(57)【要約】【課題】分散液を転相させる方法とシステムの提供。【解決手段】本発明に係る分散液を転相する方法は、流体供給装置内の分散相を形成する第１流体と、連続層を形成する第２流体とから成る分散液を、第１流体が分散相から連続相へ、第２流体が連続相から分散相へ変換されるように転相装置へ供給する複数段階を含み、それによって、第１流体の液滴が、流体接触面を備えた部材に接触して流れ方向に凝集し、第１流体と第２流体とが、流体接触面のところを通過するさいに混合され、流体接触面が、少なくとも４００ｍ２／ｍ３の比表面積を有している。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散相を形成する第１流体と、連続層を形成する第２流体とから成る分散液を転相する方法であって、第１流体が分散相から連続相へ、第２流体が連続相から分散相へ変換されるように、流体供給装置内の分散液が転相装置へ供給される複数段階が含まれ、それによって、第１流体の液滴が、流体接触面を備えた部材に接触して流れ方向に凝集する形式のものにおいて、
第１流体（２）と第２流体（３）とが、流体接触面のところを通過するさいに混合され、しかも、該流体接触面が、少なくとも４００ｍ２／ｍ３の比表面積を有している、分散液を転相する方法。
【請求項２】
分散相を形成する第１流体（２）と、連続相を形成する第２流体（３）とから成る混和不能の流体の分散液を転相するシステム（１）であって、第１流体（２）および第２流体（３）を転相装置へ供給する流体供給装置（４）を含み、これにより第１流体（２）の一部が分散相から連続相へ変換され、第２流体（３）が連続相から分散相へ変換される形式のものにおいて、
前記転相装置が、流れ方向での凝集用の流体接触面を備えた構成要素を含み、しかも、該流体接触面が、少なくとも４００ｍ２／ｍ３の比表面積有することを特徴とする、混和不可能の流体の分散液を転相するシステム。
【請求項３】
前記構成要素の流体接触面が、分散相を形成する第１流体がせん断力に曝されるように構成され、しかも、分散相を形成する第１流体のどの液滴も安定的のままであることができる、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記流体接触面が、７５０ｍ２／ｍ３を超える比表面積、好ましくは１０００ｍ２／ｍ３を超える比表面積を有している、請求項２または請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記構成要素が、第１流体（２）を第２流体（３）と混合するための静止型混合装置（５，２３，２４）を含む、請求項２から請求項４までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
前記静止型混合装置（５，２３，２４）が、１００ｍｍ未満の、好ましくは５０ｍｍ未満の、最も好ましくは１５ｍｍ未満の液圧直径を有する、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記構成要素が金属製流体接触面を含む、請求項２から請求項６までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
前記流体接触面が、第２流体（３）に対してよりも第１流体（２）に対して、より良好な湿潤性を有している、請求項２から請求項７までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
前記流体接触面が、異なる濡れ振る舞いを有する材料から成る、請求項２から請求項８までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項１０】
前記異なる濡れ振る舞いの流体接触面が、交互の順序で配置されている、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
複数の静止型混合装置（５，２３，２４）またはハイブリッド構成の静止型混合装置が備えられている、請求項２から請求項１０までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項１２】
前記静止型混合装置（５，２３，２４）が、軸線（７）を有し、更に、軸線（１９）に対して或る角度で配置された複数プレート（８）を含み、これにより流体流が、前記軸線と平行な主流れ方向から前記角度での流れ方向へ偏向される、請求項２から請求項１１までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項１３】
前記角度が１０−８０°、好ましくは２０−７５°、最も好ましくは３０−６０°である、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記プレートが波形板である、請求項１２または請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記静止型混合装置が、管（４０）内に配置された第１組と第２組のクロスバー（１２，１３）またはウエブ（４２，４３）を含み、しかも、該クロスバー（１２，１３）またはウエブ（４２，４３）が主流れ方向に対して傾斜し、かつ第１組のクロスバー（１２）またはウエブ（４２）が第１平面（１４，４４）内に配置され、第２組のクロスバー（１３）またはウエブ（４３）が第２平面（１５，４５）内に配置されており、更に、第１平面（１４，４４）と第２平面（１５，４５）とが互いに交差し、第１平面（１４，４４）と第２平面（１５，４５）との間には、少なくとも３０°、好ましくは少なくとも５０°、最も好ましくは約９０°の角度が形成される、請求項２から請求項１１までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項１６】
転相装置の上流の流体供給装置内に前調整装置が配置されている、請求項２から請求項１５までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項１７】
前記前調整装置が、せん断力を発生させる構成要素を含む、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記分散液の流速が最大３．５ｍ／ｓである、請求項２から請求項１７までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項１９】
前記分散液が０．０２Ｐａｓ未満の動的粘度を有する、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
分散液の前記流速が最大２ｍ／ｓである、請求項２から請求項１７までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項２１】
前記分散液が０．０２Ｐａｓ−０．１Ｐａｓの動的粘度を有する、請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
分散液の前記流速が最大１ｍ／ｓである、請求項２から請求項１７までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項２３】
前記分散液が０．１を超える動的粘度を有している、請求項２２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に分散液の転相方法および該方法を実施するシステムに関するものである。分散液とは、分散相を形成する第１流体と、連続層を形成する第２流体とから成る混和不能の流体の混合液を意味する。また転相とは、分散相から連続相への第１流体の変換または連続相と分散相との組み合わせと、連続相から分散相への第２流体の変換または連続相と分散相との組み合わせとを行う処理段階を意味する。この転相の方法およびシステムの可能な使用分野は、油と水とを分離する作業分野である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、転相を、地表下または海底下の生成物から流体を抽出することと関連して、水と油の分離の改善に使用することが開示されている。大半の場合、油が、水滴を含有する連続相を形成している。これらの水滴は分散相を構成している。この先行技術による方法は、供給管または搬送管内の流体を、管状の分離体または重力タンクの形式の分離装置へ搬送する段階を含んでいる。流体は、分離装置の上流でせん断力に曝されるため、供給流内の水滴は砕かれて、極めて小さな水滴を生じ、これにより界面が概して新しくなり、界面活性剤による「汚染の無い」状態となる。水滴の破砕によって発生する新たな界面は、極めて不安定で、水滴は、強力で集中的な凝集過程を開始し、せん断力を発生させる弁の下流の管内の何処かの段階で転相するに至る。
