(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器であって、
（ｉ）第１部分であって、略円筒状ハウジングと、前記第１部分ハウジングの一方の端部にある入口とを有する第１部分であって、前記第１部分ハウジングの反対側の端部が第１部分の出口とされ、前記第１部分が、前記ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み、前記回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも２つの剪断パドルを含む第１部分と、
（ｉｉ）第２端部よりも大きな第１端部を有する略截頭円錐状ハウジングを有する第２部分であって、前記第１端部が前記第２部分への入口を構成し且つ前記第１部分ハウジングの前記反対側の端部と同一の広がりを有し、前記第２端部にある出口を有する第２部分であって、前記第２部分が、前記ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み且つ前記回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含む第２部分と、
（ｉｉｉ）第３部分であって、略円筒状ハウジングと、該第３部分の一端にあり前記第２部分の第２端部にある前記出口と同一の広がりを有する入口と、該第３部分の対向する端部に近接した出口と、を有する第３部分であって、前記第３部分が、前記ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み且つ前記回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含む、第３部分と、を備えている、
ことを特徴とする反応器。
【請求項２】
反応器であって、
（ｉ）略円筒状ハウジングと、前記ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第１部分を備え、前記回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの剪断パドルの少なくとも２つのフライトを含み、前記ハウジングが、該ハウジングに固定され前記回転可能なシャフトに向かって内向きに延びる少なくとも２つの混練フックを含み、前記第１部分が、入口に近接した第１終端部と出口終端部によって定められる長さを有し、前記第１部分の前記ハウジングが内壁を有し、前記内壁と前記シャフトと前記少なくとも２つのフライトと前記混練フックとの間に空間が存在し、
前記反応器が更に、
（ｉｉ）ハウジングと、該ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第２部分であって、前記回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含み、前記第２部分の前記ハウジングが、内壁と、前記内壁と前記回転可能なシャフトと前記少なくとも１つの略螺旋状フライトとの間に空間とを有し、該空間が、前記第２部分の軸を横断する平面で切断された断面によって定められ、前記第２部分が、入口終端部及び出口終端部によって定められる長さを有し、前記空間の断面積が、前記入口終端部から前記出口終端部まで減少し、前記第２部分の前記入口終端部にある前記空間が、前記第１部分の前記出口終端部にある前記空間と同一の広がりを有する第２部分と、
（ｉｉｉ）第３部分であって、略円筒状ハウジングと、該第３部分の一端にあり前記第２部分の第２端部にある前記出口と同一の広がりを有する入口と、該第３部分の対向する端部に近接した出口と、を有する第３部分であって、前記第３部分が、前記ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み且つ前記回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含む、第３部分と、を備えている、
ことを特徴とする反応器。
【請求項３】
前記第３部分の前記ハウジングが、内壁と、前記内壁と前記回転可能なシャフトと前記少なくとも１つの略螺旋状フライトとの間に空間と、を有し、該空間が、前記第３部分の軸を横断する平面で切断された断面によって定められ、前記第３部分が、入口終端部及び出口終端部によって定められる長さを有し、前記第３部分の前記入口終端部にある前記空間が、前記第２部分の前記出口終端部にある前記空間と同一の広がりを有する、
請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記第１部分内の前記回転可能なシャフトは、前記回転可能なシャフトから半径方向に延びる剪断パドルの少なくとも２つのフライトを含む、
請求項２又は３に記載の反応器。
【請求項５】
前記第２部分内の前記螺旋状フライトが、前記第２部分の前記入口終端部に向かって液体又は低粘性物質の流れを可能にするように構成されている、
請求項２〜４の何れか１項に記載の反応器。
【請求項６】
前記第２部分内の前記回転可能なシャフトから半径方向に延びる前記螺旋状フライトが先端を含み、前記先端と前記第２部分の前記内壁との間にギャップが存在する、
請求項２〜５の何れか１項に記載の反応器。
【請求項７】
前記第３部分内の前記回転可能なシャフトから半径方向に延びる前記螺旋状フライトが、前記第２部分の前記螺旋状フライトの前記フライトの平均間隔よりも小さな平均間隔を有するフライトを含む、
請求項２〜６の何れか１項に記載の反応器。
【請求項８】
前記第１部分におけるパドルの少なくとも１つのフライトが、前記回転可能なシャフトの前記長手方向長さに対してある角度で延びて、前記回転可能なシャフトの周りで螺旋状パターンを形成する、
請求項２〜７の何れか１項に記載の反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に対する優先権の主張］
本特許出願は、２０１４年１０月３１日出願の米国仮出願第６２／０７３，６９７号の優先権を主張し、当該出願の開示内容は、引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、多相組成物に有用な反応器に関する。特定の実施形態において、反応器は、反応ゾーン、分離ゾーン、及び圧縮ゾーンを含む。
