(57)【要約】  本発明は、回転対称のカスケード式混合構造を備える、極めて効率的かつスケーラブルな小型のスタティックミキサおよびその使用に関する。
2012519577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合される材料によって連続的に流れ抜けられ、場合によっては方位角的に区画化された環状チャネルを各々個々の１つが含む、少なくとも２つの混合段の同軸の配置を含むスタティックミキサであって、混合段ごとに、この環状チャネルが、いずれの場合もほぼ同じサイズの偶数の部分チャネルに転向し、部分チャネルが、流れ方向に沿って、最初、隣接する部分チャネルが半径方向に重ならなくなるまで交互の半径方向オフセットを経て、次いで方位角的変位によっておよび／または拡幅することによって半径方向に交互配置された、場合によっては方位角的に区画化された環状チャネルになるように引き延ばされ、環状チャネルが、最終的に、混合段の終わりにおいて、半径方向に統合することにより、場合によっては方位角的に区画化された環状チャネルへと再度まとまることを特徴とする、スタティックミキサ。
【請求項２】
第１の混合段が、供給される媒体を半径方向の層状の環状連続流に変換し、その連続流を第１の混合段の環状入口チャネルに導入する、少なくとも２つの流体媒体を送るための装置が、前に置かれることを特徴とする、請求項１に記載のスタティックミキサ。
【請求項３】
半径方向に交互の部分チャネルを、場合によっては方位角的に区画化された環状チャネルに変換することが、専ら方位角的に拡幅することによって起こることを特徴とする、請求項１および２のいずれかに記載のスタティックミキサ。
【請求項４】
半径方向に交互の部分チャネルを、場合によっては方位角的に区画化された環状チャネルに変換することが、最初の方位角的変位およびその後の方位角的拡幅によって起こることを特徴とする、請求項１から３の一項に記載のスタティックミキサ。
【請求項５】
環状チャネルが、各々の混合段の入口および出口において偶数の部分チャネルにすでに方位角的に区画化され、区画化が、それぞれ続く混合段において、段差を有することなく続けられることを特徴とする、請求項１から４の一項に記載のスタティックミキサ。
【請求項６】
混合段の数が、混合段内の部分チャネルの数の０．３から０．７に相当することを特徴とする、請求項１から５の一項に記載のスタティックミキサ。
【請求項７】
混合段内の部分チャネルの水力直径が、２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１から６の一項に記載のスタティックミキサ。
【請求項８】
スタティックミキサには、流れ抜ける媒体の温度を制御するための装置が装備されることを特徴とする、請求項１から７の一項に記載のスタティックミキサ。
【請求項９】
混合セクションが、チャネル構造が中に導入された円錐形または円筒形のコア要素と、互いに重なり、このコア上で押され、一部がほぼ軸方向に延びるチャネル構造を備えたいくつかの環状要素と、封入する、圧力密封および流体密封の環状シェルとから構成されることを特徴とする、請求項１から８の一項に記載のスタティックミキサ。
【請求項１０】
混合セクションが、偶数のくさび形状の円筒形セグメントから構成され、側部領域内には、組み立てられた状態で本発明による混合チャネルの配置および配列を生み出すチャネル構造部分が導入されていることを特徴とする、請求項１から９の一項に記載のスタティックミキサ。
【請求項１１】
ポリマーまたはポリマー混合物を生成するための、請求項１から１０の一項に記載のスタティックミキサの使用。
【請求項１２】
少なくとも一つが懸濁液である少なくとも２つの流体媒体を混合するための、請求項１から１０の一項に記載のスタティックミキサの使用。
【請求項１３】
沈殿によって懸濁液を生成するための、請求項１から１０の一項に記載のスタティックミキサの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転対称のカスケード式の混合構造を備える、極めて効率的でスケーラブルな小型のスタティックミキサおよびその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
スタティックミキサは、一般的に、流体媒体を連続的な流れで混合するまたは分散させるように働く。これらは、いかなる可動部分も含まず、つまり、混合に必要とされるエネルギーは、専ら、ミキサを通って流れる流れの動きまたは圧力勾配から取り出されることを特徴とする。それによって混合される媒体または複数の媒体は、先ず、平行して別個に、または多かれ少なかれ規定され事前混合されたまたは積層化された形態でミキサに連続的に入る。ミキサ内では、次いで、混合物の成分の混合が、混合物の連続流の１回または複数回の分割、変位および再結合によって行われる。
【０００３】
単段のスタティックミキサは、たとえば、すべての種類の混合および分散ノズルまたはオリフィスプレート（たとえば米国特許第２，５３１，５４７号明細書または欧州特許第１２０３０３６号明細書によるもの）を含むものとして理解されてもよく、これらを用いて媒体は、たいていは高圧かつ高速で第２の媒体内に導入され、噴流を壊すことによっておよび／または乱流によってその中で細かく分散される。さらに、入来する連続流の混合が、それらを多数の部分的連続流に１回分割し、引き続いてこれらを交互配置で一緒にすることによって行われる、すべての種類の多積層ミキサ、たいていはマイクロミキサ（たとえば国際公開第００／７６６４８号、欧州特許第１７１８４０３号明細書または国際公開第２００４／０５２５１８号によるもの）は、単段のスタティックミキサとして分類され得る。