【０００３】
水滴が、凝集過程の結果として連続層を生成する一方、油は分散相の役割を担うが、これを、一般に水中油型分散液と呼ぶ。この転相が好ましいのは、水中油型分散液が、油中水型分散液、つまり水が分散相を形成し油が連続層を形成している分散液に比較して、概して遥かに安定性の低い分散液を生じるからである。したがって、広く知られていることは、油と水との分離は、油が分散相で、水が連続相の場合の方が、遥かに容易であるということである。特に、粘度の高い油の場合には、油相から水滴を分離するのは極度に難しい。
【０００４】
先行技術による方法を使用した場合、弁の使用により分散液内に大きい局所的せん断力が発生し、それによって、液滴寸法が大幅に変動することが観察される。これらの大きい局所的せん断力は、液滴の安定的な表面を破壊して、油相内の水滴の安定性の原因である表面張力の克服を補助しよう。弁を通過するさい、分散液の液滴は、せん断力を受けることで破砕され、小液滴となり、おおむね界面は新しくなり、界面活性剤に汚染されていないものとなる。この界面活性剤とは、一般的に、液滴を安定化する手段の意味である。この安定化によって、より安定的な分散液となり、続く分散液分離が、不可能ではないが難しくなる。先行技術によれば、せん断力が液滴に加えられる。界面活性剤を含む界面は、これらのせん断力に曝される。この結果、界面活性剤は、界面から取り去られる。界面活性剤を奪われた液滴界面は、より急速に凝集する結果、転相が促進される。
【０００５】
しかし、転相の開始とその進行は精密には制御できない。つまり、弁の下流で、何時、何処で転相が生じるかは予側できない。転相の開始時点と水相対油相の体積比とは、かなり変動を受ける。転相の開始点は検出できず、転相設備の寸法上の何処で開始されるかは精密には突き止められない。加えて、水相対油相の体積比に変動が観察され、弁下流での転相を達成するには、大量の水を分散液に添加せねばならない結果となる。先行技術に開示された設備により現時点で得られる実験成績によるこの水の画分は、弁を使用する場合、４０〜５０％に及ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００５／００５７７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、分散相をなす第１流体と、連続層をなす第２流体との分離のための転相の方法およびシステムを得ることである。そのさい、特に、前記第１流体が水であり、第２流体が油であることにより、転相の開始が、より一層予側可能である。更に本発明の別の目的は、転相が、分散相をなす第１流体の体積比がより低い値の時に生じ得るようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
先行技術に関連する問題は、分散相をなす第１流体と、連続層をなす第２流体とから成る分散液の転相のための本発明の方法により解決された。該方法は、流体供給装置内の分散液を転相装置へ供給する複数段階を含み、これにより第１流体が分散相から連続層に変換され、かつ第２流体が連続層に変換され、第１流体の液滴が、流体接触面を備えた構成要素のところで流れ方向に凝集する。流体の接触面は、少なくとも４００ｍ２／ｍ３の比表面積を有している。第１流体と第２流体とは、静止型混合装置で混合するのが好ましい。
【０００９】
この方法は、分散相をなす第１流体と、連続層をなす第２流体とから成る混和不能な流体の分散液を転相させるためのシステムで実施され、該システムは、第１流体と第２流体とを転相装置へ供給する流体供給装置を含み、これにより第１流体を分散相から連続層へ変換でき、かつ第２流体を連続相から分散相へ変換できる。転相装置は、流れ方向に凝集させるための流体接触面を備えた構成要素を含んでいる。流体接触面は、４００ｍ２／ｍ３を超える比表面積を有している。該流体接触面は、特に、７５０ｍ２／ｍ３を超える比表面積、好ましくは１０００ｍ２／ｍ３を超える比表面積を有している。比表面積は、流体接触面の表面積を流体通路の容積で除した値と定義される。流体通路には、流体接触面が組み込まれている。流体接触面を備えた構成要素は第１流体を第２流体と混合するための静止型混合装置を含むことができる。静止型混合装置の表面積は、該装置を形成する流体接触面の表面積と、流体通路の流体接触面積との合計である。
【００１０】
前記構成要素の流体接触面は、好ましくは、分散相をなす第１流体の凝集が促進されるように構成される。その形状により、該構成要素は、分散相を形成する第１流体の液滴が安定的に留まるように、小さいせん断力しか発生させない。
この上限以下にせん断力を維持することによって、小液滴の発生が避けられる。意外なことに、これらの小さいせん断力は、液滴をより小さい液滴に分割するには小さ過ぎるだけではなく、実際に凝集を促進させる。凝集は、したがって、転相の主要な推進要因と考えられる。
【００１１】
静止型混合装置の使用により、混合のための、大きな分散液用表面が得られ、液滴の凝集を促進させる多数の個所が得られる。これによって、次の利点が得られる：
転相に至る第１流体の臨界体積分率が、より低い値に移動する。このため、転相は、先行技術より低い体積分率で達せられる。特に、原油からの水の分離に適用する場合、普通、油井または海底から得られる分散液を使用するのが好まれる。水の添加は、処理流を増大させる結果となるため、大型のポンプ、タンク等々を必要とし、システムのコストが著しく増大する。そのような場合には、本発明のシステムにより、エネルギーおよび材料費を節減できる。
【００１２】
静止型混合装置の使用により、第１および第２の流体にせん断力が作用すると考えられる。混合作業が一定の液圧直径と一定の混合長さとを有する静止型混合装置内で行われることにより、せん断力が全混合直径と全混合長さにわたって作用し、その結果、静止型混合装置内で転相が生じる。意外なことに、先行技術により示唆されたような小液滴の発生は必要ない。せん断力の局所的なピークは、静止型混合装置の使用により避けることができる。先行技術を使用した場合、このせん断力の局所的ピークが観察される。混合長さとは、静止型混合装置の長さを意味し、直径とは管の直径を意味する。静止型混合装置は、液圧直径Ｄｈを有することを特徴とする。液圧直径とは、非円形の管内および通路内の流れを処理するさいに、通常、用いられる用語である。液圧直径Ｄｈ＝４Ａ／Ｕであり、この式において、Ａは断面積、Ｕは断面の濡れぶちである。液圧直径は、好ましくは１００ｍｍ未満であり、より好ましくは５０ｍｍ未満、最も好ましくは１５ｍｍ未満である。
【００１３】
意外なことに、第１と第２の流体との接触面が金属製である静止型混合装置を用いた場合、転相の開始点を、先行技術より予想外かつ未知の程度まで引き下げることができる。流体接触面は、また異なる濡れ振る舞いを有する材料で構成することもできる。それにより、さらに凝集度は静止型混合装置内で調節できる。異なる濡れ振る舞いの複数流体接触面は、交互の順序に配置することができる。複数流体接触面が、例えばクロスバーまたはプレート、例えば波形板の場合、それらの接触面の幾つかは、現存する相の１つに対し良好な湿潤性を示す材料に設け、他の接触面は、より低いまたはより乏しい湿潤性を示す材料に設けることができる。このことは、油中水分散液の場合、良好な湿潤性を有する接触面の幾つかは金属製にし、他の接触面は、より乏しい湿潤性を有するプラスチック材料製にすることを意味する。異なる湿潤性を有する複数接触面は、流れ方向で見て平行に配置することができる。あるいはまた、第１組の接触面を良好な湿潤性の材料で作り、前記第１組の接触面に隣接して上流または下流に配置する第２組の接触面を、より湿潤性の低い材料で作ることもできる。
