のマルチラミネーションが、対応する流体間の接触域の増加とともにある。上記で引用した特許（欧州特許第１１８５３５９号明細書）の場合と丁度同じく、流体の混合は層状様式にて専ら拡散によって行われ、マイクロミキサーはまた、互いに押し付けられたプレートの積み重ねを備える。２つ以上の流体（４つまでの例が挙げられている）をともに混合／反応できるが、開示されている事例は、それらの流体が最初から共に混合される事例のみである。ある流体を、他の流体がすでに混合されている中間ステップからのみ混合する可能性はない。開示された全ての実施形態で、入口および出口流路は互いに、そしてマイクロミキサーにおける流れの帰結方向に対し、平行に配置される。「帰結方向」は、ミキサーの中で部分的流れに相当する全ベクトルの総和がもたらすベクトルの方向を意味する。
【００１１】
・欧州特許出願公開第１０３６５８８号明細書は隣接するプレート様要素（３、４）のアセンブリを備える静的混合装置を開示しており、ここで上記要素の各々は要素の中に延在する複数の穴または空洞（１１、１１’、１４）を備え、要素（３、４）の中の各穴または空洞は各近傍要素（３、４）の複数の空洞と連絡し、よって流動性材料のため独特の流路をアセンブリの中に提供し、これにより流動性材料は、それがアセンブリの中を流れるときに繰り返し分離され且つ混合される。ただ１つの流動性材料（これは２つ以上の異なる材料によって最初から構成されてよい）の混合だけが予見される。上記で引用した文書の場合と同じく、開示された全実施形態のプレートの設計は、ミキサーにおける中間地点から下流でさらなる流動性材料のみを混合することに適さない。穴または空洞（１１、１１’、１４）は、混合チャンバおよび（すぐ上流に置かれた空洞への）分配流路として同時に機能し、そのため対応する形状は、そのような二重機能（混合チャンバ／搬送流路）に、ならびにそれらがあるところの要素のプレート様形状に由来する、設計制約を有する。特に、空洞（１１、１１’、１４）は、すぐ上流および下流に置かれた空洞との直接的連絡のため開口部を有する必要があり、それらの開口部はどれもミキサーにおける流れの帰結方向（１０）に対し垂直の平面にある。
【００１２】
・欧州特許出願公開第１１３４０２０号明細書は別の静的ミキサーを開示している。上記の場合と同じく、混合チャンバ（８、１３）は互いに押し付けられた要素（２、３）の中にある。混合チャンバは周縁的に、放射状に、そして同心円状に配置され、互いに直接的に連絡し、せん断応力が流れにかかる。混合要素部分（２、３）に設けられた中央開口部（５）から流れる流体材料は径方向に流れ、近傍の列に並置された混合チャンバは互いに連絡でき、仕切りまたは段を設けることによりせん断応力がかかることによって、均一に混合され且つ微細に分離し分散する作用を達成する。欧州特許第１０３６５８８号明細書と同様、中央開口部（５）を通じて挿入されるただ１つの流動性材料（これは２つ以上の異なる材料によって最初から構成されてよい）の混合が予見される。同様に、開示された全実施形態の要素（２、３）の設計は、ミキサーにおける中間地点から下流でさらなる流動性材料のみを混合することに適さない。隣接する混合チャンバ（８、１３）は互いに直接的に連絡するため、対応する形状はこれに由来する設計制約を持つ。前の場合と同様、隣接するチャンバを一義的に連結する独立流路はない（つまり１つの独立流路は専ら隣接するチャンバへ連結する）。逆に、欧州特許第１１３４０２０号明細書による１対の混合要素においては、２つの隣接するチャンバが互いに直接的に接続する。
【００１３】
既述を踏まえ、特に反応が起こる場合に、そして特に拡散による混合メカニズムのほかに混合対流メカニズムもまた存在する場合に、混合の効率と制御とを向上させる装置、および／またはプロセスを得ることへの関心が確認される。混合／反応の効率および制御を、３つ以上の流体を多大な柔軟性により加えることの可能性に、具体的には、すでに循環している流れの混合／反応の任意の段階――具体的には先行する混合／反応が完了していない段階――に、追加の流体の流れへの混合を許容することの可能性に組み合わせることが可能である装置、および／またはプロセスに関し、同じことが起こる。
【００１４】