【背景技術】
【０００３】
特定の重合プロセスでは、液状又はガス状モノマーは、重合生成物がほとんど溶解しない希釈剤の存在下で重合される。この結果、固体重合生成物がポリマー粒子又は凝集体の形態で分散されたスラリが形成される。多くのこれらのプロセスでは、希釈剤は、ポリマー凝集体からの熱伝達を促進させる。
【０００４】
これらのプロセスは技術的に有用であるが、これらの重合プロセスには、幾つかの問題がある。第一に、結果として得られるスラリは、比較的高い粘度を有する場合があり、これは、混合及び熱伝達を抑制し、ポリマー特性及び反応器の作動性に悪影響を与える可能性があり、また、反応器汚損を引き起こす場合がある。この比較的高い粘度はまた、生成されているポリマーの固形分量を実際的に制限する。同様に、反応が希釈剤の存在下で起こるので、ポリマー及びポリマー凝集体を希釈剤から分離して、最終的にはポリマー生成物を脱液化して乾燥させる必要がある。
【０００５】
当業者には理解されるように、この種の重合は、典型的には、流体条件を維持するために十分な量の希釈剤を用いて混合する連続攪拌タンク型反応器内で行われる。重合の後、有機溶媒であることが多い希釈剤は、従来的な溶媒除去技術によって取り除かれる。例えば、溶媒は、蒸気脱溶媒化技術を用いることによって重合生成物から除去することができ、これは、乾燥させる必要のある湿潤生成物を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの従来のプロセス並びにこれらのプロセスで用いられる設備は、エネルギー集約型であり高コストとなる可能性がある。従って、スラリ重合を有効に行うことができる装置に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書では、多相組成物のための反応器として用いることができる装置が記載される。反応器とも呼ばれる場合があるこの装置は、反応物質、生成物、及び任意の希釈剤を混合、逆混合及び／又は混練又は粒状化する反応ゾーンと、反応混合物の物理的に異なる成分を分離することができる分離ゾーンと、任意選択的に反応生成物が圧縮力を受けることができる圧縮ゾーンと、を少なくとも含む。
【０００８】
本開示は、（ｉ）略円筒状ハウジングと、ハウジングの一方の端部にある入口と、ハウジングの対向する端部にある出口と、を有する第１部分であって、第１部分が、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み且つ回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも２つの剪断パドルを含む、第１部分と、
（ｉｉ）第２端部よりも大きな第１端部を有する略截頭円錐状ハウジングと、第１部分のハウジングの対向する端部と同一の広がりを有して第１端部によって構成される入口と、第２端部にある出口と、を有する第２部分であって、第２部分が、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み且つ回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含む、第２部分と、
を備える、反応器に関する。
【０００９】
同様に開示されているのは、反応器であって、
（ｉ）略円筒状ハウジングと、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第１部分を備え、
回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも２つの剪断パドルを含み、ハウジングが、該ハウジングに固定されて回転可能なシャフトに向かって内向きに延びる少なくとも２つの混練フックを含み、第１部分が、入口に近接した第１の終端部と出口終端部によって定められる長さを有し、第１部分のハウジングが内壁を有し、内壁、シャフト、少なくとも２つのフライト、及び混練フックの間に空間が存在し、上記反応器が更に、
（ｉｉ）ハウジングと、該ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第２部分を備え、
回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含み、第２部分のハウジングが、内壁と、内壁と回転可能なシャフト及び少なくとも１つの略螺旋状フライトとの間に空間とを有し、該空間が、第２部分の軸を横断する平面で切断された断面積によって定められ、第２部分が、入口終端部及び出口終端部によって定められる長さを有し、空間の断面積が、入口終端部から出口終端部まで減少し、第２部分の入口終端部にある空間が、第１部分の出口終端部にある空間と同一の広がりを有する。
【００１０】
同様に開示されているのは、反応器であって、
（ｉ）略円筒状ハウジングと、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第１部分を備え、
回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも２つの剪断パドルを含み、ハウジングが、該ハウジングに固定されて回転可能なシャフトに向かって内向きに延びる少なくとも２つの混練フックを含み、第１部分が、入口に近接した第１の終端部と出口終端部によって定められる長さを有し、第１部分のハウジングが内壁を有し、内壁、シャフト、少なくとも２つのフライト、及び混練フックの間に空間が存在し、上記反応器が更に、
（ｉｉ）ハウジングと、該ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第２部分を備え、
回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含み、第２部分のハウジングが、内壁と、内壁と回転可能なシャフト及び少なくとも１つの略螺旋状フライトとの間に空間とを有し、該空間が、第２部分の軸を横断する平面で切断された断面積によって定められ、第２部分が、入口終端部及び出口終端部によって定められる長さを有し、空間の断面積が、入口終端部から出口終端部まで減少し、第２部分の入口終端部にある空間が、第１部分の出口終端部にある空間と同一の広がりを有する。
【００１１】
同様に、開示されるのは、反応器であって、