【００１４】
複数の静止型混合装置またはハイブリッド構成の静止型混合装置を備えることもできる。ハイブリッド構成とは、幾何形状の異なる静止型混合装置またはそれらの変化形を組み合わせたものを意味する。複数の静止型混合装置を使用することによって、特に安定的な分散液の場合に、凝集を強化する付加的な個所が得られる。この構成は、重油から成る分散液の場合に特に有効である。
【００１５】
一好適変化形の場合、静止型混合装置は軸線を有し、さらに該軸線に対して或る角度で配置された複数プレートを含むことにより、流体流が前記軸線と平行の主流方向から前記角度の流れ方向へ偏向される。前記角度は、好ましくは１０°〜８０°、より好ましくは２０°〜７５°、最も好ましくは３０°〜６０°である。第２変化形によれば、プレートは波形板である。静止型混合装置は、別の変化形では、管内に第１組と第２組のクロスバーまたはウエブが配置され、しかも、これらのクロスバーまたはウエブが主流れ方向に対して傾斜し、第１組のクロスバーまたはウエブは第１平面内に配置され、第２組のクロスバーまたはウエブは第２平面内に配置され、しかも、第１平面と第２平面とが互いに交差し、両平面間には、好ましくは少なくとも３０°、最も好ましくは少なくとも５０°の角度が形成される。
【００１６】
転相装置の上流の流体供給装置内には前調整装置を配置でき、該転送装置は、流れ方向での凝集用の流体接触面を備えた構成要素、例えば静止型混合装置を含んでいる。前調整装置は、好ましくは、せん断力を発生させる構成要素を含んでいる。該構成要素は、特許文献１に開示された類の弁、または脱乳化器、または静電沈殿器でよい。弁または静止型混合装置を前調整装置として使用する場合には、更に多数の液滴の量が低減される。前調整装置を出た分散液は、したがって、該装置に入る分散液より小さい液滴から成っている。前調整した分散液が静止型混合装置に入ると、より制御された形式で転相が行われる。この前調整装置は、分散液の転相を、混合不能な少なくとも２流体を入れた容器の界面層から行うような場合に使用できる。界面層とは、これらの流体のうちの重い方の流体を軽い方の流体から分離している層を言う。この分散液は、油水分離器または沈降容器から供給できる。この界面層は特に高安定性を特徴とする。このような安定的な分散液を分離するには、転相装置を、特に、容器出口と転相装置との間に配置された前調整装置と組み合わせるのが好ましい。
【００１７】
分散液の流速は、最大３．５ｍ／ｓであるのが好ましい。特に、０．０２Ｐａｓ未満の動的粘度を有する分散液の場合、流速は最大２ｍ／ｓであるのが好ましい。０．１Ｐａｓを超える動的粘度を有する分散液の場合は、流速が最大１ｍ／ｓであるのが好ましい。
流速を低く抑えることにより、分散液内への高せん断力の導入が避けられる。こうすることによって、特に、水を第１流体とし、油を第２流体とする分散液の場合、微細液滴の発生が防止される。
【００１８】
静止型混合装置使用に係わる別の利点は、転相制御が改善されることである。可能な前調整装置の後方に、先行技術が示唆するように空の管を使用した場合、転相が実際に行われる体積分率が大幅なゆらぎを生じる。これらのゆらぎは、第１流体の広い体積分率範囲を特徴とするアンビヴァレントな区域で発生する。広い体積分率範囲は、処理を効果的に制御するのをかなり難しくする。
流れ方向での凝集を生じさせる流体接触面を備えた構成要素、例えば静止型混合装置を使用する別の利点は、特に転相に影響を与える化学添加剤を添加できる点である。これらの化学添加剤は、容易に供給でき、静止型混合装置内で混合され、均質な混合液を得ることができる。
【００１９】
均質な混合液の転相は予測可能性がより高いため、流れ方向で凝集させる流体接触面を備えた構成要素、例えば静止型混合装置を用いた場合、処理制御を改善できる。第２流体の体積分率を更に低減する場合、補給流体の添加および／または化学添加剤の添加によって転相の促進が補助される。例えば、補給流体の添加には、油中水分散液への水の添加が含まれる。比較的少量の水流を油中水混合液に添加することで、静止型混合装置内で転相が促進される。化学添加剤の添加は、安定的な油中水分散液の場合、特に有用である。化学添加剤は、細滴表面の脱汚染化に役立つので、細滴の凝集速度が高められる。液滴表面は、分散相を形成する第１流体と、連続層を形成する第２流体との界面である。化学添加剤は、この界面に集中して表面張力を低減するので、分散液中の液滴の安定性が減少する。液滴は、静止型混合装置内で互いに接触して、凝集し、より大きい液滴を形成し、これらの液滴が、最終的には、静止型混合装置の出口で連続層を形成する。このように、化学添加剤は、液滴の凝集促進を助け、静止型混合装置出口での転相をもたらす。
【００２０】
転相は、通常、更に分離装置で処理される。この点で、転相は、分離装置の装入条件を変更することによって第２流体からの第１流体の分離を促進させる手段と見ることもできる。油の流動性は、油中水分散液内でより水中油分散液内での方が大なので、分散液の分離促進のため、分離装置内へ投入されるエネルギーが低減される。可能な分離装置の中で、例として挙げられるのは、重力式分離装置または遠心分離装置である。更に、配管系による分散液給送は、分散液の流動性が増すことで容易になるため、所要エネルギーの投入が低減される。複数静止型混合装置が配管系内の流体流に沿って一定間隔で配置される場合、転相の安定化（逆転相の防止）が増強される。
【００２１】
静止型混合装置を使用する別の利点は、多重分散液生成の制御が改善されることである。多重分散液という用語は、第１流体の大きい液滴、つまり分散相が、連続層の小液滴、つまり第２流体を包含していることを意味している。これらの小液滴は、大部分が大きい液滴の寸法の約１／２〜１／１００である。このような多重分散液は、特に、分離が他の分散液より難しく、小さい比表面を有する器具、例えば空の管の使用により、この多重分散液の傾向がより強く現われる。空の管という用語は、流体流に影響を与える何らかの組み付け部材を備えていない管、例えば弁、撹拌部材、静止型または動的の混合部材、バッフルを意味する。
【００２２】
結果として、転相を達成するためには、第１流体の体積分率を増大させねばならないが、これには、必然的に既述の不都合を伴う。静止型混合装置により分散液が利用できる表面積値が増大することで、多重分散液の生成が、よりよく制御され、かつ完全に防止されないまでも制限はされる。このような多重分散液の転相を達成するには、分散相を形成するかなり多くの流体を、転相開始前に分散液に添加せねばならないことが観察された。その場合、静止型混合装置によって混合される分散液に添加を要する分散流体量は、意外なことに、転相開始のために空の管を通過する分散液に対して要求される量よりも少ない。
【００２３】
本システムの別の利点は、不純物、特に、第１および第２の流体の少なくとも一方に含まれる固体粒子に対して不感の点である。
静止型混合装置の使用により、また詰りが防止され、このことは、固体を含有する流体の処理の場合に重要である。
本発明の既述の目的およびその他の目的と利点は、添付図面と関連して以下で行う詳細な説明によって更に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】先行技術による弁を有する転相システムの略示流れ図。
【図２ａ】本発明の第１実施例の流れ図。（実施例１）
【図２ｂ】第１実施例の第１変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図２ｃ】第２変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図３ａ】本発明による転相システムの第２実施例の図。（実施例２）
