(57)【要約】  反応器は、内部を定めるシェル、反応器の内部に配置された複数のバッフル、並びに複数のバッフル間に定められ、入口部と出口部との間に伸びる流体経路を含む。ある実施形態では、反応器は、０．２未満の混合度を有する。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器であって、
内部を定めるシェル、
１０個以上のバッフルを含み、各バッフルに対するバッフルカットが１８％から３５％である、前記反応器の前記内部に配置された複数のバッフル、及び
前記複数のバッフル間に定められ、入口部と出口部との間に伸びる流体経路、
を含み、０．２未満の混合度を有する、反応器。
【請求項２】
前記複数のバッフルが、１０から２２個のバッフルを含む、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記バッフルが、少なくとも１つのギャップによって前記シェルから分離されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項４】
前記複数のバッフルの各バッフルが、前記バッフルと前記シェルとの間に周囲ギャップが存在しないように前記シェルに直接取り付けられている、請求項１に記載の反応器。
【請求項５】
前記反応器が、液体分配器を含まない、請求項１に記載の反応器。
【請求項６】
ジメチルベンジルアルコールからアルファ‐メチルスチレンを生成する方法であって、
１０個以上のバッフルを含み、各バッフルのバッフルカットが１８％から３５％である複数のバッフルが反応器の内部に配置されており、混合度が０．２未満である反応器の内部に、ジメチルベンジルアルコールを含む入口流を提供すること、及び
前記反応器中の前記ジメチルベンジルアルコールの少なくとも一部分を反応させて、アルファ‐メチルスチレンを形成させること、
を含む方法
【請求項７】
前記ジメチルベンジルアルコールの少なくとも７５％が反応されてアルファ‐メチルスチレンが形成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ジメチルベンジルアルコールの少なくとも一部分を、前記バッフルと前記反応器の前記内部を定める壁との間の、約１／２インチ以下の幅を有するギャップに通すことをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記入口流が、前記入口流組成物の総重量に対して０．５から２０重量％のジメチルベンジルアルコールを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記入口流が、クメン、クメンヒドロペルオキシド、フェノール、及びアセトンのうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、その全開示事項が参照により本明細書に明白に援用される２０１４年７月２９日出願の「バッフル構成を有する反応器」と題する米国仮特許出願第６２／０３０，２２２号の利益を主張するものである。
【０００２】
技術分野
本開示は、反応器設計全般に関し、より詳細には、プラグフロー型反応器に関する。
【背景技術】
【０００３】
フェノール及びアセトンを生産するための主要な商業的方法は、クメンを空気酸化してクメンヒドロベルオキシド（ＣＨＰ）とし、続いてＣＨＰの酸触媒分解によって非常に選択的にフェノール及びアセトンとすることによる。酸化工程における主な副生物としてジメチルベンジルアルコール（ＤＭＢＡ）が形成され、続いて、二番目の酸触媒分解工程において、これが脱水されて、アルファ‐メチルスチレン（ＡＭＳ）となる。ＡＭＳは、可塑剤、樹脂、及びその他のポリマーの製造において商業的に用いられる。
【０００４】
ＡＭＳを生成する脱水反応は、典型的には、長い管の中で行われる。ある状況では、反応器中の反応体の滞留時間を長くすると、生成されるＡＭＳの収率が向上する結果となり得る。しかし、そのような反応器で滞留時間を追加することは、典型的には、反応管に追加の長さを与えることを含むことになり、これは、大きなスペースを必要とし得る。
【０００５】
反応器の滞留時間は、特定の粒子が反応器中で費やす時間の量を意味する。平均滞留時間は、一般的に、反応器の容積を、反応器を通る流速で除したものとして定義される。反応器の滞留時間分布は、粒子が反応器中で費やす可能性の高い時間の量に関連する。滞留時間分布は、平均滞留時間についての標準偏差を有する確率関数である。反応器に対する滞留時間分布は、典型的には、理想プラグフロー反応器（ＰＦＲ）又は理想連続撹拌槽反応器（ＣＳＴＲ）のいずれかに基づく。反応器の混合度は、滞留時間分布の分散を平均滞留時間の二乗で除することによって決定される無次元値である。
【０００６】
