(57)【要約】  少なくとも２つの流体物質を混合し、それらの流体間の反応を実行または開始する装置および方法であって、この装置が静的ミキサである装置および方法について記載する。この装置は、流体収容チャンバ（１０１）と、前記流体収容チャンバを貫通し、少なくとも１つの貫通するテーパー状開口がある第１の導管（１０２）と、前記流体収容チャンバに作動的に接続された第２の導管（１０３）とを有する静的ミキサである。
2008507393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体収容チャンバと、
前記流体収容チャンバを貫通し、少なくとも１つの貫通したテーパー状開口がある少なくとも１つの第１の導管と、
前記流体収容チャンバに作動的に接続された第２の導管と
を備える剪断混合装置。
【請求項２】
貫通するオリフィスがあり、前記第１の導管を取り囲む二次障壁をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記二次障壁の前記オリフィスの直径が、前記第１の導管の外面でのテーパー状開口の直径より小さい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記二次障壁が、管を備える、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
複数の第１の導管が、前記収容チャンバを貫通し、各導管には、少なくとも１つの貫通するテーパー状開口があり、前記第１の導管の各々が、前記流体収容チャンバに作動的に接続された、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の導管の外面上の前記開口の開きが、前記導管の内面上の前記開口の開きより大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記開口の前記テーパーが、０度より大きく９０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記開口の前記テーパーが、約５度から６０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記開口の前記テーパーが、１０度より大きく３０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記開口の前記テーパーが、１０度より大きく１５度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記角度が、前記第１の導管の表面に垂直な平面に対して決定される、請求項７、８、９、または１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記角度が、前記開口の中心軸に対して決定される、請求項７、８、９、または１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記開口が、単一のテーパー角度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記開口が、２つ以上のテーパー角度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記開口の軸が、前記第１の導管の表面に対して、０度より大きく９０度より小さい範囲の角度をなす、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の導管が、複数の貫通するテーパー状開口を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の導管が、複数のテーパー状開口を備え、前記開口は該開口の開きの最も大きな寸法に等しい厚みをもつ平面に含まれた、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記平面が、前記第１の導管の中心軸に垂直である、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１の導管が、複数列のテーパー状開口を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記テーパー状開口の開口数、サイズ、および間隔により、前記開口にかかる圧力を過度に損失することなく、流体が高速に混合される、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
少なくとも１つのテーパー状開口がある少なくとも１つの第１の導管を通って第１の流体を通過させるステップと、前記少なくとも１つのテーパー状開口を通って前記第１の導管内に第２の流体を通過させるステップと、前記第１の導管において前記第１および第２の流体を混合させるステップとを含む混合方法。
【請求項２２】
貫通するオリフィスがあり、前記第１の導管を取り囲む二次障壁を通って前記第２の流体を通過させるステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記二次障壁の前記オリフィスの直径が、前記第１の導管の外面でのテーパー状開口の直径より小さい、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記二次障壁が、管を備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