（ｉ）反応器の内容物を混合して混練するように構成された第１部分と、
（ｉｉ）内部の物理的に異なる成分を分離するように構成された第２部分と、
（ｉｉｉ）内部の内容物を圧縮して、物質内容物を圧搾するように構成された第３部分と、を備える。
【００１２】
開示されているのは、（ｉ）接合部において同一の広がりを有する３つの異なるゾーンを含む反応器にモノマー及び希釈剤を装入するステップと、
（ｉｉ）モノマー、ポリマー生成物、及び希釈剤を混練にさらしながら反応器の第１のゾーンでポリマー生成物を形成するようにモノマーを重合するステップと、
（ｉｉｉ）反応器の第２のゾーン内の希釈剤の少なくとも一部分からポリマー生成物を分離するステップと、
（ｉｖ）反応器の第３のゾーンでポリマー生成物を圧縮するステップと、
（ｖ）反応器からポリマー生成物を吐出するステップと、
を含む、重合プロセスである。
【００１３】
これら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲に関してよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による反応器の概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態による反応器の斜視図である。
【図２Ａ】２Ａに沿った図２に示す反応器の断面図である。
【図３】本発明の実施形態による反応器のシャフト組立体の斜視図である。
【図３Ａ】３Ａに沿った図３に示すシャフト組立体の断面図である。
【図４】本発明の実施形態による装置を使用した重合プロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで、請求項に係る発明を理解する目的で本明細書で採用される好ましい実施形態及び定義を含め、本発明の種々の具体的な実施形態、変形形態及び実施例について説明する。以下の詳細な説明では、具体的な好ましい実施形態が記載されるが、当業者であれば、これらの実施形態は単なる例示にすぎず、本発明は他の方式で実施できることを理解するであろう。侵害を判定するため、発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載されるものと等価である等価物及び要素又は限定を含めて、何れか1つ以上の請求項を参照することになる。「本発明」への何らかの言及は、特許請求の範囲に係る発明の必ずしも全てではないが１又は複数への言及とすることができる。
【００１６】
本発明の実施形態は、重合反応器２０と呼ばれる場合もある反応器２０を示した、図１を参照して説明することができる。反応器２０は、概略的には、ハウジング２２と、該ハウジング２２内で軸方向に位置決めされたシャフト組立体２４と、を含む。１又は２以上の実施形態において、シャフト組立体２４は、回転可能であり、図示していない軸受を使用することによって、回転に対して好適に支持することができる。シャフト組立体２４（シャフト２４と呼ばれる場合もある）は、好適な駆動源２６に機械的に取り付けられ、所望の速度でシャフト２４を回転させることができる。１又は２以上の実施形態において、シャフト２４は、図１に示す単一駆動源に機械的に取り付けられ、他の実施形態では、シャフト２４は、シャフト２４の両端にある２つの異なる駆動源に機械的に取り付けられる。
【００１７】
反応器２０の下位構成要素は、反応器２０の作動上別個の部分を参照して更に説明することができる。具体的には、反応器２０は、反応ゾーン３０とも呼ばれる場合もある第１部分３０と、分離ゾーン３２と呼ばれる場合もある第２部分３２と、圧縮ゾーン３４と呼ばれる場合もある第３部分３４とに関して定めることができる。
【００１８】
反応器の各部分は、反応器の内容物を全体で正の正味前方流れで搬送するように構成されるが、各部分は、内部の内容物に対してそれぞれ意図する力を与えて、これにより別個の目標を達成するように独自に構成されている。例えば、第１部分３０は、反応器の内容物を混合、逆混合、及び／又は混練をし、これにより反応器の内容物と反応器内の混合要素との間に比較的高い表面接触を生成するように構成される。他方、第２部分３２は、反応器の内容物内の物理的に異なる成分を分離し（例えば、液体と固体を分離し）、構成成分のうちの１つが第１部分３０に移動又は逆流する（液体の場合のように）ことを可能にするように構成される。第３部分３４は、反応器の内容物（例えば、反応生成物）を圧搾するよう構成され、その作用により、物質内容物が第３部分３４内のあらゆる空隙を充填し、また第２部分３２において行われる分離プロセスを補完する。
【００１９】
１又は２以上の実施形態において、反応器２０の第１部分３０は、側壁４２及び端壁４４を含む第１部分のハウジング４０を備える。側壁４２及び／又は端壁４４は、１又は２以上の開口部を含むことができる。例えば、図１に示すように、入口４６、４６’は、シャフト組立体２４に対して半径方向で側壁４２に設けられる。側壁４２及び／又は端壁４４は、１又は２以上の出口を含むことができる。例えば、図１に示すように、出口４８は、シャフト組立体２４に対して半径方で側壁４２内に設けられる。特定の実施形態において、出口４８は、反応器から蒸気ストリームの除去を可能にするように構成され、これにより反応器内の物質の蒸発冷却を提供することができる。当業者であれば認識されるように、入口及び出口の位置は、選好に基づいて異なることができる。例えば、端壁４４内に入口又は出口（図示せず）を含むことが望ましい場合がある。
【００２０】
１又は２以上の実施形態において、側壁４２はほぼ円筒形であり、従って、断面積（すなわち、シャフト２４を横断する面積）は、第１部分３０の軸方向長さ全体で一定又は実質的に一定である。第１部分３０の軸方向長さは、端壁４４に近接した第１端部５０から、第１端部５０の長手方向の反対側にある第２端部５２まで延びている。
【００２１】