理想プラグフロー反応器では、反応器を流れる流体は、概念的に、一連の非常に薄いセクション又は「プラグ」として見られる。プラグが反応器を流れるに従って、プラグ内の半径方向（すなわち、フロー方向に対して横切る方向）には流体の完全混合が発生するが、軸線方向（すなわち、フロー方向に沿った前後の方向）には混合が発生しないと仮定される。軸線方向の混合が発生しないことから、プラグ内の各要素は、同一の滞留時間を有することとなり、標準偏差はゼロとなる。プラグフロー反応器の混合度は、理論的には０である。
【０００７】
対照的に、理想ＣＳＴＲ中の流体は、反応器全体にわたって完全に混合されると仮定される。各粒子は、いずれの任意の時点でも反応器から出る確率は等しいと仮定されることから、滞留時間分布の標準偏差は高く、ＣＳＴＲの混合度は、理論的には１である。
【０００８】
実際の反応器は、理想ＰＦＲ又はＣＳＴＲのいずれの滞留時間分布も有しないが、０から１までの混合度を有する。ある状況では、混合度を０近辺に維持することが有利であり得る。
【発明の概要】
【０００９】
上述における改善が求められている。
本開示は、高いプラグフロー分布特性を有するが、反応器入口部でのいかなる液体分配装置も必要としない反応器を提供する。
【００１０】
ある例示的実施形態では、反応器は、プラグフロー反応器に近い又はそれに類似の滞留時間分布を提供する。より詳細な実施形態では、そのような滞留時間分布は、反応器入口部での液体分配器なしに達成される。ある例示的実施形態では、反応器は、様々な設計条件にわたり、広範な様々な流速で、類似のフローパターンを提供する。ある代表的実施形態では、バッフル周辺でのフロー方向の変化に起因する反応器を通しての圧力損失は、７〜８ｋＰａの管理限界内である。バッフル端部と反応器の内部シェルとの間にギャップを含むある代表的実施形態では、滞留時間分布は、プラグフロー反応器のそれにより密接に類似しており、それは、トレーサー物質を用いて観察されるそのようなギャップを通しての観察される漏れによる「ショートカット（shortcuts）」に恐らくは起因している。
【００１１】
１つの代表的実施形態では、反応器は、内部を定めるシェル及び反応器の内部に配置された複数のバッフルを含む。反応器の入口部と出口部との間に伸びる流体経路は、内部の複数のバッフル間に定められる。１つのより詳細な実施形態では、複数のバッフルは、１０以上のバッフルを含み、複数のバッフルの各バッフルに対するバッフルカットは、１８％から３５％である。１つのより詳細な実施形態では、反応器は、０．２未満の混合度を有する。
【００１２】
１つのより詳細な実施形態では、流体経路は、複数の方向変化を含む。
上記の実施形態のいずれかの別のより詳細な実施形態では、バッフルは、少なくとも１つのギャップによってシェルから分離されている。さらにより詳細な実施形態では、ギャップは、約１／２インチ以下の幅を有する。
【００１３】
上記の実施形態のいずれかのなお別のより詳細な実施形態では、反応器の入口部は、液体分配器を含まない。
別の代表的実施形態では、アルファ‐メチルスチレンは、反応器の内部に配置された複数のバッフルを含み、０．２未満の混合度を有する反応器の内部に、ジメチルベンジルアルコールを含む入口流を提供すること；及び反応器中のジメチルベンジルアルコールの少なくとも一部分を反応させてアルファ‐メチルスチレンを形成することにより、ジメチルベンジルアルコールから生成される。１つのより詳細な実施形態では、複数のバッフルは、１０以上のバッフルを含み、複数のバッフルの各バッフルに対するバッフルカットは、１８％から３５％である。
【００１４】
１つのより詳細な実施形態では、ジメチルベンジルアルコールの少なくとも７５％が反応されて、アルファ‐メチルスチレンが形成される。
上記の実施形態のいずれかの別のより詳細な実施形態では、ジメチルベンジルアルコールの少なくとも一部分は、バッフルと反応器の内部を定める壁と間のギャップを通され、ここで、ギャップは、約１／２インチ以下の幅を有する。
【００１５】
本発明の実施形態の以下の記述を、添付の図面と合わせて参照することにより、本開示の上述の及びその他の特徴並びに利点が、並びにそれらを達成する方法が、より明らかとなり、本発明自体が、より良く理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、代表的な反応器を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの代表的な反応器の内部の模式図を示す。
【図２】図２は、代表的な一式のバッフルを含む図１Ａの反応器の内部の一部分の部分図を示す。
【図３】図３は、垂直配向の代表的な反応器における１１個のバッフルの配列の模式図を示す。