複数の第１の導管が、前記収容チャンバを貫通し、各導管には、少なくとも１つの貫通するテーパー状開口があり、前記第１の導管の各々が、前記流体収容チャンバに作動的に接続された、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の導管の外面上の前記開口の開きが、前記導管の内面上の前記開口の開きより大きい、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記開口の前記テーパーが、０度より大きく９０度より小さい範囲の角度を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記開口の前記テーパーが、５度より大きく６０度より小さい範囲の角度を有する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記開口の前記テーパーが、１０度より大きく３０度より小さい範囲の角度を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記開口の前記テーパーが、約１０から約１５度までの範囲の角度を有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記角度が、前記第１の導管の表面に垂直な平面に対して決定される、請求項２７、２８、２９、または３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
前記角度が、前記開口の中心軸に対して決定される、請求項２７、２８、２９、または３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記開口が、単一のテーパー角度を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
前記開口が、２つ以上のテーパー角度を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３５】
前記開口の軸が、前記第１の導管の表面に対して、０度より大きく９０度より小さい範囲の角度をなす、請求項２１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の導管が、複数の貫通するテーパー状開口を備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の導管が、複数のテーパー状開口を備え、前記開口は該開口の開きの最も大きな寸法に等しい厚みをもつ平面に含まれた、請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の導管が、複数列のテーパー状開口を備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項３９】
前記テーパー状開口の開口数、サイズ、および間隔により、前記開口にかかる圧力を過度に損失することなく、流体が高速に混合される、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、流体成分の混合およびその混合を実行する装置に関し、特に、望ましくない逆混合なしに高速かつ完全な混合が有益であるプロセスにおいて、流体成分を混合するための改良された装置に関する。
【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、すなわち、機械的ミキサおよび静的ミキサに大別できる。機械的ミキサは、混合される流体成分にエネルギーを与えるために、あるタイプの１つまたは複数の可動部に依存する。静的ミキサは、一般に、顕著な可動部をもたないが、その代わりに、混合エネルギー源として働くように、流体の１つ以上の圧力降下に依存する。従来のＴ字ミキサ(mixer tees)は、静的ミキサの１つのタイプである。
【０００３】
Ｔ字管接合部と、ノズルおよびブラインドフランジ付きの直管セクションとを有するマルチＴ字ミキサが、高速開始反応のために有用に用いられる。接合部は、少なくとも２つの物質用の別々の入口と、出口とを有する混合チャンバを含む。典型的に、物質の一方の入口は、混合チャンバの軸内に設けられ、他の物質（単数又は複数）の入口は、混合チャンバの周縁に沿った軸に回転対称に配設された複数のノズルまたはジェットの形態で構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このタイプの装置で調製される生成物の品質は、流体物質の品質および混合速度に依存する。品質および混合速度は、Ｔ字ミキサの入口のジェットの汚れ、固化、または填塞によって影響を受ける可能性があり、性能の低下を結果的に招くことになる。時間の経過とともに、固化、および引き続き生じる閉塞により、ジェットを通る流れの噴射および分配が乱されてしまう。ノズルを通過する物質が、溶媒または懸濁媒質に溶解または懸濁され、溶媒または懸濁媒質が、生成物から分離されて再利用される場合、閉塞の危険性が高い。また、二次反応の結果として、ジェットのミキサ側の表面上に、固化が生じることもある。固化および／または閉塞が生じた場合、連続プロセスを中断して、Ｔ字ミキサを分解して洗浄する必要がある。これにより、望ましくない休止期間が生じてしまう。危険物質が使用される場合、産業衛生上の規定により、Ｔ字ミキサの分解中の高コストな処置、例えば、分解前のシステムの徹底した洗い流し、空気の排気、防護服、および労働者用の呼吸装置が必要となる。これらの処置の１つ１つにより、全体的なコストの増加、スループットの低下、プロセス効率の低下を招いてしまう。