【図３ｂ】第２実施例の第１変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図３ｃ】第２実施例の第２変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図３ｄ】第２実施例の第３変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図３ｅ】第２実施例の第４変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図４ａ】第１変化形による静止型混合装置の図。
【図４ｂ】図４ａの静止型混合装置の断面図。
【図４ｃ】第２変化形による静止型混合装置の図。
【図４ｄ】第３変化形による静止型混合装置の図。
【図４ｅ】第２と第３の変化形を組み合わせたハイブリッド構造を有する静止型混合装置の図。
【図５ａ】第４変化形による本発明のシステムを示す図。
【図５ｂ】図５ａの静止型混合装置をＡ−Ａ線に沿って截断した断面図。
【図５ｃ】図５ａの静止型混合装置をＢ−Ｂ線に沿って截断した断面図。
【図６】第５変化形による本発明のシステムを示す図。
【図７】第６変化形による本発明のシステムを示す図。
【図８】先行技術と本発明とによる異なる混合装置に関する試験成績を示す図。
【図９】第１変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１０】第１変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１１】第１変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１２】第２変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１３】第２変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１４】第２変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１５】図１２〜図１４の変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液のその後の図。
【図１６】図１２〜図１４の変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液のその後の図。
【図１７】第１流速の場合の、異なる静止型混合装置の成績を比較した図。
【図１８】第２流速の場合の、異なる静止型混合装置の成績を比較した図。
【図１９】第３流速の場合の、異なる静止型混合装置の成績を比較した図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１には、特許文献１の方法による弁を有する先行技術の転相システムの略示流れ図が示されている。油と水の２相分散液の転相用システム１０１内には、分散相を形成する水である第１流体１０２と、連続層を形成する油である第２流体とが存在している。流体供給装置１０４は、水１０２と油１０とを弁１０５に供給するために備えられている。弁１０５は、油相と水相とに大きなせん断力を導入し、その結果、より細かな液滴が造り出される。せん断力は液滴表面に作用する。それから生じる結果の１つは、液滴表面に存在する界面活性剤が液滴表面から取り去られることである。界面活性剤は、液滴に対する安定化作用を有すると考えられるが、このことは、液滴表面に界面活性剤が存在する限り、液滴自体が安定的であり続けることを意味する。その結果、分散液も安定的であり続ける。せん断力を導入することによって、細滴が発生することで、表面積が増大する。
【００２６】
水滴と油の連続相との間に形成される新たに発生した表面積は、大部分が界面活性剤に汚染されていない。新たな界面は、したがって、極めて不安定であり、液滴は、著しく集中的な凝集過程を開始し、それにより、水１０２は分散相から連続層へ変換でき、油１０３は、連続相から分散相へ変換でき、これにより転相が達せられる。更に、特許文献１により、安定的な転相は、原液滴が原液滴直径の約１０％未満の寸法に縮小した場合に達せられることが判明している。しかし、問題は残る。つまり、転相の位置は精密に決定できない。転相は、弁の下流の、空の管内の行程の何処かで、おそらくは、また油中の水の含有量に応じて、発生するのだろうが、転相の正確な時点と位置とは予側できない。
【実施例１】
【００２７】
図２ａは、本発明の第１実施例による発明性のある解決策を略示した図である。混和不能な流体の２相分散液の転相用システム１には、分散相を形成する第１流体２と、連続相を形成する第２流体３とが包含されている。流体供給装置４は第１流体２と第２流体３とを、静止型混合装置５へ供給するために備えられ、静止型混合装置内で、第１流体２が第２流体３と混合され、それにより第１流体２は分散相から連続層へ、第２流体は連続相から分散相へ変換可能である。言い換えると、転相は、静止型混合装置５内で行われ、等画分（ｉｓｏｆｒａｃｔｉｏｎａｌ）転相とも名づけられよう。等画分転相とは、第３流体の添加なしに、または第１流体と第２流体との当初の体積分率を、どちらか一方の流体を添加して変更することなしに、第１流体２と第２流体３のみが関与する転相と定義される。
【００２８】
第１流体と第２流体とは、静止型混合装置５の下流で該装置５に付加配置された流体排出装置６により分離装置へ送られる。そのさい、２つの場合が可能であり、第１の場合は図２ｂに示され、第２の場合は図２ｃに示されている。図２ｂは、流体排出装置６の略示図で、管形式の最も簡単な場合である。この場合、第１流体２が連続層を形成し、第２流体３が分散相を形成している。これに加えて、第１流体２の一部分が、第２流体３の液滴内に分散相として存在できる。図２ｃは、後続の分離段階に対して、より好ましい変化形を示しており、第２流体３が第１流体２の液滴を事実上包含していない。図示はされていないが、図２ｃの変化形は、好都合なことに、分離装置により第１流体と第２流体とを互いに分離するのに１段階を必要とするだけである。特に、第１流体は、水または高含水量のスラリまたは水溶液であり、第２流体は油である。
【実施例２】
【００２９】
図３ａは、本発明による転相システム１の第２実施例を示している。この場合も、流体供給装置４が、分散相を形成する第１流体と連続層を形成する第２流体とを静止型混合装置５に供給するために備えられている。加えて、流体供給装置４には補給流体３４が添加される。補給流体３４は、第１流体と同じ組成を有している。補給流体３４は、添加されて静止型混合装置内で転相を誘発するので、この実施例は強制転相と呼べよう。静止型混合装置内で第１流体２と第２流体３とを補給流体３４と一緒に混合するさい、第１流体２は分散相から連続層へ変換され、第２流体３は連続層から分散相へ変換される。この転相は、図２ａに開示された本発明の第１実施例でのように、静止型混合装置４内で行われる。静止型混合装置５の下流に配置された流体排出装置６では、第１、第２の流体、補給流体３４の複数相の多くの組み合わせが可能であり、それらの幾つかは図３ｂ、図３ｃ、図３ｄ、図３ｅに示されている。それらのすべてに共通する点は、第１流体２および／または補給流体３４の少なくとも一部は、連続相となり、第２流体３は分散相を形成する点である。
【００３０】
図３ｂに示した事例は、補給流体３４が連続層のままであり、その中で第２流体３が液滴を形成する状態を示している。これらの液滴内部には、第１流体２が、未だ分散相として存在している。第１流体２の液滴は、このシナリオのもとでは相互作用しないので、凝集は生じない。
【００３１】
図３ｃに示す流体排出装置６には、補給流体３４が連続相として含まれ、加えて第１流体の幾らかが連続相として含まれている。この略示図では、連続層の補給流体３４と第１流体２とは混合されない。しかし、等しい流体を第１流体２と補給流体３４として使用することは、極めて普通のことである。特に、油‐水分散液の場合、第１流体２と補給流体の両方が水または水溶液またはスラリである。したがって、補給流体３４と、連続層を形成する第１流体２とは混和可能である。第１流体２の幾らかは、第２流体３の液滴内で、依然として分散相のままである。この現象は、「多重細滴」（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ）とも呼ばれよう。この状況下では，液滴の部分凝集が生じる。このため、補給流体３４と第１流体２の凝集液滴とは、連続相を形成する。