【図４】図４は、入口部を出口部よりも上に配置した垂直配向の図３の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図５】図５は、入口部を出口部よりも下に配置した垂直配向の図３の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図６】図６は、水平配向の図３の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図７】図７は、水平配向の図１Ａの代表的な反応器における１６個のバッフルの配列の模式図を示す。
【図８】図８は、水平配向の図３７の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図９】図９は、入口部を出口部よりも下に配置した垂直配向の図１Ａの代表的な反応器における１６個のバッフルの配列の模式図を示す。
【図１０】図１０は、入口部を出口部よりも下に配置した図９の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図１１】図１１は、１２９４８ガロン／時（４９０１４Ｌ／時）の流速での図９の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図１２】図１２は、１８５６４ガロン／時（７０２７２Ｌ／時）の流速での図９の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、入口部からの投入後４秒でのトレーサー分布を示す図９の代表的な反応器におけるトレーサー注入実験の結果を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、入口部からの投入後２２秒でのトレーサー分布を示す図９の代表的な反応器におけるトレーサー注入実験の結果を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、入口部からの投入後８５秒でのトレーサー分布を示す図９の代表的な反応器におけるトレーサー注入実験の結果を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、トレーサー注入実験に対する面積加重平均を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、トレーサー注入実験に基づく図９の代表的な反応器の混合度を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、バッフルと槽との間に間隔のない図９の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの代表的な断面に対する液相速度コンタープロットである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、バッフルと槽との間に間隔を有する図９の代表的な反応器に対する液相速度コンタープロットである。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１６Ａの代表的な断面に対する液相速度コンタープロットである。
【図１７Ａ】図１７Ａは、バッフルと槽との間に間隔を有する図１６Ａの代表的な反応器に対する面積加重平均を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、バッフルと槽との間に間隔を有する図１６Ａの代表的な反応器の混合度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
対応する符号は、複数の図面全体を通して対応する部分を示す。本明細書で記載される実例は、本発明の代表的実施形態を示すものであり、そのような実例は、いかなる意味においても本発明の範囲を限定するものとして解釈されてはならない。
【００１８】
まず図１Ａを参照すると、代表的な反応器１０が示される。反応器１０は、入口部１２及び出口部１４を含む。反応器１０は、入口部１２が出口部１４よりも上に配置された垂直配向で例示的に示されているが、他の実施形態では、出口部１４が入口部１２よりも上に配置されてもよく（図５参照）、又は反応器１０は、水平配向であってもよい（図６参照）。反応器１０の外部シェル１６は、内部１８を封入している。
【００１９】
次に図１Ｂを参照すると、複数のバッフル２０を含む代表的な内部１８が示される。内部１８は、反応器１０の入口部１２を出口部１４と流体接続しているフロー経路２２を例示的に含む。バッフル２０は、入口部１２と出口部１４との間のフロー経路２２の直接フローを妨げている。
【００２０】