【０００５】
化学反応の中には、最小逆混合とともに高速混合が必要なものもある。逆混合により、初期反応の生成物が反応の流れにある別の成分と反応してしまい、望ましくない生成物を生成してしまうこともあり得る。逆混合は、副生成物の形成およびミキサの汚れの一因となり得る。結果的に、逆混合の問題に対処していないミキサの設計では、所望の生成物の全収率が低下したり、リアクタシステムを閉塞または汚染する生成物が生成されたりする事態となり得ることで、ダウンタイムおよび／または維持コストの増加につながりかねない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、反応物の高速混合を提供しながら、許容不能な汚れ、特に、Ｔ字ミキサのジェットの汚れを被ることのない反応システムを提供する混合デバイスが必要とされている。
【０００７】
本発明の実施形態により、流体収容チャンバと、流体収容チャンバを貫通し、少なくとも１つの貫通したテーパー状開口がある少なくとも１つの第１の導管と、流体収容チャンバに作動的に接続された第２の導管とを含む剪断混合装置が提供される。いくつかの実施形態は、貫通したオリフィスがあり、第１の導管を取り囲んだ二次障壁をさらに備える。二次障壁のオリフィスのうち、第１の導管の外面でのテーパー状開口の直径より小さい直径のものもある。特定の実施形態において、二次障壁は、管を備える。
【０００８】
いくつかの実施形態は、収容チャンバを貫通する複数の第１の導管を含み、各導管は、少なくとも１つの貫通するテーパー状開口を有し、流体収容チャンバに作動的に接続される。第１の導管の外面上の開口の開きは、導管の内面上の開口の開きより大きいことが好ましい。このように、第１の導管の開口は、テーパーを有し、開口の断面は、巨視的スケールで、０度より大きく９０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度をなす側壁が開口にあることを示している。いくつかの実施形態において、開口のテーパーは、約５度から６０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する。他の実施形態において、開口のテーパーは、１０度より大きく３０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する。好ましい実施形態は、開口のテーパーが、１０度より大きく２０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する１つ以上の開口を有する。いくつかの実施形態において、テーパー角度は、第１の導管の表面に垂直な平面に対して決定される。第１の導管の表面に垂直な対称軸が開口にない実施形態において、角度は、開口の中心軸に対して決定することができる。
【０００９】
いくつかの実施形態において、第１の導管の１つ以上の開口は、単一のテーパー角度を含む。他の実施形態において、開口は、２つ以上のテーパー角度を有する。さらなる他の実施形態において、開口の軸が、第１の導管の表面に対して、０度より大きく９０度より小さい範囲の角度をなす。第１の導管は、任意の望ましい構成で、複数の貫通するテーパー状開口を含み得ることは言うまでもない。１つのこのような構成において、第１の導管は、開口の開きの最も大きな寸法または直径に等しい厚みをもつ平面に含まれた複数のテーパー状開口を含む。いくつかの実施形態において、開口を含む平面は、第１の導管の中心軸に対して垂直である。１つの実施形態において、第１の導管は、このような複数列のこのようなテーパー状開口を含む。開口数、サイズ、テーパー状開口の間隔により、開口にかかる圧力を過度に損失することなく、流体が高速に混合される。
【００１０】
別の態様において、本発明の実施形態により、少なくとも１つのテーパー状開口がある少なくとも１つの第１の導管を通って第１の流体を通過させるステップと、少なくとも１つのテーパー状開口を通って第１の導管内に第２の流体を通過させるステップと、第１の導管において第１および第２の流体を混合させるステップとを含む混合方法が提供される。いくつかの実施形態は、貫通するオリフィスがある二次障壁を通って第２の流体を通過させるステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、二次障壁は、二次エンクロージャを形成するように第１の導管を取り囲む。特定の実施形態において、二次障壁のオリフィスの直径は、第１の導管の外面でのテーパー状開口の直径より小さい。いくつかの好ましい実施形態において、二次障壁は、管を備える。
【００１１】