【００３２】
図３ｄは、第１流体２が連続相で存在する変化形を示している。この場合、補給流体３４と第１流体２とが連続層を形成し、第２流体３が分散相を形成している。この場合も、好ましくは補給流体３４と第１流体２とが単一相を形成する。この変化形は、続く分離段階で極めて容易に分離されるが、これは、第１流体２の液滴が、もはや第２流体の液滴内に存在しないからである。このように、第１流体の液滴は静止型混合装置内で完全に凝集する。この場合、多重細滴は残っていない。
【００３３】
図３ｅに示した変化形では、第２流体３が分散相を形成している。第２流体３の液滴内には、第１流体２の一部と補給流体３４の一部とが存在している。これらの液滴は部分的に凝集している。補給流体３４の一部と第１流体２の凝集液滴とが連続相を形成している。このことは、静止型混合装置を通過する間に、補給流体３４の液滴が形成されることを意味する。これらの液滴が、分散相を形成する第２流体３の液滴内に残っている。
図４ａおよび図４ｂに示した第１変化形による静止型混合装置５は、図２ａ〜図２ｃの第１実施例、または図３ａ〜図３ｅの第２実施例と一緒に使用するためのものである。この静止型混合装置は、流体供給装置４の軸線と合致する軸線７を有している。この静止型混合装置は、また装置のハウジング内３７に配置された複数の管３５内にらせん構造の複数の静止型混合部材３６を含んでいる。
【００３４】
静止型混合装置５の混合部材を構成するプレート８の構造を見やすくするために、図４ｃには、第２変化形による静止型混合装置５の管状ハウジングは示されていない。プレート８は、複数列４０，４１，４２，４３に配置されている。好ましくは、同列のプレート８は互いに平行な平面内に延びている。プレート８は、一方では、分散液流の案内として役立ち、他方では、通常、流れの内部に境界効果を作り出す。この壁面の直近での流速は、プレート表面ではゼロまで減少する。これにより、層流には概ね放物線状の輪郭が、２つの隣接プレート間に延びる通路４４内の流れの主方向と直角方向の平面内に形成される。この放物線の対称軸上の１点での流速は最高であるのに対して、放物線の２個の脚での流速は、プレートの各々１つの壁面に相当する脚端部に向かって連続的に減少する。開放通路内で形成される流れのこれらの輪郭のために、第１、第２の流体２，３と任意の補給流体３４との混合が生じる。
【００３５】
この混合により、第１流体２の液滴の凝集が誘発されるが、これは壁面効果のゆえと考えられる。プレート表面の材料特性が液滴の凝集に驚くほど寄与し、それにより転相に至ることが観察される。したがって、液滴の凝集は、プレート壁に沿って進行すると思われるが、これは、壁面に付着した液滴が、転相前に部分的に壁面に曝露され、かつ第２流体３が形成する連続相に部分的に変るためである。乱流条件下では、流れの輪郭は放物線状にはならないが、前述の凝集機序は、その場合も適用できる。
【００３６】
図４ｄには、第１実施例の第３変化形による静止型混合装置が示されている。必須条件ではないが、プレート８の少なくとも幾つかは、軸線７と直角の平面に対し或る角度１９で配置するのが好ましい。傾斜の角度１９は、０°〜９０°がよいが、好ましくは０°〜８０°、最も好ましくは３０°〜６０°である。傾斜角度１９を大きくすることで流体の偏向が大きくなることが予想される。したがって、液滴は、傾斜角度が増せば、それだけ静止型混合装置を通過する間に壁面と接触しやすくなる。混合装置５を通過する経路で液滴の凝集が観察された。傾斜角度は３０°〜６０°が好ましく、この角度範囲で、流体は静止型混合装置の軸線７と平行方向の主流から偏向する。同時に、圧力低下およびせん断力が大きくないため、図１に示す先行技術で観察されるように、せん断力により多くの細滴が発生して安定化効果をもたらし、転相の発生を阻害することがない。
【００３７】
図４ｅに示す静止型混合装置は、第２変化形と第３変化形とよる混合部材を組み合わせたハイブリッド構成を有している。静止型混合装置４は、図４ｃによる混合部材と図４ｄによる混合部材とから構成されている。これらの混合部材の両方が、共通のハウジング１１を有している。直列の混合部材配置は、一例に過ぎず、具体的に開示された実施例に限定されると解釈すべきではない。
【００３８】
図５ａに示すシステムは、実質的には図２ａ〜図３ｅに示したシステムと等しい。静止型混合装置５は静止混合部材９，１０から成り、図５ａには、この２つの部材が示されている。静止混合部材９は、一列に直列配置された複数プレートを含んでいる。これらのプレートは、前記軸線と平行の主流れ方向から流体流を偏向させるために平行位置に設置される場合、水平面に対し傾斜配置される。プレート８を互いに間隔をおいて配置することで、図５ｂに示すように、流体は、プレートの間を通過できる。図５ｂは、軸線７と直角のＡ−Ａ平面に沿った混合部材９の断面図である。静止混合部材９は、好ましくは互いに間隔をおいて配置された複数列を含んでいる。したがって、分散液は、部分的にこれらの列間を通過し、部分的にプレートによって変向される。これらのプレートは、液滴の付着を助けることで、液滴の凝集促進を助ける。
【００３９】
図５ｃに示す静止混合部材１０は、幾分異なる構造を有している。これらのプレートは、図５ｃに示すように波形板１８として構成するのが好ましい。図５ｃは、図５ａの混合部材１０のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。波形板１８は、複数の頂部と谷とを交互に含んでいる。波形板の頂部と谷とは、開放流体通路を形成している。波形板は、また互いに留め合わせて、ハウジング一杯に混合部材を配置できる。言い換えると、各混合部材は複数波形板から成り、隣接波形板が互いに対し或る角度で配置されている。更に言い換えると、波形板は、互いに十字形に交差して留め合わせるのが好ましい。隣接波形板の通路は、交差し、通路内を流れる流体を変向させることで、これら流体の混合が改善される。
【００４０】
図５ａに示した静止混合部材の組み合わせは、静止型混合装置５を形成するための一例に過ぎない。等しい型の多数の混合部材を直列に配置するか、または図５ａに示すように、異なる型の混合部材を配置してハイブリッド構造を形成することができる。本発明の範囲内の他の変化形では、例えば図５ｂに示した種類の第１混合部材が、同種類の第２混合部材に対して、第１混合部材列が第２混合部材列に対して或る角度で位置するよう配置される。第１流体２と第２流体３とは、流体排出装置６に流入する。該装置６は、図５ａには示されていない分離装置等の別の処理装置へ通じる導管またはパイプでよい。今や連続層を形成した第１流体と、今や分散相を形成した第２流体とが、分離装置へ流入し、互いに分離される。
【００４１】
図６に示す静止型混合装置５は管内に配置された第１組と第２組のクロスバー１２，１３で形成された静止混合部材９を含み、その場合、各組のクロスバー１２，１３は、流れの主方向に対して傾斜し、第１組のクロスバー１２は第１平面１４内に、第２組のクロスバー１３は第２平面内に配置され、しかも、第１平面と第２平面とが、互いに或る角度１６で交差している。第１と第２の平面間に形成されるこの角度１６は、少なくとも３０°、好ましくは少なくとも５０°、最も好ましくは約９０°である。静止混合部材のこのような構成は、既にスイス特許第６４２５６４号に開示され、該文書の内容は、ここに引用することで本明細書に組み入れられるものである。複数の静止混合装置が直列配置されるか、またはハイブリッド構成の静止混合装置を備えることができる。ハイブリッド構成とは、図２〜図７に開示したいずれかの種類の個々の静止混合装置のいずれかを管内に直列配置または組み合わせ配置するように構成したものを意味する。ハイブリッド構成の場合、個々の静止混合部材の少なくとも１個が、他の静止混合部材とは異なる構造を有している。
【００４２】