１つの例示的実施形態では、反応器１０は、入口部１２と出口部１４との間に配置された複数のバッフル２０を含む。ある実施形態では、反応器１０は、少なくは１０、１１、１２、１４個の、多くは１６、１８、２０、２２個、若しくはそれ以上のバッフルを、又は、１０個のバッフルから２２個のバッフル、１１個のバッフルから２０個のバッフル、若しくは１２個のバッフルから１８個のバッフルなど、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲の個数のバッフルを含んでもよい。
【００２１】
次に図２を参照すると、反応器１０の内部１８内における複数のバッフル２０の例示的位置が示される。反応器１０の軸線方向に沿って隣接するバッフル間の間隔は、バッフル間隔３０を定める。ある実施形態では、小さくは３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、大きくは８インチ、９インチ、１０インチ、１２インチ、若しくはそれ以上のバッフル間隔、又は３インチから１２インチ、４インチから１０インチ、若しくは６インチから９インチなど、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲のバッフル間隔。
【００２２】
バッフルカットは、任意のバッフル２０の端部と外部シェル１６との間の開口面積のパーセントを意味する。バッフルカットは、バッフル２０の端部と外部シェル１６との間の距離２４の、反応器１０の直径２６に対する割合として算出される（図２参照）。ある実施形態では、バッフルカットは、小さくは１８％、２０％、２３％、大きくは２５％、３０％、３５％、又は１８％から３５％、２０％から３０％、若しくは２３％から２５％など、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲内であってもよい。
【００２３】
ある実施形態では、バッフル２０は、バッフルカットによって提供される主要ギャップに加えてバッフル２０と外部シェル１６との間の周囲ギャップ２８が存在することのないように、外部シェル１６に直接取り付けられていてよい。他の実施形態では、周囲ギャップ２８が、バッフル２０と外部シェル１６との間に存在する。１つのより詳細な実施形態では、周囲ギャップは、各バッフル２０の円周の少なくとも一部分の周囲に存在する。１つのより詳細な実施形態では、周囲ギャップは、各バッフル２０の円周の全体の周囲に存在する。バッフル２０は、反応器１０若しくは外部シェル１６の上部又は底部の１つ以上にバッフルを結合させる支持構造などの１つ以上の支持構造（図示せず）によって反応器１０の内部１８内の適切な位置に支持されていてよい。ある実施形態では、周囲ギャップ２８は、小さくは１／８インチ、３／１６インチ、１／４インチ、大きくは５／１６インチ、３／８インチ、１／２インチ、若しくはそれ以上、又は上述の値のいずれか２つの間のいずれの値であってもよい。ある実施形態では、ゼロではないギャップを含めることで、反応器１０の混合度が低減され、それによって、反応器１０が、理論プラグフロー反応器により近付く。
【００２４】
ある実施形態では、反応器の直径２６は、４インチ未満、小さくは４インチ、８インチ、１２インチ、１８インチ、２４インチ、大きくは３０インチ、３６インチ、４２インチ、４８インチ、若しくはそれ以上、又は４インチから４８インチ、８インチから４２インチ、若しくは２４インチから３６インチなど、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲内であってもよい。
【００２５】
ある実施形態では、反応器の流速は、１０００ガロン／時（３７８５Ｌ／時）未満、小さくは１０００ガロン／時（３７８５Ｌ／時）、５０００ガロン／時（１８９２７Ｌ／時）、１００００ガロン／時（３７８５４Ｌ／時）、１３０００ガロン／時（４９２１０Ｌ／時）、大きくは１５０００ガロン／時（５６７８１Ｌ／時）、２００００ガロン／時（７５７０８Ｌ／時）、２５０００ガロン／時（９４６３５Ｌ／時）、３００００ガロン／時（１１３５６２Ｌ／時）、４００００ガロン／時（１５１４１６Ｌ／時）、５００００ガロン／時（１８９２７１Ｌ／時）、若しくはそれ以上、又は１０００ガロン／時（３７８５Ｌ／時）から５００００ガロン／時（１８９２７１Ｌ／時）、５０００ガロン／時（１８９２７Ｌ／時）から３００００ガロン／時（１１３５６２Ｌ／時）、若しくは１００００ガロン／時（３７８５４Ｌ／時）から２５０００ガロン／時（９４６３５Ｌ／時）など、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲内であってもよい。
【００２６】
滞留時間分布（ＲＴＤ）曲線を用いて、平均滞留時間及び混合度を特定することができる。反応器の滞留時間は、特定の粒子が反応器中で費やす時間の量を意味する。平均滞留時間は、年令分布の一次モーメントによって与えられる。
【００２７】
【数１】
2017523039.tif 000003
【００２８】