他の実施形態において、この方法は、収容チャンバを貫通する複数の第１の導管を通って第１の流体を通過させるステップを含み、各導管は、少なくとも１つの貫通するテーパー状開口を有し、流体収容チャンバに作動的に接続される。第１の導管の外面上にある開口の開きは、導管の内面上にある開口の開きより大きいことが好ましい。このように、この方法は、テーパーを有する開口を備えた導管を使用する。言い換えれば、開口の断面は、開口に、巨視的スケールで、０度より大きく９０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度をなす側壁があることを示す。この方法のいくつかの実施形態において、開口のテーパーは、約５度から６０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する。他の実施形態において、開口のテーパーは、１０度より大きく３０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する。好ましい実施形態は、開口のテーパーが、１０度より大きく２０度より小さい範囲の少なくとも１つの角度を有する１つ以上の開口を有する。いくつかの実施形態において、テーパー角度は、第１の導管の表面に垂直な平面に対して決定される。第１の導管の表面に垂直な対称軸が開口にない実施形態において、角度は、開口の中心軸に対して決定することができる。
【００１２】
いくつかの方法において、第１の導管の１つ以上の開口は、単一のテーパー角度を含む。他の実施形態において、開口は、２つ以上のテーパー角度を有する。本願明細書に記載する方法のさらなる他の実施形態において、開口の軸が、第１の導管の表面に対して、０度より大きく９０度より小さい範囲の角度をなす。第１の導管は、任意の望ましい構成で、複数の貫通するテーパー状開口を含み得ることは言うまでもない。１つのこのような構成において、第１の導管は、開口の開きの最も大きな寸法または直径に等しい厚みをもつ平面に含まれた複数のテーパー状開口を含む。いくつかの実施形態において、開口を含む平面は、第１の導管の中心軸に対して垂直である。１つの実施形態において、第１の導管は、このような複数列のこのようなテーパー状開口を含む。開口数、サイズ、テーパー状開口の間隔により、開口にかかる圧力を過度に損失することなく、流体が高速に混合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の記載において、本願明細書に開示するすべての数値は、「約(about)」または「概算(approximate)」という用語が数値とともに使用されているかにかかわらず、概算の値である。これらの数値は、１パーセント、２パーセント、５パーセント、または、場合によっては、１０〜２０パーセント変動することもある。下限値ＲＬおよび上限値ＲＵを有する数値範囲が開示されている場合には、この範囲内にある任意の数値が明確に開示されている。特に、範囲内にある以下の数値は明確に開示されており、Ｒ＝ＲＬ＋ｋ*（ＲＵ−ＲＬ）、式中、ｋは、０パーセントから、１パーセント〜１００パーセントまで、１パーセント刻みで増分する変数であり、すなわち、ｋは、０パーセント、１パーセント、２パーセント、３パーセント、４パーセント、５パーセント、．．．、５０パーセント、５１パーセント、５２パーセント、．．．、９５パーセント、９６パーセント、９７パーセント、９８パーセント、９９パーセント、または１００パーセントである。さらに、上記に規定したような２つのＲ数値によって規定された任意の数値範囲もまた、明確に開示されている。
【００１４】
本発明の実施形態により、流体収容チャンバと、流体収容チャンバを貫通し、少なくとも１つのテーパー状開口を有する第１の導管と、流体収容本体に作動的に接続された第２の導管とを備える、流体の混合装置が提供される。
【００１５】
以下、図１を参照すると、本発明の１つの実施形態による混合装置１００が略図的に例示されている。装置１００は、流体収容チャンバ１０１と、開口担持導管(aperture-bearing conduit)１０２と、通路１０４を含む流体供給導管１０３とを備える。
【００１６】
チャンバ１０１は、第１の端部１０５と、第１の端部１０５から離れた位置にある第２の端部１０６とを有する。チャンバ１０１は、端部１０５および１０６の間にあるボリューム１０７を囲むことで、テーパー状開口に入る流体を分配するための空間が得られる。第１の端部１０５には、第２の端部１０６にある開口１０９と同軸に整列したものであることが好ましい開口１０８が規定される。２つ以上の開口１０８を有する実施形態において、各開口１０８は、対向する開口１０９と同軸であることが好ましい。チャンバ１０１の適切な形状（視覚的理由から流体供給導管１０３を無視）は、開口１０８および１０９を除いて両端で閉じられた中空の直円柱である。
【００１７】
導管１０２は、第１の端部１１０と、第１の端部１１０から離れた位置にある第２の端部１１１とを有する。導管１０２は、チャンバ１０１の開口１０８および１０９を貫通し、これらの開口内に嵌め込まれる。開口１０８および１０９を貫通する導管１０２の周りに、漏れ止め、好ましくは、気密性の密封もたらすような方法で、開口１０８および１０９内に導管１０２を嵌め込むことが好ましい。導管１０２は、単一の管であってもよく、流体を通すことが可能な通路が提供される限り、異なる管および材料のセクションで形成されてもよい。第１の端部１０５および第２の端部１０６が、互いに間隔を置いて設けられているため、チャンバ１０１は、ある長さの導管１０２を囲む。端部１０５および１０６によって囲まれた導管の長さ内で、導管１０２は、少なくとも１つのテーパー状開口１１２を規定する。各テーパー状開口１１２により、導管１０２と密閉型ボリューム１０７との間が流通状態になる。いくつかの実施形態において、導管１０２は、複数のテーパー状開口１１２を有する。１つの好ましい実施形態において、テーパー状開口１１２は、導管１０２の中心軸に垂直な単一面にある。別の実施形態において、複数列のテーパー状開口１１２が存在する。テーパー状開口１１２の数、サイズ、間隔、および場所は、開口にかかる圧力を過度に損失することなく、流体が高速に混合されるのに十分なものである。