上記で示唆されたように、第１部分３０は、その内容物を混合して混練するように構成される。幾つかの設計により、これらの目標を達成することができる。混練は、混練要素との大きな表面接触と、反応器内の物質の表面更新（例えば、形成可能な凝集体が、機械的に破壊され又は細断されて凝集体の内面を露出する）の両方を提供する。当業者であれば、このことは、十分な混合容積と組み合わせて低剪断混合により達成できることが理解される。同様に、第１部分３０は、反応器内の物質を搬送するように構成される。これは、例えば、コアの周りに螺旋状に巻き付けられて、これにより反応ゾーン３０内の物質に搬送力を与える複数の混合要素によって達成することができる。１又は２以上の実施形態において、これらの要素はまた、所望量の剪断エネルギーを反応ゾーン３０内の物質に入力させる所望の剪断表面積を提供することができる。
【００２２】
特定の実施形態において、第１部分３０内の所望の混合及び混練は、フック及びパドル混練機構により達成される。例えば、第１部分３０は、２又は３以上の混練パドルを含むことができる。図３に最もよく示されるように、シャフト組立体２４は、軸方向部分６０と、該軸方向部分６０から半径方向に延びるパドル６２、６２’の１又は２以上のフライトと、を含むことができる。１又は２以上の実施形態において、シャフト組立体２４は、第１部分３０内にパドルの３〜１０個のフライトを、又は他の実施形態においては第１部分３０内に４〜８個のフライトを含むことができる。パドルの「フライト」は、軸方向部分６０の下に長手方向に延びるシャフト組立体３０に対して共通線又は共通角に沿った一群又は一連のパドルとして定義される。フライトの数は、側壁の直径、軸線方向部分の直径、及び各パドルの幅を含む様々な要因によって決まる。１又は２以上の実施形態において、パドルの各フライトは、少なくとも１〜１００までのパドルを収容することができ、又は各フライトは、１〜２０パドルを収容することができ、又は各フライトは、２〜１０パドルを収容することができ、又は各フライトは、２〜８パドルを収容することができる。パドルの数は、第１部分の軸方向長さ、軸方向部分の直径、側壁の直径、及び第１部分において生成されるのが望ましい剪断エネルギーの量を含む、様々な要因によって決まることができる。また、パドルの半径方向グルーピングについて参照がする場合があり、これは、軸方向部分６０の長さに沿って共通位置を共有するパドルを指す。換言すると、パドルの半径方向群は、軸方向部分６０の軸を横断する共通平面を共有する。１又は２以上の実施形態において、半径方向群内のパドルの数は、フライトの数に等しい。
【００２３】
１又は２以上の実施形態において、パドルの各フライトは、軸方向部分６０の長手方向長さに沿ったある角度で延びることができる。軸方向部分６０の長さ（又は第１部分３０の長さ）に応じて、この角度配置により、パドルのフライトは、軸方向部分６０の周りで螺旋状パターンを生じることができる。例えば、第１部分３０の長さが十分に長い場合、各フライトは、軸方向部分６０の周りで少なくとも１度軸方向部分６０を完全に包み込むことができる。この角度に起因して、混練機を各端部から見たときに、各フライトにおける連続する各パドルの一部分は、全体的に図３Ａで示すように見える。
【００２４】
１又は２以上の実施形態において、各パドル６２、６２’は、図２Ａ及び３Ａで最もよく示されるように、截頭三角形状を有する。各パドル６２、６２’の幅は、軸方向部分６０の軸を横断して測定することができる。図２Ａ及び３Ａに示すように、各パドル６２、６２’の幅は、パドルが軸方向部分６０から離れて半径方向に延びるにつれて増大する。パドル６２、６２’の１又は２以上は、クリアバー６３を担持することができる。図２及び３に示すように、クリアバー６３は、各パドル６２、６２’の幅よりも実質的に薄肉にすることができ、又は他の実施形態においては、バー６３の幅は、パドル６２、６２’の大部分にわたって延びることができる（すなわち、パドルの半径方向円弧の大部分にわたって延びる）。同様に、図３で最もよく示されるように、バー６３は、パドル６２、６２’の半径方向軸から垂直に延びて、軸方向部分６０に平行に配向される。図示していない代替の実施形態において、バー６３は、軸方向部分６０に対してある角度で位置決めすることができ、これは、第１部分３０内の物質に搬送作用をもたらすことになる。例えば、バー６３は、軸方向部分６０に対して０°〜３０°の角度でオフセットすることができる。
【００２５】
パドル６２、６２’は、第１部分３０の側壁４２に固定された少なくとも２つのフック６４、６４’と連動して作動するように構成及び配置される。１又は２以上の実施形態において、シャフト組立体２４が回転すると、パドル６２、６２’がフック６４、６４’に隣接して通過する。フック６４、６４’はまた、第１部分３０の軸方向長さに沿ってフライトに配置される。フックのフライトの数は、パドルの各フライトにおいてパドル６２、６２’の数を含む様々な要因によって決定することができる。フック６４、６４’はまた、フックの半径方向群を参照して説明することができ、これは、第１部分３０の長さ（軸方向部分６０の長さに対応する）に沿った共通位置を共有するフックの数を指す。１又は２以上の実施形態において、第１部分３０は、半径方向の群当たりに少なくとも１つのフックを含むことができる。１つの半径方向群内のフックの数は、第１部分の軸方向長さ、軸線方向位置の直径、側壁の直径、及び第１部分で生成されるのが望ましい剪断エネルギーの量を含む、幾つかの要因により決定することができる。半径方向群の数は、同様に幾つかの要因により決定することができる。１又は２以上の実施形態において、第１部分３０は、パドルの半径方向群当たりにフックの１つの半径方向群（又は単に１つのフック）を含む。
【００２６】
１又は２以上の実施形態において、各フック６４、６４’は、シャフト組立体２４の軸方向部分６０と接触しない半径方向内側終端部６５、６５’を有する。フック６４、６４’は、第１部分３０内で反応物質及び生成物を剪断するために所望の表面積を得て、これにより剪断に望ましい表面積を取得し、垂直及び水平剪断面の組み合わせを提供するように構成される。
【００２７】
図２に最もよく示されるように、チャネル６６と呼ばれる場合もある空間６６は、第１部分３０（すなわち、軸方向部分６０及びパドル６２、６２’）内のシャフト組立体２４と、側壁４２並びにフック６４、６４’の内径４３との間に存在する。
【００２８】