ある実施形態では、反応器１０の平均滞留時間は、短くは５０秒、６０秒、７０秒、８０秒、８５秒、長くは９０秒、１００秒、１１０秒、１２０秒、１３０秒、若しくはそれ以上、又は５０秒から１３０秒、６０秒から１２０秒、若しくは８０秒から１００秒など、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲内であってもよい。
【００２９】
２次中心モーメントは、分散（σ２）、平均の周りのばらつき度を示す。
【００３０】
【数２】
2017523039.tif 000004
【００３１】
混合度は、分散の平均滞留時間の二乗に対する無次元比である。
【００３２】
【数３】
2017523039.tif 000005
【００３３】
ある実施形態では、反応器１０は、理論プラグフロー反応器に近い混合度を有する。ある実施形態では、混合度は、僅かに０．３、０．２、０．１５、０．１、０．０９、０．０８、若しくはそれ未満、又は０．３から０．０８未満、０．２から０．０８未満、若しくは０．１５から０．０８など、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲内であってもよい。
【００３４】
ある実施形態では、反応器１０は、入口部１２に液体分配器を含まない。液体分配器は、典型的には、反応器内の均一な液体分布を得るために反応塔で用いられる。しかし、液体分配器の閉塞又は付着汚れが、分配器の開口部領域で発生し得る。ある実施形態では、反応器内での閉塞又は付着汚れの可能性は、液体分配器を含めないことによって低減又は排除される。加えて、入口部１２と反応器１０の内部１８内のいずれの分配器との間の空間も、貴重な反応器容積を費やす可能性があり、反応器１０の必要サイズを高めることになる。ある実施形態では、反応器１０のサイズは、液体分配器を含めないことによって低減される。ある実施形態では、液体分配器のない反応器１０により、低い圧力水頭損失（pressure head loss）、広い運転条件範囲、及び反応を行うための反応器１０の内部１８の利用度の増加が得られる。
【００３５】
１つの例示的実施形態では、反応器１０の入口部１２は、ジメチルベンジルアルコールを含み、ジメチルベンジルアルコールの少なくとも一部分は、反応器１０の内部１８で反応されて、アルファ‐メチルスチレンが形成される。ある実施形態では、ジメチルベンジルアルコールのアルファ‐メチルスチレンへの変換度は、小さくは５０％、６０％、７０％、７５％、８０％、大きくは９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、若しくはそれ以上、又は５０％から９９．５％、６０％から９９％、若しくは８０％から９５％など、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲内であってもよい。
【００３６】
より詳細な実施形態では、反応器１０の入口部１２は、ジメチルベンジルアルコールを含む第一の入口部フロー組成物を含む。ある実施形態では、第一の入口部フロー組成物は、第一の入口部フロー組成物の総重要に対して、小さくは０．５重量％、１重量％、２重量％、２．５重量％、３重量％、大きくは４重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、若しくはそれ以上、又は０．５重量％から２０重量％、１重量％から１０重量％、若しくは２重量％から１０重量％など、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲内であってもよい重量パーセントのジメチルベンジルアルコールを含む。ある実施形態では、第一の入口部フロー組成物は、第一の入口部フロー組成物の総重要に対して、小さくは０重量％、０．５重量％、１重量％、１．５重量％、大きくは２重量％、２．５重量％、３重量％、５重量％、若しくはそれ以上、又は０．５重量％から５重量％、１重量％から３重量％、若しくは１重量％から２重量％など、上述の値のいずれか２つの間で定められるいずれの範囲内であってもよい重量パーセントの水を含む。ある実施形態では、第一の入口部フロー組成物は、所望に応じて、クメン、クメンヒドロペルオキシド、フェノール、又はアセトンのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００３７】
実施例１−反応器配向の影響
次に、図３〜６を参照すると、流体力学に対する反応器１０の配向の影響を調べた。流体力学は、ペンシルベニア州キャノンズバーグのＡＮＳＹＳ社から入手可能であるＡＮＳＹＳ  Ｆｌｕｅｎｔコンピュータ流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションソフトウェアを用いて特定した。
【００３８】