【００１８】
流体供給導管１０３は、チャンバ１０１の第１の端部１０５および第２の端部１０６との間の中間点で、チャンバ１０１に作動的に接続される。このように接続される場合、導管１０３の通路１０４は、密閉型ボリューム１０７と流通状態になる。望ましければ、同様の方法で、追加の流体をチャンバ１０１に供給するための１つ以上の追加の流体供給導管が、チャンバ１０１に作動的に接続されてもよい。流体供給導管１０３および密閉型ボリューム１０７の組み合わせは、単純なＴ字配管を備える。
【００１９】
図１に示す装置１００は、開口担持導管１０２を貫流する第１の動流体、望ましくは、液体と、流体供給導管１０３の通路１０４を貫流する第２の動流体、望ましくは、第２の液体とを組み合わせるのが適切である。第１の動流体は、ソース（図示せず）との動作接続を介して、導管１０２内に流入する。断面積に変化がなければ、第１の動流体が導管１０２を貫流するさい、流体速度は、実質的に変動しない。第２の動流体は、流体供給導管１０３との動作接続を介して、ソース（図示せず）から通路１０４内に流入する。第２の動流体は、通路１０４から密閉型ボリューム１０７内に流入し、そこから、開口１１２を経由して、導管１０２内に流入する。第２の動流体は、第１の動流体が密閉型ボリューム１０７内に実質的に流入しないようにするための圧力下にある。第２の動流体は、開口付きの導管１０２内の第１の動流体と混合される。この混合物は、第２の端部１０６を経由して、開口付き導管１０２から流出する。
【００２０】
引き続き図１を参照しながら図２を参照すると、穿孔二次障壁１１３をさらに含む装置１００の別の実施形態について記載する。穿孔障壁１１３は、第１の端部１１４と、第１の端部１１４から離れた位置にある第２の端部１１５とを有する。第１の端部１１４および第２の端部１１５が、互いに間隔を置いて設けられているため、穿孔障壁は、ある長さの導管１０２を囲む。密閉された長さ内で、穿孔障壁１１３には、複数の開口１１６が規定される。各開口１１６は、密閉型ボリューム１０７と流通状態にある。開口１１６の数、サイズ、間隔、および場所は、テーパー状開口１１２に固体が入らないようにするために、スクリーンまたはフィルタとして作用するのに十分なものである。開口１１６の直径は、導管１０２の外面上で、テーパー状開口１１２の直径より小さいものであることが好ましい。さらに、開口１１６の全断面積は、開口１１６にかかる圧力降下が無視できるほど十分に大きいものにするべきである。１つの好ましい実施形態において、二次障壁１１３は、ある長さの導管１０２の周りに密閉部を形成する。このようなエンクロージャを設ける１つの方法は、二次障壁１１３としてある長さの穿孔管を設けることである。
【００２１】
使用する実施形態にかかわらず、開口１１２は、テーパー状である。言い換えれば、導管１０２の外面上での開口１１２の開きは、導管１０２の内面上での開きとサイズが異なる。図３に示すように、本発明のいくつかの実施形態は、単一のテーパーである開口１１２の側壁のテーパーを使用する。「単一のテーパー」という用語は、本願明細書で使用する場合、導管１０２の表面に垂直な平面に対して、角度αおよびα’を有するテーパーをさす。開口１１２のテーパーは、導管１０２の表面に垂直な平面に対して、任意の所望の角度を有し得る。角度αおよびα’は、両角度がゼロ度ではないとすると、０度〜９０度まで独立して変動してもよい。このように、いくつかの実施形態において、テーパー状開口は、０度より大きく約９０度までの角度αまたはα’を有してもよい。いくつかの実施形態において、角度αおよびα’は、導管１０２に垂直な平面ではなく、開口の中心軸に対して決定される。特定の実施形態において、角度αおよびα’は、０度より大きく、９０度より小さい。いくつかの実施形態において、開口１１２の角度αおよびα’の範囲の下限値は、導管１０２の表面に垂直な平面に対して、約５度から、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、または５５度である。開口１１２の角度αおよびα’の適切な角度範囲の上限値は、所望の流れ特性および他の設計パラメータに応じて、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、７５度、または８５度であってもよい。αおよびα’の典型的な下限値は、約５度、１０度、または１５度である。約４５度〜６０度までの角度は、典型的な上限値である。１つの好ましい実施形態において、角度αおよびα’は、約１０度〜約３０度である。１つの実施形態において、角度αおよびα’は、約１０〜１５度である。結果的に、テーパーにより、一般に、導管１０２の内面上の開口より、導管１０２の外面上の開口が広くなる。しかしながら、いくつかの実施形態において、これと反対のことが当てはまることもある。言い換えれば、導管１０２の内面上の開口の開きより、導管１０２の外面上の開口の開きが狭くなるようにテーパーを形成できる。