好ましくは、静止型混合装置のプレート８，１８またはクロスバー１２，１３は、金属製、特に鋼製である。金属は、コーティングとして被着させてもよいが、最も好ましくは静止型混合装置全体を金属製にして、頑丈さと安定性を増すことである。静止型混合装置によって処理すべき分散液は固体を含有することがあり、このため摩耗が生じる。この理由から、十分な硬度を有する金属が好ましい。加えて、図６には、補給流体３４の添加用導管２０が示されている。補給流体３４は、第１流体および第２流体が静止型混合装置５に流入する前に、流体供給装置４に送入される。この補給流体流は、分散液が静止型混合装置を通過する間に転相促進のために添加できる。この補給流体は、また安定的な乳濁液の転相を達成せねばならない場合、特に効果的である。補給流体は、静止型混合装置５内で分散液と混合される。補給流体は、図６のクロスバー、または図４ａ〜図４ｅ図５ａ〜図５ｃに開示した他の混合部材のいずれかにより、第１流体２および第２流体３の分散液と混合される。
【００４３】
図７に示す静止型混合装置５は、また管４０内に配置された第１組と第２組のウエブ４２，４３から成る混合部材３９を含んでおり、この場合、第１組のウエブ４２は、流れの主方向に対し傾斜し、かつ第１平面４４内に配置され、第２組のウエブ４３が、流れ方向に対し傾斜し、かつ第２平面４５内に配置されている。その場合、第１平面４４と第２平面４５とは、互いに少なくとも３０°、好ましくは少なくとも５０°、最も好ましくは約９０°の角度で交差している。第１組のウエブ４２には第３組のウエブ４７が続き、ウエブ４７は、好ましくは第３平面４９内に配置され、第３平面は、第１平面４４の下流に第１平面と平行に位置している。第２組のウエブ４３には、第４組のウエブ４８が続き、ウエブ４８は、好ましくは第４平面５０内に配置され、その場合、第４平面は、第２平面と平行に第２平面の下流に位置している。更に、同じようにウエブを配置することができる。
【００４４】
第１平面４４と第３平面４９との間隔は、第２平面４５と第４平面５０との間隔に等しくするのが好ましい。第１組のウエブ４２は、第２組のウエブ４３と交差するのみでなく、第３組のウエブ４７とも交差する。この実施例の特別の利点は、静止型混合装置が、３組以上の交差ウエブによる多重交差結合箇所を有しているため、全体として機械的により安定的な点である。静止混合部材３９の有利な構造に加えて、流体供給管４および流体排出装置６の管４０の直径が、管４０の直径と事実上等しいことが示されている。これにより、おおむね混合品質を阻害するデッドゾーンが避けられる。
【００４５】
図８は、水‐油系の転相を誘発またはモニタするための異なる装置の性能を示す図である。これらの装置は、内部に何も配置されていない空の管２２、プラスチック製の静止型混合装置２３、金属製の静止型混合装置２４を含んでいる。図中のバーの高さは、水‐油系での転相に要する水のパーセンテージを表している。図８からは、水を最も多量に、つまり転相の誘発に必要とされる水を最も多量に添加せねばならないのは、何も配置されていない管２２の場合であることが分かる。この点が、プラスチック製静止型混合装置では改善されている。しかし、同種類の金属製静止型混合装置の方が、さらに転相の開始点が低いことが明らかに見て取れる。これらの成績だけで既に、転相が、一方では、選択した装置の種類の関数であること、他方では、装置に使用された材料に依存することが推測できる。驚くことに、転相の開始点は、第１流体および第２流体と接触する少なくとも表面が金属製の静止型混合装置を使用した場合、先行技術の場合より予想外かつ未知の程度に引き下げることができる。
【００４６】
試験によって明らかになった点は、水の含有量が４０％未満、好ましくは３５％未満、特に３０％未満で転相が達せられる点である。図には、更に線分３１，３２，３３が示されている。これらの線分の各々は、各バーに所属し、各混合装置で観察された転相開始点の範囲を示している。何も配置されていない空の管に対応する線分３１は、際立って広い範囲を示している。プラスチック材料製静止型混合装置２３の線分３２が示す開始点範囲は、より狭くなっているが、金属製静止型混合装置２４の開始点範囲は極めて狭い。当然の結果として、静止型混合装置を使用することで転相の開始点が正確に予測できる。このようなことは、内部に何も配置されていない管を従来式に転相に用いる場合には全く不可能なことである。特に金属製静止型混合装置の使用により達せられるこの予想外の利点は、処理制御システムの費用を低く抑える助けになる。各分散液について、静止型混合装置内で生じる転相開始点を予想できるので、最適開始点からの偏差が制御システムによって直ちに検出される。その結果、制御システムの応答性が高くなる。したがって、安定的なプロセス制御が容易に達せられる。
【００４７】
図９〜図１１は、表１に示すパラメータによる或るシステムでの転相の成績を示している。試験設備には、ＤｉｓＰＰＰ分散装置を有する転相用ｈＩＰＰ混合装置が含まれる。第１流体２は水であり、第２流体３は油である。油中水分散液が、分散相には不十分な濡れ振る舞いを有する空の管または静止型混合装置により転相される。油中水分散液は、流体供給装置により転相装置に供給される流体として使用される。
【００４８】
【表１】
2015027675.tif 000003
【００４９】
流入分散液の水の画分ｘＤ、ザウター直径ｄ３２、流速ｖｉｎｖは、一定に維持された。ザウター直径、つまりｄ３２は、液滴の直径を表し、当該液滴と等しい体積／表面積比を有する球の直径と定義される。ザウター直径は、分析すべきシステムの全液滴の体積合計を、同じシステムの全液滴の表面積合計で除すことで計算される。分散液には水が添加される。その結果、静止型混合装置内の水の全量ｘｉｎｖが増す。図９に示す第１の事例では、転相は生じていない。図１０では、部分的に転相が行われている。分散液の一部は、依然として油中水分散液として存在する一方、分散液の別の部分は、水中油分散液に変換されている。しかし、この部分の油相は、細滴状の水の画分を含有し、この場合、水中油分散液内の水は、多重液滴が残っているためである。
【００５０】
図１１は水中油分散液内の水を示す。この場合には、転相が達せられている。注目すべき点は、転相が高いｘｉｎｖ値で生じた点である。ｘｉｎｖが５７％まで増大することで、転相が静止型混合装置内で行われる。水の値が５７％の場合、転相の結果、油中水分散液内の水が容易に分離できるのは部分的に過ぎない。このため、連続する水の画分２のみが油滴から分離される。油滴内に含有される水２は、分散液が空の管内へ供給される前に、流体供給装置内に存在した分散液と同じ分離上の問題を依然として抱えている。したがって、転相した分散液部分のみが、より容易に分離されるのに対して、残りの部分、つまり多重液滴については、安定的な油中水分散液にかかわる分離上の問題が残る。しかし、この成績は、それでも、油中水分散液の特性を変換するのに空の管を使用する先行技術に比較すれば好ましいものである。分散液の或る部分の転相が静止型混合装置により達せられる場合、少なくともこの部分は、より容易に分離できる。このため、湿潤性が十分でない静止型混合装置を使用しても、流体排出装置の下流での分離コストの低減が達せられる結果となる。
【００５１】
図１２、図１３、図１４は、第２変化形により、分散相に対する良好な湿潤性を有する静止型混合装置を使用することで達成される転相例を示している。混合装置は、金属製であり、高い比表面積を有している。試験設備は、ＰｈＩＳ２混合装置とＤｉｓＰＰ分散装置とを含んでいる。
【００５２】
【表２】
2015027675.tif 000004
【００５３】
表２は、図１２、図１３、図１４に示す成績を得るために使用したパラメータを示している。図１２は、油中水分散液の比較例を示している。図１２で分散相を形成している第１流体２は、この場合、水であり、連続層を形成している第２流体３は油である。水の画分が０．１９の場合、金属表面を有するウエブを備えた図７に示す種類の静止型混合装置を通過した後、転相は観察されなかった。
【００５４】