１１個のバッフル２０を有する代表的な反応器１０を図３に示す。バッフル間隔は、１０インチに設定し、バッフルカットは３０％、ターゲット滞留時間は８５秒とした。反応器の全長３２（図１Ｂ参照）は、１２０インチであった。
【００３９】
３つの配向の各々に対する液相速度コンタープロットを、図４〜６に示す。図４では、反応器１０は、垂直に配向され、入口部１２は、出口部１４よりも上に配置され、液体は、反応器１０の内部１８にあるバッフル２０の周りを下向きに出口部１４へと流れる。図５では、反応器１０は、垂直に配向され、入口部１２は、出口部１４よりも下に配置され、液体フローは、バッフル２０の周りを、反応器１０の内部１８を通って上向きに押し流される。図６では、反応器１０は、水平に配置され、液体は、槽底にある入口部１２から注入される。
【００４０】
図４〜６に示されるものなどの液体速度分布において、反応器中の各点の液体速度は、その点の色によって示される。各図に対してグレースケールが与えられ、相対的に低い速度は黒色で示され、相対的に高い速度は白色で示される。
【００４１】
図４〜６に示されるように、３つの配向の各々に対する液体速度分布結果は、実質的に類似している。いかなる理論にも束縛されるものではないが、これらの結果は、バッフル２０の数、サイズ、及び位置が、反応器１０内の液体速度分布に影響を与える主要な因子であることを示唆している。図４及び５の比較から、液体アップフローが、液体ダウンフローと比較してより高い軸線方向分散をもたらすが、反応器１０の滞留時間分布曲線の形状及びプラグフロー特性は、主として、バッフル２０の間隔及びサイズによって制御されることが示される。
【００４２】
実施例２−バッフルパラメーターの影響
実施例１は、１１個のバッフルを含む反応器１０について調べた。バッフルの数及び間隔の影響をさらに調べた。
【００４３】
１６個のバッフル２０を含む代表的な反応器１０を、図７に示されるように、ＣＦＤシミュレーションを用いて評価した。バッフル間隔は６インチに設定し、バッフルカットは２３％とした。偶数個のバッフル２０を含むことから、反応器１０の出口部１４は、奇数個のバッフルを含むものである図６に示される位置の逆であった。反応器１０は、それ以外は、図６から変更しなかった。
【００４４】
図７の反応器１０に対する液相速度コンタープロットを図８に示す。実施例１の１１バッフル反応器１０（図４〜６）と比較すると、図８に示される１６バッフル反応器１０は、デッドゾーン容積が少なく、より均一な速度分布を示した。これらの結果から、フロー型の特性が、プラグフロー反応器に近似していることが示唆される。
【００４５】
次に、図９を参照すると、２２個のバッフル２０を含む代表的な反応器１０を、図９に示されるように、ＣＦＤシミュレーションを用いて評価した。バッフル間隔は５インチに設定し、バッフルカットは２０％とした。偶数個のバッフル２０を含むことから、反応器１０の出口部１４は、奇数個のバッフルを含むものである図６に示される位置の逆であった。反応器の全長３２（図１Ｂ参照）は、１３６インチであった。反応器１０は、それ以外は、図５から変更しなかった。
【００４６】
図９の反応器１０に対する液相速度コンタープロットを図１０に示す。１６バッフル反応器１０（図７〜８）と比較すると、図９に示される２２バッフル反応器１０は、デッドゾーン容積が少なかった。バッフルカットが小さく、その結果として開口面積が小さくなったことにより、及び追加のバッフルを含むことにより、図９の２２バッフル反応器１０に対する圧力水頭損失が、図７の１６バッフル反応器の１４９Ｐａ／バッフルと比較して、１６０Ｐａ／バッフルから増加した。しかし、この増加の大きさは、比較的小さかった。
【００４７】
追加のバッフルの存在により、入口部１２から出口部１４までのフロー経路２２が長くなったが（図１Ｂ参照）、バッフル間隔が狭くなったことで、空隙部を通るフロー速度が高くなっている。より長いフロー経路２２及びより高い速度の組み合わせにより、類似の滞留時間、従って、類似の反応変換速度が得られた。
【００４８】
実施例３−容量実験
図９の２２段反応器１０に対する様々な流速の影響を調べた。図１０の液相速度コンタープロットは、公称流速１６９６９ガロン／時（６４２３５Ｌ／時）を反映している。ＣＦＤシミュレーションを用いて、低流速値１２９４８ガロン／時（４９０１４Ｌ／時）（図１１）及び高流速値１８５６４ガロン／時（７０２７２Ｌ／時）（図１２）に対する類似の液相速度コンタープロットを作成した。図１１及び１２の記号は、見た目での比較のために同一としている。低及び高試験値の範囲内において、特定の流速とは関係なく、反応器１０内でプラグフロー型を得ることができるものと思われる。
【００４９】
実施例４−滞留時間分布実験