【００２２】
図４に示すように、他の実施形態において、テーパー状開口１１２は、導管１０２の表面に垂直な平面に対して、２つ以上の角度を有する。このように、いくつかの実施形態において、開口は、上述した角度をとってもよい角度αおよびα’を有する上側セクション１１７と、開口の側壁が、０度から９０度より小さい範囲の角度βおよびβ’を有する下側セクション１１８とを有してもよい。このような実施形態において、角度αおよびα’の値の範囲の下限値は、０度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、または３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、または５５度である。２つ以上のテーパー角度を有する実施形態において、開口１１２のテーパーの適切な角度αおよびα’の範囲の上限値は、所望の流れ特性および他の設計パラメータに応じて、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、７５度、または約８５度であってもよい。下限値として約５度から上限値として約４５〜６０度の範囲の角度が典型的である。１つの好ましい実施形態において、角度は、約１０〜約３０度である。他の実施形態において、角度αおよびα’は、約１０〜約１５度の範囲である。角度βおよびβ’の値の範囲の下限値は、角度αおよびα’と同じ方法で決定され、０度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、または３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、または約６０度であってもよい。２つ以上のテーパー角度を有する実施形態において、開口１１２のテーパーの適切な角度βおよびβ’の範囲の上限値は、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、７５度、または約８５度、であってもよい。複数のテーパーを有する実施形態において、αおよびα’は、典型的に、０度〜約２０度の範囲のものであるのに対して、βおよびβ’は、典型的に、約１０〜約６０度の範囲のものである。１つの実施形態において、角度αは、０度であり、角度βは、約４５度である。いくつかの実施形態において、α’およびβ’は、０度である。いくつかの実施形態は、各角度が、０度より大きく、９０度より小さい場合、３つ以上の異なる角度を有する開口１１２を含む。好ましい実施形態において、角度の選択により、導管１０２の外面上の開きが、開口１１２の内部にある任意の点での開口の幅より広く、導管１０２の内面の開きが、開口１１２の内部の任意の点より狭い開口が得られる。
【００２３】
他の実施形態において、図５に示すように、テーパー状開口１１２は、狭くなったり広くなったりするような向きにされることもある。このように、いくつかの実施形態において、開口は、角度αが０度より大きく９０度より小さい範囲の上側セクション１１７と、開口の側壁が、０度より大きく９０度より小さい範囲の角度χを有する下側セクション１１８とを有してもよい。角度αの値の範囲の下限値は、導管１０２の表面に垂直な平面に対して、０度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、または３０度である。２つ以上のテーパー角度を有する実施形態において、開口１１２のテーパーの適切な角度αの範囲の上限値は、所望の流れ特性および他の設計パラメータに応じて、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、７５度、または約８５度であってもよい。約５〜４５度の範囲の角度が、典型的である。１つの好ましい実施形態において、角度αは、約１０度〜約３０度である。角度χの値の範囲の下限値は、導管１０２の表面に垂直な平面に対して、０度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、または３０度であってもよい。２つ以上のテーパー角度を有する実施形態において、開口１１２のテーパーの適切な角度χの範囲の上限値は、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、７５度、または約８５であってもよい。図５はまた、開口が位置する周りの中心軸として規定された開口軸を示す。開口軸（複数開口の場合、複数軸）は、導管の表面に垂直に描かれているが、この軸は、導管表面に対してさまざまな角度な向きにすることもできる。この角度は、０度より大きく９０度より小さい範囲のものであり得、５〜４５度の角度であることが好ましい。
【００２４】
テーパー状開口１１２のテーパーが、単一であろうが、複数であろうが、テーパー状開口１１２は、導管１０２での交差流の流れにある流体が、開口１１２に入ったり、開口１１２を汚したりするのを防止または阻止するように選択されなければならない。また、テーパー状であることにより、テーパー状開口１１２にかかる圧力の損失が減少する。開口１１２のテーパーは、導管内への流れを抑制し、その流れが交差流をより遠くに貫通させることで、より迅速な混合が得られる。また、開口１１２のテーパーにより、開口での逆流が阻止される。