図１３には、水中油分散液が示されており、この場合、転相は、図１２で使用されたのと同じ実験設定で行われた。液滴内の分散相は、第２流体３、この場合は油であり、他方、連続相は水である。とくに注目すべき点は、転相が、図１２の場合に対して、００１という極めて小さい水画分変化で行われている点である。その上、転相が行われたさいの水の画分０．２は、図９〜図１１の実験で達せられた水の画分０．５を超える値と比較してかなり低い値である。このことは、静止型混合装置の幾何形状および長さが先行技術と等しいことを考えると、更に驚くべきことである。したがって、湿潤性の良好な静止型混合装置の使用により達せられたかなりの改善は予想外のことであり、驚くことに、転相点が水の画分０．２に移動することになる。
【００５５】
図１４は、水の画分が、補給流体である水を添加することにより増加するか、または水含有量０．３の油中水分散液の処理により増加する場合にも、転相が生じることを示している。
図１２〜図１４の成績の各々からは、更に、別の興味ある意外な効果が観察される。既述の種類の静止型混合装置を使用する場合、多重液滴の発生は避けることができる。したがって、図１２では水、図１３および図１４では油が分散相の場合、連続相の痕跡は、特に図１０および図１１の場合のような細滴としては、ほとんど含まれていない。このため、図１２〜図１４の成績は、静止型混合装置に流入する前に水が添加された場合、図２ｃまたは図３ｄに示した状況に対応する。幾つかの場合、図３ｃに示した状況が生じるが、図１２〜図１４は、明らかに油滴内に小水滴が存在する現象は示していない。
【００５６】
図１５には、図１２〜図１４の場合と等しい装置を使用した場合の更に別の成績が示されている。図１５では、水の画分が０．１８であり、この場合、転相は生じなかった。第１流体２、すなわち水は、この場合、分散相で存在し、第２流体３、つまり油は連続層で存在している。図１６は、水の画分０．２の場合の成績を示している。図１２〜図１４の成績から予測されるように、転相が観察され、この場合も、図２ｃまたは図３ｄに示した状況に似た状況が、大半の液滴の場合に見られる。このことは、大半の液滴の場合に、多重液滴があまり見られないことを意味する。少数の液滴のみに、図２ｂまたは図４ｃに見られる状況が生じている。この結果、水中油分散液の分離が、先行技術の分散液に比較して、はるかに容易になり、かつまた図９〜図１１の分散液に比較しても、より容易になる。
【００５７】
図１７および図１８は、図２ａによる等画分転相での静止型混合装置の仕事を示す図である。使用したのは３種類の静止型混合装置である。ズルツァーＳＭＶＴＭの混合部材を有するＰｈＩＰＰ混合装置、例えば米国特許第３７８５６２０号に開示された濡れ振る舞いが不十分なもの。更に、最滴な濡れ振る舞いを有するＰｈＩＳ２型の静止型混合装置。このＰｈＩＳ２型混合装置は、鋼製で、比表面積が大きい。ＰｈＩＳ１型も鋼製だが、性能は少し劣るように思われる。しかし、転相は認められる。これに比較して、プラスチック材料製のＰｈＩＰＰ型混合装置では、水の画分５３％未満での、水中油分散液への油中水分散液の転相は行われなかった。図１７または図１８の成績を得るために、特にズルツァーＳＭＶＴＭの静止型混合装置を使用した、言い換えると、各試験には、等しい幾何形状の静止型混合装置を使用した。しかし、図１７または図１８の各々の静止型混合装置は、異なる材料製、すなわちポリプロピレン製と２種類の異なるステンレス鋼製とであり、このうち１種は１．４３０６である。
【００５８】
図の横軸には、ウェーバー数が示されているが、これは無次元数であり、２つの異なる流体間に界面が存在する流体流の特徴付け、特に、例えば分散液等の著しく湾曲した界面を有する多重相流の特徴付けに使用した。ウェーバー数は、表面張力と比較した流体慣性の相対的な重要性の基準と考えることができる。この量は細滴および泡の発生の分析に有用である。
縦軸には、ｘｃｒｉｔ＿ｉ−ｘｃｒｉｔ＿ｄの差が示されている。ｘｃｒｉｔ＿ｉは、静止型混合装置で水中油分散液に転相可能な油中水分散液の臨界的な水画分である。ｘｃｒｉｔ＿ｄは、静止型混合装置を使用することなく、分散液がそれ自体で転相したような場合の水の画分である。ｘｃｒｉｔ＿ｉ−ｘｃｒｉｔ＿ｄの差は、実験手続きにより明らかになったものである。諸値＜０は、油中水分散液から水中油分散液への転相が静止型混合装置によって促進されたことを示している。
【００５９】
静止型混合装置のすべてに、異なる流速値で作業させた。図１７に示す第１組の曲線５１，５２，５３，５４，５５は、０．７５ｍ／ｓの流速の場合に得られたものである。転相混合装置の上流には、ＤｉｓＳ分散装置またはＤｉｓＰＰ分散装置を使用した。分散装置は、実験設定のための分散液を発生させるのに使用した。２体の分散装置は、互いに異なっており、ＤｉｓＳは鋼製、ＤｉｓＰＰはポリプロピレン製である。これらの分散装置では異なる寸法の液滴が得られ、ＤｉｓＳ分散装置では小寸法の液滴が、ＤｉｓＰＰ分散装置では、より大きい液滴が得られる。
【００６０】
図１７を参照すると、次の基準数値が得られるが、この場合、等画分転相システムは０．７５ｍ／ｓで処理された：
曲線５１，５４    ＰｈＩＰＰ混合装置の場合
曲線５２          ＰｈＩＳ１混合装置の場合  
曲線５３，５５    ＰｈＩＳ２混合装置の場合
“ＰＰ”の語は、プラスチック製静止混合部材を表し、この特定の事例では、ポリプロピレン製である。
“Ｓ”の語は、ステンレス鋼製静止混合部材を表す。特に１．４３０６型のステンレス鋼が静止混合部材に使用され、これにより最上の成績が得られた。
【００６１】
第２組の曲線の数値５６，５７，５８，５９，６０は、図１８に示す１ｍ／ｓの流速で得られたものである。
曲線５６，５９    ＰｈＩＰＰ混合装置の場合
曲線５７          ＰｈＩＳ１混合装置の場合
曲線５８，６０    ＰｈＩＳ２混合装置の場合
図１７および図１８は、流速をより高い値に移動させることで、転相の開始点がかなり影響を受けることを示している。流速が低い場合、転相は、分散相の少量のほうの画分に生じる。この図では、静止型混合装置、特に異なる２つの種類のステンレス鋼で作られた静止型混合装置の一方の装置で得られた複数の成績が比較されている。
【００６２】
図１７または図１８による分散装置は、前調整装置の１例であり、流体供給装置内に配置された弁または静止型混合装置でよい。この前調整装置は、既述の実施例のどれにも付加することができる。先行技術との関連で概説したように、前調整装置は細滴を発生させるために使用できる。しかし、この装置は、既述の実施例のいずれかと接続して全く異なる目的にも使用される。弁または静止型混合装置である前調整装置を使用することで、多重液滴量を更に低減できることが観察された。前調整装置を出た分散液は、前調整装置に入る分散液より小さい液滴で構成される。前調整装置により得られた分散液が静止型混合装置に入ると、転相が、より制御された形式で行われる。流体供給装置には、任意に補給流体を前調整装置の前方に、または前調整装置と静止型混合装置との間に添加できる。
【００６３】
０．０２Ｐａｓ未満の動的粘度を有する分散液の流速は、好ましくは最大３．５ｍ／ｓであり、０．０２〜０．１Ｐａｓの動的粘度を有する分散液の流速は、好ましくは最大２ｍ／ｓであり、０，１Ｐａｓを超える動的粘度を有する分散液の流速は、好ましくは最大１ｍ／ｓである。
流速は、円形断面の空の管を基準にして計算する。流速は、円形断面の空の管の断面積［ｍ２］で体積流量［ｍ３／ｓ］を除した値と定義される。
動的粘度および流速の各々に関しては、次の静止型混合装置を使用した。材料の仕様は、既述の静止型混合装置に対応しており、この場合、ＰｈＩＰＰは、ポリプロピレン製の流体接触面を有するＳＭＶＴＭ型の静止型混合装置であり、ＰｈＩＳ１は、汎用鋼製の流体接触面を有するＳＭＶＴＭ型の静止型混合装置であり、ＰｈＩＳ２は、１．４３０６ステンレス鋼製の流体接触面を有するＳＭＶＴＭ型の静止型混合装置である。
特に、表３に示した幾何的特性を有する静止型混合装置が用いられた。
【００６４】
【表３】
2015027675.tif 000005
【００６５】
表３は、第１流体、この場合は水だが、に対して良好な湿潤性を有するどの材料の場合も、臨界水画分ｘｃｒｉｔ＿ｉの減少の著しい改善が、意外にも静止型混合装置の比表面積に関係することを示している。特に金属製静止型混合装置の場合、図８による転相画分は３０％未満である。
【００６６】