図９の２２段反応器のプラグフロー特性を、ＣＦＤシミュレーションによる模擬トレーサー注入実験を用いて調べた。図１３Ａ〜１３Ｃは、反応器１０の入口部１２からトレーサーを投入した後の様々な時間におけるトレーサーの存在を示す。図１３Ａ〜１３Ｃの各々において、反応器中の各点でのトレーサーの濃度が、その点の色で示されている。各図に対してカラースケールが与えられており、相対的に低い濃度は青色で示され、相対的に高い濃度は赤色で示される。黒色は、バッフルの配置及び形状を示す。
【００５０】
図１３Ａは、投入後４秒でのトレーサー分布を示す。図１３Ｂは、投入後２２秒でのトレーサー分布を示す。図１３Ｃは、投入後８５秒でのトレーサー分布を示す
図１４Ａに示される滞留時間分布（ＲＴＤ）曲線を、トレーサー実験から特定した。ＲＴＤの一次モーメントは、平均滞留時間に対して特定され、二次モーメントは、混合度に対して特定される。平均滞留時間は、年令分布の一次モーメントによって与えられる。
【００５１】
【数４】
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【００５２】
２次中心モーメントは、分散（σ２）、平均の周りのばらつき度を示す。
【００５３】
【数５】
2017523039.tif 000007
【００５４】
混合度は、分散の平均滞留時間の二乗に対する無次元比である。
【００５５】
【数６】
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【００５６】
液体分配器を含まない２２バッフル反応器１０では、バッフル周辺でフロー方向が変化し、デッドゾーンが存在する。このことは、反応器１０内において特定のレベルの逆混合をもたらす。しかし、ＲＴＤ測定に基づくと、図１４Ｂに示されるように、算出された混合度は、δ２ｅ＝０．１４８であり、フロー型は、プラグフロー反応器のそれに近づいている。
【００５７】
実施例５−バッフルとシェルとの間の周囲ギャップの影響
典型的な反応器１０では、バッフル２０アセンブリは、引張り又は取り外しが可能であるように設計される。これによって、バッフル２０の端部とシェル１６との間に周囲ギャップ２８が得られる結果となる。ＣＦＤシミュレーションを用いて、混合度に対する小さい周囲ギャップ２８の影響を特定することが所望された。
【００５８】
図１５Ａの液相速度コンタープロットは、周囲ギャップ２８を含まない図９に示される２２バッフル反応器１０を反映している。図１５Ｂに示される液相速度プロットは、反応器１０中の３．１３メートルの高さから見た上面図である。
【００５９】
図１６Ａの液相速度コンタープロットは、バッフル２０とシェル１６との間に３／１６インチの周囲ギャップ２８を含む図９に示される２２バッフル反応器１０を反映している。図１６Ｂに示される液相速度プロットは、反応器１０中の３．１３メートルの高さから見た上面図である。
【００６０】
図１５及び１６から分かるように、これらの２つのケース間での視覚的なフロー分布の相違が存在する。周囲ギャップ２８を含めることにより、反応器１０中のより少ないデッドゾーン容積の量が減少した。
【００６１】
図１６に示される３／１６インチギャップを含む反応器１０において、トレーサー注入実験を行った。そのＲＴＤ曲線を図１７Ａに示す。周囲ギャップ２８を含んでいなかった実施例４と比較して、３／１６インチギャップは、ＲＴＤ分散を低減した。いかなる理論にも束縛されるものではないが、ギャップを含めることによって、流体の一部分が、バッフルの全長さ分を周ってではなく、バッフルとシェルとの間を流れることができたものと考えられる。このフローによって、デッドゾーンの量が減少し、混合度が僅かに低下し、それによって、図１７Ｂに示されるように、この反応器が理論プラグフロー反応器に近付いた。実施例４と比較して、全反応器断面積の１．７８％に相当するギャップを含む反応器１０では、滞留時間分布の標準偏差は僅かに低く、図１７Ｂから分かるように、混合度はδ２ｅ＝０．０８８に低下し、反応器型が少しＰＦＲに近付いた。
【００６２】
本発明を代表的な設計を有するものとして記載してきたが、本発明は、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、さらに改変することができる。本出願は、従って、その一般的原理を用いた本発明のいずれの変型例、用途、又は適合をも含むことを意図している。さらに、本出願は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれ、本発明が属する技術分野における公知の又は慣習的実践の範囲に入る本開示からの逸脱も含むことを意図している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【国際調査報告】
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