ここで第２部分３２に移ると、この場合も同様に、側壁７２を含む第２部分ハウジング７０を示す図１について参照する。側壁７２は、シャフト組立体２４に対して半径方向で第２部分３２から液体又は気体などの物質を除去することを可能にする１又は２以上の出口開口部（図示せず）を含むことができる。例えば、第２部分３２の下側部分は、液体又は低粘性物質が反応器から流出可能にすることができるドレイン開口部を含むことができる。同様に、第２部分３２には、反応器から蒸気を除去可能にするように構成された開口部を備えることができ、これにより、反応器内の物質の蒸発冷却のための機構を提供することができる。同様に、側壁７２は、シャフト組立体２４に対して半径方向で第２部分３２に物質を装入することを可能にする１又は２以上の入口開口部（図示せず）を含むことができる。１又は２以上の実施形態において、第２部分３２は、第１部分３０に隣接した第１端部９０から、第３部分３４に隣接し且つ第１端部９０の長手方向の反対側にある第２端部９２まで延びる軸方向長さを有する。
【００２９】
図２及び図３に最もよく示されるように、第２部分３２内のシャフト組立体２４は、そこから延びる螺旋状フライト１０２を有する軸方向部分１００を含む。図２に最もよく示されるように、チャネル１０６と呼ばれる場合もある空間１０６は、第２部分３２（すなわち、軸方向部分１００及び螺旋状フライト１０２）内のシャフト組立体２４と、側壁７２の内径７３との間に存在する。チャネル１０６の深さ（チャネル深さと呼ばれる場合もある）は、軸方向部分１００と側壁７２の内径７３との間の距離である。チャネル深さは、軸方向部分１００の軸方向長さに沿った何れかの所与の点における螺旋状フライト１０２の高さと等しい。何れかの所与の点における螺旋状フライト１０２の高さは、軸方向部分１００から螺旋状フライト１０２の先端１０４までの距離である。
【００３０】
上記で示唆したように、第２部分３２は、反応器の内容物内の物理的に異なる成分を分離し、構成成分のうちの１つが第１部分３０に移動又は逆流することを可能にするように構成される。当業者であれば認識されるように、物理的に異なる構成成分は、本発明の関連において、第２部分３２内で起こる重力と搬送動作の組み合わせによって分離できる物質を指す。例えば、固体は、第２部分３２内の液体から分離することができる。同様に、粘性液体は、第２部分３２内の低粘性液体から分離することができる。
【００３１】
何れかの実施形態において、物理的に異なる物質の分離は、少なくとも一つには、螺旋状フライト１０２の先端１０４と側壁７２の内径７３との間に存在することができるギャップを通じて達成することができる。このギャップのサイズは、第２部分３２の長さ全体にわたって一定とすることができ、或いは可変であってもよい。これら又は他の実施形態において、螺旋状フライト１０２は、第１部分３０への液体の逆流を可能にするように構成することができる。例えば、螺旋状フライト１０２は、先端１０４又はその近傍及び／又は軸方向部分１００又はその近傍にあるフライト１０２における開口部である排出孔（図示せず）を含むことができる。何れかの実施形態において、螺旋状フライト１０２は、第２部分３２内のシャフト２４の長さに沿った１又は２以上の位置において軸方向部分１００から離間した螺旋状リボン（図示せず）の形態とすることができる。同様に、螺旋状フライト１０２にスロットを形成し、第２部分３２から第１部分３０（図示せず）への液体の流れを可能にすることができる。代替として、流体の移動は、ハウジング７２になされる修正によって容易にすることができ、例えば、ハウジング７２は、内壁７３内に施条（図示せず）又は図示していないブレーカーボルトを含むことができ、ハウジング７２から反応器内に延びて、フライト（図示せず）内でスロットと合わせることができる。
【００３２】
再度図２及び３を参照すると、チャネル１０６は、第２部分３２内でシャフト組立体２４の長さに沿った何れかの点にてその断面積（シャフト組立体２４の軸方向長さを横断する）によって定めることができる。１又は２以上の実施形態において、第１端部９０におけるチャネル１０６の断面積は、第２端部９２におけるチャネル１０６の断面積よりも大きい。１又は２以上の実施形態において、チャネル１０６の断面積は、第１端部９０から第２端部９２まで連続的に減少する。第１端部９０から第２端部９２までの減少率は、一定又は可変とすることができる。当業者であれば認識されるように、このチャネル１０６の断面積の減少は、重力と共に、第２部分３２から第１部分３０への液体の逆流を促進することになる。
【００３３】
１又は２以上の実施形態において、図１に示すように、第１端部９０から第２端部９２までのチャネル１０６の断面積の減少は、截頭円錐状側壁７２を利用することによって達成することができる。これら又は他の実施形態では、シャフト組立体２４の軸方向部分１００は、第１端部９０から第２端部９２までほぼ一定の直径を有することができる。任意選択的に、截頭円錐状側壁７２と組み合わせて、シャフト組立体２４の軸方向部分１００は、第１端部９０から第２端部９２まで可変とすることができる。
【００３４】
図２に最もよく示されるように、特定の実施形態において、その軸方向長さに沿った何れかの所与の点における螺旋状フライト１０２の高さは、截頭円錐状側壁７２の断面積とほぼ等しい。従って、螺旋状フライト１０２の高さは、シャフト組立体２４の軸方向長さに沿って第２部分３２の第１端部９０から第２端部９２まで減少する。１又は２以上の実施形態において、螺旋状フライト１０２の先端１０４と側壁７２の内径７３との間に存在する何れかのギャップは、第１端部９０から第２端部９２まで軸方向長さにわたって実質的に一定である。チャネル１０６の断面積と同様に、螺旋状フライト１０２の高さの減少率は、一定又は可変とすることができる。或いは、上記で示唆したように、ギャップのサイズは、例えば、内径７３に対するフライト１０２の高さを変えることによって変えることができる。
【００３５】
何れかの実施形態において、第２部分３２から第１部分３０への液体の逆流は、反応器全体の位置決めによって助けることができる。例えば、第２部分３２から第１部分３０への液体の分離及び戻りの所望の目標は、第２部分３２の第２端部９２が、第２部分３０の第１端部９０よりも高い位置にあるような傾斜で、反応器全体又はその少なくとも一部分を作動させることより達成することができる。例えば、反応器２０は、約２０度までの角度で位置決めすることができる。
【００３６】