流体流内に配置されたプレート数を増すことによって、比表面積を増すことができる。例えば、静止型混合装置ＳｈＩＳ２の場合、１５２４［ｍ２／ｍ３］の比表面積が得られる。これらのプレートは、主流れ方向と事実上平行に配置される。主流れ方向は、静止型混合装置の軸線、例えば図５ａの静止型混合装置の場合の軸線７と平行である。これらのプレートは、波形板であるのが好ましい。波形は、主流れ方向に対して傾斜しているのが好ましい。軸線に対する波形の傾斜角度は、１０〜８０°、好ましくは２０〜７５°、最も好ましくは３０〜６０°である。隣接プレートの波形は、交差状に配置でき、これにより交差波形構造が得られる。その場合、プレートは、波形方向が隣のプレートと逆になるように並べて積み重ねられる。これにより、プレートは、第１流体と第２流体とが流れることのできる複数の交差通路を画設する。
【００６７】
本発明は、油と水の系に限定されるものではない。混和不能の流体のどの系にも、同じように適用可能である。
本発明は、混和不能の２流体の使用に限定されない。３成分以上から成る混合物、ならびに固相および／または気相を含有する混合物にも、同じように適用可能である。
【図１】
2015027675.tif 000006
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
2015027675.tif 000009
【図３ａ】
2015027675.tif 000010
【図３ｂ】
2015027675.tif 000011
【図３ｃ】
2015027675.tif 000012
【図３ｄ】
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【図３ｅ】
2015027675.tif 000014
【図４ａ】
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【図４ｂ】
2015027675.tif 000016
【図４ｃ】
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【図４ｄ】
2015027675.tif 000018
【図４ｅ】
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【図５ａ】
2015027675.tif 000020
【図５ｂ】
2015027675.tif 000021
【図５ｃ】
2015027675.tif 000022
【図６】
2015027675.tif 000023
【図７】
2015027675.tif 000024
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015027675.tif 000027
【図１１】
2015027675.tif 000028
【図１２】
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【図１３】
2015027675.tif 000030
【図１４】
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【図１５】
2015027675.tif 000032
【図１６】
2015027675.tif 000033
【図１７】
2015027675.tif 000034
【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月10日(2014.10.10)
【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】
分散相を形成する第１流体と、連続層を形成する第２流体とから成る分散液を転相する方法であって、第１流体が分散相から連続相へ、第２流体が連続相から分散相へ変換されるように、流体供給装置内の分散液が転相装置へ供給される複数段階が含まれ、それによって、第１流体の液滴が、流体接触面を備えた部材に接触して流れ方向に凝集する形式のものにおいて、
第１流体（２）と第２流体（３）とが、流体接触面のところを通過するさいに混合され、しかも、該流体接触面が、少なくとも４００ｍ２／ｍ３の比表面積を有している、分散液を転相する方法。
【請求項２】
分散相を形成する第１流体（２）と、連続相を形成する第２流体（３）とから成る混和不能の流体の分散液を転相するシステム（１）であって、第１流体（２）および第２流体（３）を転相装置へ供給する流体供給装置（４）を含み、これにより第１流体（２）の一部が分散相から連続相へ変換され、第２流体（３）が連続相から分散相へ変換される形式のものにおいて、
前記転相装置が、流れ方向での凝集用の流体接触面を備えた構成要素を含み、しかも、該流体接触面が、少なくとも４００ｍ２／ｍ３の比表面積有することを特徴とする、混和不可能の流体の分散液を転相するシステム。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月11日(2014.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
【図１】先行技術による弁を有する転相システムの略示流れ図。
【図２ａ】本発明の第１実施例の流れ図。（実施例１）
【図２ｂ】第１実施例の第１変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図２ｃ】第２変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図３ａ】本発明による転相システムの第２実施例の図。（実施例２）
【図３ｂ】第２実施例の第１変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図３ｃ】第２実施例の第２変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図３ｄ】第２実施例の第３変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図３ｅ】第２実施例の第４変化形による流体排出装置を通る流れを示す略示図。
【図４ａ】第１変化形による静止型混合装置の図。
【図４ｂ】図４ａの静止型混合装置の断面図。
【図４ｃ】第２変化形による静止型混合装置の図。
【図４ｄ】第３変化形による静止型混合装置の図。
【図４ｅ】第２と第３の変化形を組み合わせたハイブリッド構造を有する静止型混合装置の図。
【図５ａ】第４変化形による本発明のシステムを示す図。
【図５ｂ】図５ａの静止型混合装置をＡ−Ａ線に沿って截断した断面図。
【図５ｃ】図５ａの静止型混合装置をＢ−Ｂ線に沿って截断した断面図。
【図６】第５変化形による本発明のシステムを示す図。
【図７】第６変化形による本発明のシステムを示す図。
【図８】先行技術と本発明とによる異なる混合装置に関する試験成績を示す図。
【図９】第１変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１０】第１変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１１】第１変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１２】第２変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１３】第２変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１４】第２変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液の図。
【図１５】図１２〜図１４の変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液のその後の図。
【図１６】図１２〜図１４の変化形の静止型混合装置を含むシステムによる分散液のその後の図。
【図１７】第１流速の場合の、異なる静止型混合装置の成績を比較した図。
【図１８】第２流速の場合の、異なる静止型混合装置の成績を比較した図。