本発明によるミキサーは、化学反応器における混合メカニズムの研究範囲で１９９９年から２００４年にかけてポルト大学工学部で行われた研究・開発の成果である。この研究は、流路と個別チャンバとの規則的結合からなる規則的ネットワーク構造において混合の強い対流メカニズムを促進する見込みを如実に実証した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって本発明の目的は、混合品質の制御を促進するため、そして反応変換および選択性の制御のため、混合装置、ネットワークミキサーを提供することにある。本発明によるミキサーでは、装置内部の中での特別な混合設計の実現を通じて、そしてまた異なる供給予備混合方式を実施する装置本来の融通性を通じて、これらの制御が促進される。最終目的は、混合のステップを、または反応する流体の場合には混合変換および選択性を、装置に沿って制御することによって、ミキサーの出口にて所望の特徴を有する混合物の産出を促進することである。本発明のさらなる目的は、ミキサー設計の特別な構造が、熱伝達のための要求固有エリアを与えることによって温度の漸進的変化の効果的制御を提供する、混合装置を提供することである。特に、ミキサーおよびプロセスを拡散メカニズムによる単純な混合／反応に限定することは意図されず、むしろ対流混合メカニズムの関与を可能にし且つ促進する。注入／排出に多大な融通性を得ることもまた意図され、注入／排出は、たとえ混合／反応が引き続き起こっている状況においても、流れにより持続される数回の混合／反応ステップで遂行できる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によると上記の目的は、ミキサーを基本セルのネットワークとして構想することによって達成され、各基本セルは、個別チャンバ、前記チャンバと接続する少なくとも２つの流路（尚これらの内少なくとも２つはミキサーにおける流れの帰結方向に対し斜めである）、および外部流路との接続のためチャンバの内部を特定セルの外部に接続する少なくとも２つの付加的開口部から構成される。最後にネットワークミキサーは、この基本セルを二または三次元空間の中で順次に相互接続することによって構想される。
【００１７】
本発明は、可動部品を有さない静的ミキサーであって、ここで化学反応は起こっても起こらなくてもよい。
【００１８】
ネットワークを形成する相互接続されたセル沿いに起こる局所的混合作用を要約すると、たとえ可動部品を使用せずとも、流体の混合が流れの方向に進むにつれ混合はすこぶる効率的となる。
【００１９】
実際上、２つの流路がミキサーにおける流れの帰結方向に対し斜めに与えられるという事実は、対流混合／反応メカニズムの存在を可能にし、該メカニズムが同じく存在する拡散メカニズムにこれが加わる。事実、各セルの外側への流れの各々において、様々な入口流の材料があるであろう。流れが各々の相継ぐセルラインに入りこれを去るにつれ混合は強まる。しかしながらこれは、単純な直列のセル並置ではなく、計画的ネットワーク配置のように、直列および並列分布の混合効果が得られる。特に、混合／反応のステップより後、そして次のステップへ進む前の、一般回収チャンバにおける全ての流れの再合流、すなわちセルが単純に直列に位置づけられる装置の典型である再合流は放棄される。他方、全てのセルが絶えず同じ混合／反応ステップにある純粋な並列構成に配置されたセルの状況とは相反し、発生する混合／反応のステップが異なる多様な特定セル集団が、常にネットワークセル全体の中にある。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態において、チャンバは個別化された単一の球形要素であって、流路は円柱形であり各基本セルにおいて２または３の数からなり、各チャンバを外部流路と接続するため同数の他の開口部もまた存在する。
【００２１】
本発明の代替の好ましい実施形態において、個別チャンバはネットワークミキサーの平面に対し垂直の軸を持つ円柱であり、同じく２または３の数からなる流路は、円柱表面の高さ全体にわたって延在し且つミキサーの平面に延在する矩形角柱であり、前述の開口部は維持される。
【００２２】
本発明の特定の実施形態によると、相継いで相互接続される基本セルは、それらの全部または一部が、それらの特徴である要素の異なる長さ寸法、および／または角度寸法を呈し、多大な融通性をミキサーに与える。特に、基本セルは上に指摘した好ましい実施形態のいずれかに従い組み合わされてよい。
【００２３】