図１に示すように、第２部分３２の第１端部９０における断面積は、第１部分３０の第２端部５２における断面積に等しい。別の言い方をすれば、端部５２にあるハウジング４０の内径４３は、端部９０にあるハウジング７０の内径７３に等しい。この構成の結果として、チャネル６６及びチャネル１０６は、第１部分３０と第２部分３２との間の接合部にて同一の広がりを有し、これにより、反応器の外壁及び反応器内の混合要素によって提供されるものを超えて干渉することなく第１部分３０から第２部分３２に物質を移行させることができる。
【００３７】
ここで第３部分３４に移ると、側壁８２及び端壁８４を含む第３部分ハウジング８０を示す図１及び２を参照することができる。側壁８２は、シャフト組立体２４に対して半径方向での反応器２０から物質の除去を可能にする１又は２以上の出口開口部８６を含む。何れか又は代替の実施形態において、端壁８４又はその近傍で軸方向に物質を除去することができる。軸方向又は半径方向の位置決めの何れであっても、出口開口部８６を正の吐出離隔装置で補完して、反応器への物質の逆流を阻止することができる。当業者であれば、限定ではないが、フルポートボールバルブ又はＶ型ボールバルブ、並びに遮断バルブ又は吐出押出機と連動した可変又は固定ダイなど、正の吐出離隔装置としてあらゆる数の装置を用いることができる。
【００３８】
同様に、側壁８２は、シャフト組立体２４に対して半径方向で第３部分３４から液体又は気体などの物質の除去を可能にする、１又は２以上の出口開口部（図示せず）を含むことができる。同様に、側壁８２は、シャフト組立体２４に対して半径方向で第３部分３４に物質を装入することを可能にする１又は２以上の入口開口部（図示せず）を含むことができる。第３部分３４は、第２部分３２に隣接した第１端部９４から、端壁８４に隣接して且つ第１端部９４の長手方向反対側にある第２端部９６まで延びる軸方向長さを有する。
【００３９】
図２及び図３に最もよく示されるように、シャフト組立体２４は、第３部分３４を通って延び、第２部分３２と同様にして、そこから延びる螺旋状フライト１１２を有する軸方向部分１１０を含み、これにより、シャフト組立体２４と第３部分３４内の側壁８２の内径８３との間に存在するチャネル１１６と呼ばれる場合もある空間１１６を定めることができる。チャネル１１６の深さ（チャネル深さと呼ばれる場合もある）は、軸方向部分１１０と側壁８２の内径８３との間の距離である。チャネル深さは、軸方向部分１１０の軸方向長さに沿った何れかの所与の点における螺旋状フライト１１２の高さと等しくすることができる。何れかの所与の点における螺旋状フライト１１２の高さは、軸方向部分１１０から螺旋状フライト１１２の先端１１４までの距離である。
【００４０】
第２のセクション３２と同様に、第３部分３４内のチャネル１１６は、第２部分３４内でシャフト組立体２４の長さに沿った何れかの点にてその断面積（シャフト組立体２４の軸方向長さを横断する）によって定めることができる。特定の実施形態において、第３部分３４内のチャネル１１６の断面積は、第１端部９４から第２端部９６まで減少する。他の実施形態において、第３部分３４内のチャネル１１６の断面積は、第１端部９４から第２端部９６まで一定又は実質的に一定である。
【００４１】
上記で示唆したように、第３部分３４は、このセクション内で物質を圧縮するように構成されており（すなわち、セクションは、圧力を生成するように構成されている）、この圧縮は、物質から液体又は気体を除去又は放出するように物質の圧搾と同等とすることができる。このことは、幾つかの方法で達成することができる。例えば、１又は２以上の実施形態において、第３部分３４内のチャネル１１６の平均断面積は、第２部分３２内のチャネル１０６の平均断面積よりも小さい。圧縮はまた、第３部分３４内のフライト１１２の相対間隔により達成することができる。例えば、第３部分３４内のフライト１１２の間の間隔は、第２部分３２内のフライト１０２の間隔よりも小さくすることができる。
【００４２】
１又は２以上の実施形態において、図１に最もよく示すことができるように、第３部分３４の第１端部９４での断面積は、第２部分３２の第２端部９２での断面積に等しい。別の言い方をすれば、端部９２にあるハウジング７０の内径７３は、第１端部９４にあるハウジング８０の内径８３に等しい。この構成の結果として、第２部分３２内のチャネル１０６及び第３部分３４内のチャネル１１６は、第２部分３２と第３部分３４との間の接合部にて同一の広がりを有し、これにより、反応器の外壁及び反応器内の混合要素によって提供されるものを超えて干渉することなく第２部分３２から第３部分３４に物質を移行させることができる。
【００４３】
上記のように、シャフト組立体２４は、それぞれ、単に軸方向部分６０と呼ぶことができる第１の軸方向部分６０と、単に軸方向部分１００と呼ぶことができる第２の軸方向部分１００と、単に軸方向部分１１０と呼ぶことができる第３の軸方向部分１１０とを含むことができる。１又は２以上の実施形態において、第１の軸方向部分６０及び第２の軸方向部分１００は、互いに一体化される。例えば、第１の軸方向部分６０及び第２の軸方向部分１００は、互いに固定され、従って一体的に回転する。この実施形態は、第１の軸方向部分６０及び第２の軸方向部分１００が一体的に機械加工された固形物を含む構成を備えることができる。他の実施形態において、第１の軸方向部分６０及び第２の軸方向部分１００は、例えば、第１部分３０と第２部分３２との間の接合部において互いに好適に接続された別個の要素を含むことができる。この接続部は、固定された不動接続部を含むことができ、これによって第１の軸方向部分６０及び第２の軸方向部分１００が共に回転する。
【００４４】
１又は２以上の実施形態において、第２の軸方向部分１００及び第３の軸方向部分１１０は、互いに一体化されている。例えば、第２の軸方向部分１００及び第３の軸方向部分１１０は、互いに固定され、従って一体的に回転する。本実施形態は、第２の軸方向部分１００及び第３の軸方向部分１１０が一体的に機械加工された固形物を含む構成を備えることができる。他の実施形態において、第２の軸方向部分１００及び第３の軸方向部分１１０は、例えば、第１部分３０と第２部分３２との間の接合部において互いに好適に接続された別個の要素を含むことができる。この接続部は、固定された不動接続部を含むことができ、これにより第２の軸方向部分１００及び第３の軸方向部分１１０は共に回転する。
【００４５】