【００２５】
図１に示すような本発明の範囲内の装置の実施形態は、多種多様な用途において有用である。本発明の実施形態は、高反応性の成分とともに使用されることが好ましい。流体は、液体または気体のいずれかであってもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。本願明細書に記載するテーパー状開口１１２は、汚れおよび交差流管理が望ましい場合、任意のＴ字ミキサの設計またはプロセスに組み込むことができる。例えば、米国特許第３，２２６，４１０号、同第３，３３２，４４２号、同第５，８４５，９９３号、および６，０１７，０２２号に記載されたミキサの開口は、本願明細書に記載するタイプのテーパー状開口から利益を享受することもあり、同特許の各々の内容全体は、米国特許実務の目的に合わせて、本願明細書に参照して組み込まれるものとする。
【００２６】
他の例示的な非制限的使用には、排水の流れを処理するバイオリアクタで使用される水への酸素または空気の物質移動を高めること、重合反応の１つ以上の段階で酸素活性化された重合阻害剤の働きを高めること、一般に、液体への少なくとも１つの気体の混和性を高めることがある。この最後の点に関して、本発明の混合装置の商業的に有意な使用法の一例として、溶液法または特に界面法でのポリカーボネートの製造において使用され、この場合、ビスフェノールＡおよびホスゲンを含有する均一溶液中で、気体の炭酸誘導体、例えば、ホスゲンが、ジヒドロキシ化合物、例えば、芳香族ジヒドロキシ化合物２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（一般的に、「ビスフェノールＡ」）と反応し（溶液法）、または、二相系では、有機塩基の水溶液中にビスフェノールＡが溶解または懸濁し、ホスゲンおよびビスフェノールＡの反応のポリカーボネートオリゴマー生成物を溶解可能な有機溶媒（例えば、塩化メチレン）も存在する（界面法）。例えば、栓流と連続攪拌槽型リアクタとの両方を伴う、単位操作のさまざまなバッチ式および連続的なプロセスおよび構成が技術的に記載されており、または知られており、例えば、米国特許第４，７３７，５７３号および同第４，９３９，２３０号、および同特許に引用されているさまざまな参考文献を参照されたい。ポリカーボネート技術の当業者であれば分かるように、本発明の剪断混合装置の実施形態が、装置内に確立された流れ様式を向上するために、これらの方法の多くにおいて適切かつ望ましく使用されてもよく、例えば、塩化メチレン有機溶媒を用いてプロセスにホスゲンがバブリングされる既知の界面法に関して、塩化メチレンへのホスゲンの分散を有益に高める。
【００２７】
別の一般的態様において、装置および方法の両方の態様における本発明の実施形態が、反応時間の短縮、ひいては、所定量の生成物の製造に必要な反応槽の数またはサイズのいずれかを減少（それに応じた生成物の製造コストの削減）し、または、物質移動が制限された任意の動力学的に高速な気液反応システムに対して、既存のリアクタおよびプロセスで追加の生成物を潜在的に製造できるようにするさいに有用であることは、当業者に明らかであろう。容易に理解できるように、多くの酸化および水素化プロセスは、この範疇に入る。
【００２８】
例えば、一方では、プロピレンオキシドおよびスチレンを、他方では、プロピレンオキシドおよびｔｅｒｔ−ブチルアルコールをそれぞれ副生成するための既知の商業的プロセスにおける中間生成物である、エチルベンゼンヒドロペルオキシドおよびｔ−ブチルヒドロペルオキシドを製造するための酸化プロセスは、反応時間が著しくかかり（およそ１〜４時間程度、「Propylene Oxide」（Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3.sup.rd Edition, vol. 19, pp. 257-261 (1982)）を参照されたい）、複数のリアクタ槽を必要とすることもある。この点に関して、ｔ−ブチルヒドロペルオキシドは、従来、１０〜３０パーセントのテトラブチルアルコールの存在下で、摂氏９５〜１５０度の温度および２０７５〜５５３５ｋＰａの圧力、２０〜３０パーセントのイソブタンの変換および６０〜８０パーセントのＴＢＨＰと２０〜４０パーセントのＴＢＡの選択性で、イソブタンの液相空気酸化によって調製される。未反応のイソブタンおよび生成されたＴＢＡの一部分が、生成物の流れから分離され、リアクタを形成するヒドロペルオキシドに戻され再利用される。米国特許第４，１２８，５８７号を参照されたい。また、エチルベンゼンヒドロペルオキシドは、この場合、摂氏１４０〜１５０度および３０〜３０ｐｓｉａ（２０６〜２７５ｋＰａ、絶対単位表記）で、空気または酸素によってエチルベンゼンを液相酸化することによって調製される。ヒドロペルオキシドへの変換は、２〜２．５時間の反応時間にわたって、１０〜１５パーセントであると報告されている。また、米国特許第３，３５１，６３５号、同第３，４５９，８１０号、および同第４，０６６，７０６号には、関連するヒドロペルオキシドプロセスが記載されており、同特許の内容全体は、米国特許実務の目的に合わせて、本願明細書に参照して組み込まれるものとする。