本発明の別の好ましい実施形態において、各基本セルにおいて供給流の注入は対応する個別チャンバの中、流路を通じて遂行され、同流路の軸はそのチャンバに結合された流路の軸に一致し、次に特定のチャンバの中で混合された流れの排出がチャンバに結合された流路から起こる。
【００２４】
基本セルへの言及で上述した注入と排出とは、ネットワークミキサーへの注入、またはネットワークミキサーからの排出と、その外部との関係で、一致する場合としない場合とがある。事実、例えばもしもある基本セルの個別チャンバからの、対応する結合された流路を用いての排出が、このセルへ接続された他の装置セルに向けて、専ら混合ネットワークの中で起こるなら、これは外部への排出を構成せず、むしろそのセルと相互に接続された後続の装置セルでの注入（ネットワークミキサー内）の基本を構成する。
【００２５】
本発明によると、特定の基本セルのため他の特別な構成があってよく、これらのセルは、上で名指した基本セルに対し、特定セルと呼ばれる。
【００２６】
特定セルにおいては、基本セルの特徴である個別チャンバが常に存在する。特定セルは、個別チャンバと結合された１つ以上の流路を除去することによって、チャンバとセルの外部との間に接続を提供する１つ以上の開口部を除去することによって、他の開口部または他の流路の追加によって、またはこれらの可能性の内２つ以上の組み合わせによって、基本セルに由来するものとして構想されてよい。
【００２７】
特定セルのためいくつかの構成もまた検討され、ここで注入流路は特別な仕様で位置づけられる。
【００２８】
特定セルは特に、混合装置と外部との間の境界域に、具体的にはネットワークの最初および最後の行に相当するセルに、ならびにその横セル列に属するセルに該当する。これらのセルはまた、これらがネットワークミキサーの流れ経路沿いの中途に位置する場合に、注入または排出（それぞれ混合装置への、そして混合装置からの）にとって特に有用である。
【００２９】
本発明の目的はさらに連続流方式での化学種の混合プロセスであって、この種の内２つ以上が本発明によるネットワークミキサーを通過することを特徴とする。
【００３０】
異なる種の混合モードは、具体的には異なる種またはそれらの部分的混合物の混合装置外部からの注入および／または排出地点を変えることによって、最終的には前述の特定セルを使用し、様々であってよい。
【００３１】
この種のミキサーと関連プロセスとの効率的遂行は、反応しない、二次的な、且つ所望の産物の分離のコスト低減を可能にし、それらが挿入されるところのプロセスの強化をもたらす（ＳｔａｎｋｉｅｗｉｃｚおよびＭｏｕｌｊｉｎ，２０００）。新しいプロセスの開発、新しい反応または運転方式の分析、スケールアップ、および運転保安等の重要局面は、明白な経済的利点とともに、迅速且つ効率的に勘案できる。
【００３２】
当業者にとって、本発明およびプロセスのより良い理解、および本発明のあらゆる他の利点および目的は、詳細な説明と添付の図面とを参照することによって明白となるであろう。
【００３３】
単なる非限定的例として提示される添付の図面は、上で言及した実施形態のいくつか、具体的には平面（または二次元）ネットワークミキサーに相当する実施形態に基づき、参照に際し混合装置を図解する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
続いて、上の図に基づき本発明の詳しい説明が提示され、図で参照される種々の要素は、
０−チャンバの内部をそれぞれのセルの外側へ接続する開口部、
１−ネットワークミキサーを構成する各基本セルの個別チャンバ、
２−セル間の接続を促進し、且つ基本セルチャンバの内部と連絡する各基本セルの流路、
３−外部注入器、
ｘ−ネットワークミキサーにおける従来の主流方向、
ｙ−ネットワークミキサーにおける主流方向に直交する方向、
φ−基本セルの接続流路の軸とｘ方向とがなす角度、
である。
【００３５】
本発明は、新しい産物を形成する意図を伴う、１つ以上の供給流のための、化学反応を伴うまたは伴わない、ネットワークミキサーである。
【００３６】
本発明によるネットワークミキサーは、所望の産物に到達するため、様々な運転方法を提供する。
【００３７】
ネットワークミキサーは一実施形態において、１組の要素、それぞれ直径Ｄｊによって特徴づけられる球体と、長さｌｉと直径ｄｉとによって特徴づけられる円柱とである、単純な形状のチャンバおよび流路によって、構成される。