他の実施形態において、第１の軸方向部分６０と第２の軸方向部分１００との間の接続部及び／又は第２の軸方向部分１００と第３の軸方向部分１１０との間の接続部は、回転可能な接続部を含むことができ、これにより、例えば、第１の軸方向部分６０及び第２の軸方向部分１００が別個に回転することができる。この後者の実施形態（図示せず）において、第１の軸方向部分６０は、例えば、第１の駆動源に機械的に接続することができ、第２の軸方向部分１００（及び／又は第３の軸方向部分１１０）は、第２の駆動源に機械的に取り付けることができ、このことは、異なる速度で第１の軸方向部分６０及び第２の軸方向部分１００（及び／又は第３の軸方向部分１１０）を回転させる能力を提供することになる。
【００４６】
更に他の実施形態（図示せず）において、シャフト２４は、反応器２０の第１端部５０から第２端部９６に延びる中心コアを含むことができ、該中心コアは、１又は２以上の外側スリーブを担持することができ、この外側スリーブは、第１部分３０内のパドルフライト６２、６２’又は第２及び第３部分３２、３４内の螺旋状フライト１０２、１１２を担持することができる。この構成の結果として、パドルフライト６２、６２’は、スリーブによって螺旋状フライト１０２、１１２とは独立して回転することができる。これら又は他の実施形態において、中心コアは、第１の駆動源に機械的に取り付けられたパドルフライト６２、６２’を担持することができ、スリーブは、第２の駆動源に機械的に取り付けられた螺旋状フライト１０２、１１２を担持することができる。
【００４７】
回転可能なシャフトの部分の一体形成又は別個の形成と同様に、反応器の各部分のハウジングは、一体的に、又は別個に形成された後で接合され、同一の広がりを有する部分３０、３２、３４をもたらすことができる。更に他の実施形態において、反応器２０には、加熱及び／又は冷却要素を備えることができる。例えば、１又は２以上の実施形態において、反応ゾーン３０の側壁４２、分離ゾーン３２の側壁７２、及び圧縮ゾーン３４の側壁８２のうちの少なくとも１つには、加熱ジャケット（図示せず）、或いは、反応器の内容物を冷却する冷却コイルもしくは他の要素を備えることができる。これら又は他の実施形態において、シャフト組立体２４は、反応器の内容物に加熱及び／又は冷却を提供するよう構成することができる。例えば、１又は２以上の実施形態において、第１の軸方向部分６０、第２の軸方向部分１００、及び第３の軸方向部分１１０のうちの少なくとも１つは、加熱及び／又は冷却物質（例えば、冷却流体）を担持及び／又は循環し、これによりこれらの軸方向部分のうちの少なくとも１つの壁を通して反応器の内部又は外部に熱を伝達するように構成される。
【００４８】
１又は２以上の実施形態において、反応器２０は、システムの内部又は外部に空気がほとんど漏洩することなく加圧又は真空下で作動することができる容器を指すシールユニットである。これは、窒素ブランケットが好ましい、空気漏洩を防止するためのガスブランケットされることになる少なくともシャフトシールを必要とすることによって達成することができる。１又は２以上の実施形態において、反応器２０は、許容漏洩率がシール当たり１００グラム／時間未満、又はシール当たり７５グラム／時間未満、又はシール当たり５０グラム／時間未満の程度までシールされる。
【００４９】
前述のように、本発明の反応器は、重合プロセスに存在する多相組成物のような多相組成物を有利に処理することができる。当業者であれば認識されるように、多くの重合プロセスの反応物質は、重合反応物質、触媒、及び任意選択的に希釈剤又は溶媒を含む、重合混合物に不溶性又は部分的にのみ可溶性とすることができる。反応物質の溶解性に関係なく、特定の重合反応において、重合生成物は、重合生成物、未反応の反応物質、触媒残渣、及び任意選択的に希釈剤及び／又は溶媒を含む重合混合物に不溶性又は部分的にのみ可溶性である。また、当業者であれば、これらの重合混合物が、粘性及び粘着性があり、特に高い固形分量で極めて処理が困難な可能性があることが理解される。有利には、本発明の装置は、少なくとも２０％、他の実施形態においては少なくとも３５％、他の実施形態においては少なくとも５０％、及び他の実施形態においては少なくとも６５％の固形分のような比較的高い固形分量での反応ゾーン３０内の反応条件を可能にする。
【００５０】
反応ゾーン３０内の混合及び混練に続いて、分離ゾーン３２は、重合混合物の相分離成分の少なくとも部分的分離を提供し、すなわち、固体重合生成物又は粘性液体重合生成物は、これらが不溶性又は部分的にのみ可溶性である希釈剤から分離することができる。分離ゾーン３２内のこの固体−液体又は液体−固体相分離の後、重合生成物は更に、圧縮ゾーン３４内で脱液化することができる。
【００５１】
従って、本発明の実施形態は、図４を参照して説明することができる重合プロセスを含む。重合プロセス１２０は、反応物質（例えば、モノマー）、触媒、及び任意選択的に溶媒又は希釈剤を物質投入ステップ１３０において装入する第１のステップを含む。これらの種々の物質は、従来の供給設備を用いて反応器に装入することができる。反応器内に入ると、反応物質は、反応ゾーン３０内で反応（例えば、重合）を受けながら混合及び／又は混練もしくは粒状化されて、最終的には分離ゾーン３２に搬送され、ここでは、重合混合物の固体及び／又は粘性液体成分が少なくとも部分的に希釈剤から分離されて、希釈剤が反応ゾーン３０に逆流することができるようになる。次いで、重合生成物は、圧縮ゾーン３４に搬送され、ここでは圧搾力により、このゾーン内の重合生成物の空隙及び自由空間が縮小及び排除され、更に希釈剤が重合生成物から放出される。搬送力及び物質流動力により反応器から生成物が吐出され、任意選択的には下流押出機のような物質吐出装置１３２により支援される。１又は２以上の実施形態において、焼き入れ剤のような下流添加剤は、物質吐出装置１３２内に装入することができる。同様に、物質吐出装置１３２は、ギアポンプ、可変ダイ、及び／又は離隔装置などの下流装置を備え、これにより調整することができる。図１に示すように、２軸押出機１３２は、反応器２０の下流側に位置決めすることができる。物質吐出装置１３２は、重合生成物を下流側仕上及び／又は修正ステップ１３４に送出することができる。
【００５２】
具体的な実施形態