【００２９】
さらなる別の商業的に有意な用途は、対応するオレフィンクロロヒドリンを経由したエポキシド類の製造に関連し、例えば、アリルクロライドからのエピクロロヒドリン、ブチレンクロロヒドリンを経由したブチレンオキシド、およびプロピレンクロロヒドリンを経由したプロピレンオキシドに関連する。このように、広義で、本発明の実施形態により、より効率的なエポキシド類の製造プロセスが可能となり、または、液体への気体の物質移動を高めることで、何らかの利益が得られる可能性がある場合、上述したように、他の二相の気液反応プロセスがさらに大いに促進される。
【００３０】
特に、オレフィンクロロヒドリン中間生成物を経由したエポキシド類の生成に関して、従来、これを達成するには、オレフィンクロロヒドリンを形成した後、エポキシ化ステップにおいて、クロロヒドリンとアルカリ金属水酸化物水溶液とを接触させることで、少なくとも１つのエポキシドを含有する塩類水溶液を形成する。本発明の装置および方法の実施形態は、オレフィンクロロヒドリンの形成を促進および改良するのに特に適切である。
【００３１】
オレフィンクロロヒドリンは、この点において、低塩化物次亜塩素酸(HOCL)水溶液と、少なくとも１つの不飽和有機化合物とを接触させて、少なくとも１つのオレフィンクロロヒドリンを含む有機生成物水溶液を形成することによって形成されることが好ましい。「不飽和有機化合物」は、２〜約１０炭素原子を含有し、好ましくは、２〜８炭素、さらに好ましくは、２〜６炭素を含有してもよい。有機化合物は、置換および非置換オレフィン類からなる群から選択され、直鎖、分枝、または環式であってもよく、好ましくは、直鎖であってもよい。適切なオレフィン類は、アミレン、アレン、ブタジエン、イソプレン、アリルアルコール、シンナミルアルコール、アクロレイン、メシチルオキシド、アリルアセテート、アリルエーテル、ビニルクロライド、アリルブロミド、メタリルクロライド、プロピレン、ブチレン、エチレン、スチレン、ヘキセン、およびアリルクロライド、およびそれらの同族体および類似体を含む。プロピレン、ブチレン、エチレン、スチレン、ヘキセン、およびアリルクロライドは、好ましいオレフィン類であり、プロピレン、ブチレン、およびアリルクロライドは、さらに好ましく、プロピレンは、最も好ましい。オレフィンは、非置換であるものが好ましいが、不活性に置換されてもよい。「不活性に」とは、オレフィンが、クロロヒドリンまたはエポキシドの形成の有害な妨げにならない任意の基と置換されることを意味する。不活性置換基は、塩素、フッ素、フェニルなどを含む。本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第５，４８６，６２７号および同第５，５３２，３８９号（本願明細書に参照して組み込まれるものとする）に、エポキシ化プロセス、および本願明細書に要約するタイプの関連するクロロヒドリン形成ステップに関するさらなる記載が見受けられるであろう。
【００３２】
上記に示したように、本発明の実施形態により、中空の混合本体と、少なくとも１つのテーパー状ジェット穴を備えた混合本体を貫通する第１の導管と、混合本体に作動的に接続された第２の導管とを含む、流体混合装置が提供される。この装置により、混合デバイスの填塞が解消または低減され、混合効率が高まる。
【００３３】
限られた数の実施形態に関して本発明を記載してきたが、１つの実施形態の特定の特徴は、本発明の他の実施形態にあるとするべきではない。１つの実施形態が、本発明のすべての態様の典型的なものではない。上述した実施形態からさまざまな変形例および修正例が存在する。流体の混合方法は、多数の行為またはステップを含むように記載されている。これらのステップまたは行為は、他の指示がなければ、任意のシーケンスまたは順序で実施されてもよい。本発明の実施形態は、以下の利点の１つ以上を有する。第１に、本願明細書に記載するミキサの中には、既存の処理ユニットに容易に組み込まれるものがある。第２に、混合デバイスの中には、デバイスにかかる圧力降下を増大させることなく、デバイスを通る流れを増大させるものがある。しかし、１つの実施形態が、これらの利点すべてを要するように解釈されるべきではない。最後に、本願明細書に開示する任意の数は、数について記載するさいに、「約」または「おおよそ」という用語を使用するかどうかにかかわらず、概算値を意味することと解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内にあるすべての修正例および変形例に及ぶように意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の１つの実施形態による剪断混合装置の軸方向の略図的断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態による剪断混合装置の軸方向の略図的断面図である。
【図３】単純なテーパーポートの略図的断面図である。
【図４】複数のテーパーポートの略図的断面図である。
【図５】複数のテーパー開口の別の構成の略図的断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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