【００３８】
図１によると球体と円柱とは、チャンバ（１）と３つの流路（２）と３つの開口部（０）とによって形成される基本セルにおいて結合され、ここで流路の内１つは主流方向に対し横断的に配置され、他の２つの流路は横断流路に対する垂線との間に角度φをなす。図１に見られるとおり、円柱はどれも同一面上に置かれる。
【００３９】
ネットワークミキサーは１組の基本セルを２つの空間方向で接続することによって作り出され、図２に見られる平面配列に帰結する。よって、同じく図２に見られるとおり、同一平面で１つの球体へ結合できる円柱の最大数は６である。
【００４０】
要素が接続するあり方を、具体的には各球体へ接続される円柱の数、または角度φを変えながら、タイプの異なる装置セルの使用の可能性もまた提案される。図３には、球体へ２つの円柱だけが接続される例が提示されている。
【００４１】
本発明においてはまた、要素の特徴である寸法のいずれかが非一様のサイズを有し、特徴である要素のサイズの分布を有するミキサーを作り出すことが提案される。図４にはこのタイプのミキサーの一例が見られる。
【００４２】
ある特定の実施形態において、ミキサーへの供給のための注入器（３）に関し、これらは、残りの結合された円柱（２）の同じ平面上に、そして図５に見られるとおり、その中心が上述の残りの円柱の中心と一致するよう、配置される。
【００４３】
注入器の場合、不規則（ａｔｙｐｉｃａｌ）注入器（３）と呼ばれる、円柱形要素を有する異なる配置の可能性がさらに提案される。図６に見られるとおり、注入器（３）が置かれる球体へ結合された円柱の内１つに対し、垂直の平面上で直径に関して正反対の不規則注入器の使用は、一例である。
【００４４】
例えば、４通りの異なる流れの同時注入を可能にするため、同一球体における注入器の不規則注入器との結合の可能性が提案される。
【００４５】
化学反応の過程で１つ以上の反応物質の漸進的追加を目指し、ネットワークミキサーがその構造に沿って整然と配置されるまたはされない補助注入器を所有する可能性が提案される。
【００４６】
ネットワークミキサーの出口に関し、これらは、出口が置かれた球体へ結合された残りの円柱の同じ平面に配置され、それらの中心を残りの円柱の中心に一致させる。
【００４７】
出口の場合、出口が置かれた球体へ結合された円柱の内１つに対し垂直の平面にて、直径に関して正反対の不規則出口を使用する可能性もまた提案される。
【００４８】
産物の漸進的抽出を目指し、ネットワークミキサーがその構造に沿って整然と配置されるまたはされない補助出口を含む可能性もまた提案される。
【００４９】
ネットワークミキサーの平面配列に代わる配列もまた提案され、ここで基本セルは三次元構造の中に配置される。
【００５０】
ネットワークミキサーの特徴である要素の代替配列として、角柱形矩形の流路、およびネットワークミキサーの平面に対し垂直の軸を有する円柱形チャンバもまた検討される。図７に見られるとおり流路は、円柱形チャンバの円柱表面全体にわたって延在する。この最後の場合では、開口部（０）および出口（２）もまた矩形角柱形の形状を呈し、円柱形チャンバ（１）の円柱表面全体にわたって延在する。不規則および補助注入器の、そしてまた不規則および補助出口の形状または配置に関する先行の考慮は維持される。
【００５１】
（発明の新機軸と利点）
他のミキサーと比較した、本発明の最も著しい利点は、以下である。
・ネットワークミキサーの構造は提案され市販されている構造より格段に簡素である。
・ネットワークミキサーは可動の要素を含まない。
・混合が拡散メカニズムによって制限される反応の場合に、液相での複合反応の最重要局面となる液流の強力且つ効率的混合の可能性。
・ネットワークミキサーの流体力学的特徴の変更を伴わない、温度、圧力、および／または濃度センサの容易い包含の見込み。
・既述のネットワークミキサーの寸法特性は熱交換のための高固有エリアに帰結する。この特徴は、高度に吸熱性または発熱性の反応において、または選択性が運転条件に強く依存する場合に、効果的な温度制御のために利用できる。
・入口流のための異なる注入予備混合方式の実施の容易さ。
・ネットワークミキサーは種々の材料で容易に構築でき、その壁を通じた熱伝達および触媒作用プロセスの強化を伴う。