段落Ａ：略円筒状ハウジングと、ハウジングの一方の端部にある入口と、ハウジングの対向する端部にある出口と、を有する第１部分であって、第１部分が、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み且つ回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも２つの剪断パドルを含む、第１部分と、
第２端部よりも大きな第１端部を有する略截頭円錐状ハウジングと、第１部分のハウジングの対向する端部と同一の広がりを有して第１端部によって構成される入口と、第２端部にある出口と、を有する第２部分であって、第２部分が、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み且つ回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含む、第２部分と、
を備える、反応器。
【００５３】
段落Ｂ：第１部分の回転可能なシャフトと第２部分の回転可能なシャフトは、互いに一体化されている、段落Ａの何れか１つ又は何れかの組み合わせの反応器。
【００５４】
段落Ｃ：略円筒状ハウジングと、一方の端部において第２部分の第２端部にある出口と同一の広がりを有する入口と、対向する端部に近接した出口と、を有する第３部分であって、第３部分が、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトを含み且つ回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含む、第３部分を更に備える、段落Ａ−Ｂの何れか１つ又は何れかの組み合わせの反応器。
【００５５】
段落Ｄ：反応器であって、
略円筒状ハウジングと、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第１部分を備え、
回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの剪断パドルの少なくとも２つのフライトを含み、ハウジングが、該ハウジングに固定されて回転可能なシャフトに向かって内向きに延びる少なくとも２つの混練フックを含み、第１部分が、入口に近接した第１の終端部と出口終端部によって定められる長さを有し、第１部分のハウジングが内壁を有し、内壁、シャフト、少なくとも２つのフライト、及び混練フックの間に空間が存在し、
反応器が更に、
ハウジングと、該ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第２部分を備え、
回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含み、第２部分のハウジングが、内壁と、内壁と回転可能なシャフト及び少なくとも１つの略螺旋状フライトとの間に空間とを有し、該空間が、第２部分の軸を横断する平面で切断された断面積によって定められ、第２部分が、入口終端部及び出口終端部によって定められる長さを有し、空間の断面積が、入口終端部から出口終端部まで減少し、第２部分の入口終端部にある空間が、第１部分の出口終端部にある空間と同一の広がりを有する、反応器。
【００５６】
段落Ｅ：ハウジングと、ハウジング内で軸方向に位置決めされた回転可能なシャフトと、を含む第３部分を更に備え、
回転可能なシャフトが、該回転可能なシャフトから半径方向に延びる少なくとも１つの略螺旋状フライトを含み、第３部分のハウジングが、内壁と、内壁と回転可能なシャフト及び少なくとも１つの略螺旋状フライトとの間に空間と、を有し、該空間が、第３部分の軸を横断する平面で切断された断面積によって定められ、第３部分が、入口終端部及び出口終端部によって定められる長さを有し、第３部分の入口終端部にある空間が、第２部分の出口終端部にある空間と同一の広がりを有する、Ａ−Ｄの何れか１つ又は何れかの組み合わせの反応器。
【００５７】
段落Ｆ：第１部分内の回転可能なシャフトは、回転可能なシャフトから半径方向に延びる剪断パドルの少なくとも２つのフライトを含む、段落Ａ−Ｆの何れか１つ又は何れかの組み合わせの反応器。
【００５８】
段落Ｇ：第２部分内の回転可能なシャフトから半径方向に延びる螺旋状フライトが先端を含み、先端と第２部分の内壁との間にギャップが存在する、段落Ａ−Ｆの何れか１つ又は何れかの組み合わせの反応器。
【００５９】
段落Ｈ：第２部分内の螺旋状フライトが、第２部分の入口終端部に向かって液体又は低粘性物質の流れを可能にするように構成される、段落Ａ−Ｇの何れか１つ又は何れかの組み合わせの反応器。
【００６０】
段落Ｉ：第３部分内の回転可能なシャフトから半径方向に延びる螺旋状フライトが、第２部分の螺旋状フライトの平均間隔よりも小さな平均間隔を有するフライトを含む、Ａ−Ｈの何れか１つ又は何れかの組み合わせの反応器。
【００６１】
段落Ｊ：第１部分におけるパドルの少なくとも１つのフライトが、回転可能なシャフトの長手方向長さに対してある角度で延びて、回転可能なシャフトの周りで螺旋状パターンを形成する、Ａ−Ｉの何れか１つ又は何れかの組み合わせの反応器。
【００６２】
段落Ｊ：反応器であって、
反応器の内容物を混合して混練するように構成された第１部分と、
内部の物理的に異なる成分を分離するように構成された第２部分と、
内部の内容物を圧縮又は圧搾するように構成された第３部分と、
を備える、反応器。
【００６３】
段落Ｋ：重合プロセスであって、
接合部において同一の広がりを有する３つの異なるゾーンを含む反応器にモノマー及び希釈剤を装入するステップと、
モノマー、ポリマー生成物、及び希釈剤を混練にさらしながら反応器の第１のゾーンでポリマー生成物を形成するようにモノマーを重合するステップと、
反応器の第２のゾーン内の希釈剤の少なくとも一部分からポリマー生成物を分離するステップと、
反応器の第３のゾーンでポリマー生成物を圧縮するステップと、
反応器からポリマー生成物を吐出するステップと、
を含む、重合プロセス。
【００６４】
本発明の範囲及び技術的思想から逸脱しない種々の修正及び代替形態が、当業者には明らかであろう。本発明は、本明細書で記載される例示的な実施形態に法的に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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