・化学反応は、装置の異なる領域、または直列または並列に結合された異なる装置において、タイプの異なる触媒の定義を通じて制御できる。
・ネットワークミキサーの幾何学的特徴、特にチャンバと流路との特徴である寸法の比は、所望の産物の特異性に従ってプリデザインできる。
・異なるネットワークミキサー装置を並列に、または直列に結合できる。このようにして、この種の装置のスケールアップは直截的に行われる。
・混合装置は、平板熱交換器と同様の配置で、熱伝達装置へ容易く連結できる。ミキサー内部の温度を効率的に制御するため、ネットワークミキサーにおける、そして熱伝達装置における、流体の流れの方向は局所的に容易く調整できる。
・選択性と反応の変換は、化学反応体がミキサーへ供給される特定の方法によって、および／または混合装置の幾何学的特徴を通じて、制御できる。混合および反応物質滞留時間を制御できることは、現在使われている装置に対しさらなる利点である。
【００５２】
この種の装置は様々なタイプのプロセスで使用でき、いくつかの例を以下に提示する。
・酸化反応（Ｊｅｎｓｅｎ，２００１）。この種の反応で、中間反応から得られる所望の産物の選択性は、使用可能な酸素の濃度に大いに依存する。爆発の見込みのため保安問題が重要となる（Ｊａｈｎｉｓｃｈら、２０００）。これらの反応装置における供給および反応物質混合、ならびに反応の温度を制御する可能性は、所望の産物のため良好な選択性を得るにあたって重要課題である。
・危険産物の合成。ネットワークミキサーは、関係する反応物質および産物に適した材料を使って構築できる。例として、イソシアニド（Ｅｈｒｆｅｌｄら、２００２）、ホスゲン（Ａｊｍｅｒａら、２００１）、およびシラン（Ｅｈｒｆｅｌｄら、２００２）の合成がある。種々のネットワークミキサー装置を並列で使用する可能性は、保守のためのプロセス停止を回避するから、危険な反応にとって、そして事故が起きた場合に、有利である。
・多数のステップを伴う化学産物の合成。異なるネットワークミキサー装置を直列に接続できるため、種々の反応ステップを連続で遂行できる。他方、高度な変換および選択性を得るため、反応物質滞留時間および分布を制御する可能性は、これらの装置を製薬産業にとって特に興味深いものにする（Ｊｅｎｓｅｎ，２０００）。
・塗料等の高粘性材料を混合する。この場合の混合は拡散物質移動メカニズムによって制御され、最終産物の品質を保証することはしばしば困難である。
・アゾイック化合物に基づく顔料等、混合作用が重要となる産物の合成。反応物質供給、触媒の分布、および反応温度を制御する可能性は、所望の産物を得る見込みを増し、プロセス効率を増す（Ｎｉｃｋｅｌら、２００１；Ｗｉｌｌｅら、２００２）。
【００５３】
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【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】個別チャンバ、チャンバに接続された３つの流路、およびチャンバの内部をセルの外部へ接続する３つの付加的開口部を有する、ネットワークミキサーの基本セルの概略図である。
【図２】図１による等しい基本セルの２方向での相互接続によって作り出される、ネットワークミキサーの部分概略図である。
【図３】３つではなく２つの流路のみを各々有する、等しい基本セルの平面上での相互接続によって作り出されるネットワークミキサーの部分概略図である。
【図４】２つの流路を有し且つ特徴である要素の異なるサイズを有する基本セルの平面上での相互接続によって作り出される、ネットワークミキサーの部分概略図である。
【図５】個別チャンバ、チャンバへ接続された３つの流路、および同数のチャンバ開口部へ接続された２つの外部注入流路を有する、ネットワークミキサーの特定セルの概略図である。
【図６】個別チャンバ、チャンバへ接続された３つの流路、およびネットワークミキサーの平面に対し垂直に接続された２つの不規則外部注入流路を有する、ネットワークミキサーの特定セルの概略図である。
【図７】混合装置の平面に対し垂直の軸を有する単一円柱形チャンバ、およびチャンバの円柱表面の高さ全体にわたって延在する矩形部を有する、３つの角柱形流路を有するネットワークミキサーの基本セルの概略図である。
【国際調査報告】
2007535394.tif 000010
2007535394.tif 000011
2007535394.tif 000012