【０００４】
しかしながら、より狭い意味では、プロセス媒体または複数のプロセス媒体の能動的混合が、流れの繰り返し分割、せん断、および／または混ぜ込み（ｆｏｌｄｉｎｇ）をもたらす、多かれ少なかれ特異的に引き起こされ乱れたおよび／または積層の交差流（乱流／移流）により、特定の混合セクションにわたっていくつかのステップでまたは連続的に起こるものが、スタティックミキサと称されている。これらの交差流は、偏向、分割および／または混合セクションとして作用する流体チャネル内に規定されたやり方で導入された内部構成要素によってもたらされまたは促される。この種類のさまざまなタイプのスタティックミキサは、混合セクション内での偏向、分割、または内部構成要素の性質および形態において大きく異なっている。したがって、前後に周期的に配置されたオリフィスプレートまたはノズルを中に備えたチューブから実質的になるシステムが知られている（たとえば、Ｐｅｒｒｙ’ｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、７版、ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ、ニューヨーク（１９９７年）図１８〜３１）。特に、非連続のらせん挿入体（たとえばＣｈｅｍｉｎｅｅｒ，Ｉｎｃ．からの「Ｋｅｅｎｉｃｓ  ＫＭ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｍｉｘｅｒ」）、流れの方向に交互に交差する層板（たとえばＳｕｌｚｅｒ  ＳＭＸ、国際公開第２００４／００７０６３号、国際公開第１９９５／００９６８９号、または欧州特許出願公開第１４８６７４９号明細書）または波板様構造要素（たとえばＳｕｌｚｅｒ  ＳＭＶ）を備えた管状システムが、広く使用されている。特に、最後に述べられた２つの種類のスタティックミキサでは、混合要素はしばしば、連続的だけではなく、プロセス連続流の多様な平行的な分割、変位、および再結合ももたらす。
【０００５】
プロセス工学の理由（たとえば圧力損失、閉塞に対する感受性）および製造工学の理由（混合構造の精密さ）から、管断面の減少はたいてい、平行な流れの分割数の低減を伴い、それにより、遅くとも、混合段あたり１ミリメートルを大幅に下回る部分チャネルの寸法（「「マイクロミキサ」）に到達したとき、媒体連続流の２つの部分連続流への分割は、一分割だけ実施され、これらの連続流は、次いで、変位されるまたはオフセットのやり方で再度一緒にされる（たとえば、米国特許第５，９０４，４２４号明細書、国際公開第９７／１３０７５号、および米国特許第６，４５７，８５４号明細書ならびにＨｅｓｓｅｌ／Ｈａｒｄｔ／Ｌｏｗｅ、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ（２００４年）、４０１頁「Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ  Ｍｉｎｉ  Ｍｉｘｅｒ」−以後は「カスケード式ミキサ」と称される）。
【０００６】
スタティックミキサは、動的に作動するかくはん機と比較して、その非常に簡単で小型の構造（可動部分がなく、たいてい設備の配管への組み込みが簡単である）により区別される。非連続で作動するミキサ（「かくはんタンク」）と比較して、これらはまた、時に、その小さいプロセス容量（短い滞留時間）およびより速くよりエネルギー効率のよい混合によって多くのさらなる利点も提供する。集中的な交差混合（壁とコア領域の間のすばやい流体交換）、小さい流れ断面および混合セクションの大きい表面−体積比は、スタティックミキサがまた、しばしば、混合物の混合壁との熱交換に関して、他の混合システムに比べてはるかに好適な条件をもたらし、それによってこれらはまた、混合物の同時の温度制御を伴う混合タスク、単なる温度制御タスクに、または永久的な相互混合を伴う連続的に作動する反応器として、その結果、たとえば発熱または吸熱（化学）反応を実施するための狭い滞留時間範囲に特に良好に適合されることを意味している。
【０００７】
これらの利点は、多くの場合、混合セクションの特徴的な寸法（たとえばチャネル／混合構造の寸法）を低減することによって強化される。その結果、質量移動および熱交換のための拡散通路が低減され、結果として、混合および熱交換プロセスが、大きく加速されることがある。狭いチャネル構造では、さらに、層流も存在し、結果として、非常に広い範囲の流量にわたって非常に規定された流れ状態が存在し、これは特に、最小限のエネルギー投入による均一で特異的な混合物の生成を可能にする。対応するミニおよびマイクロのスタティックミキサの通常の特徴的な横方向の混合構造寸法は、１０分の数ミリメートルから約１．５ｍｍまでの範囲にあり、単一の混合チャネルの全断面は、たいてい、約１０ｍｍ２から１ｍｍ２以下までの値に制限される。したがって、投入側での所与の供給圧力によるそのようなミニまたはマイクロのスタティックミキサの可能な処理量は、大きく限定される。故に、そのようなミキサ内で混合されるたいていの質量流量は、数１０ｋｇ／ｈの値を超えることはまれであり、その結果、ほとんどの用途では、せいぜい、実験室およびパイロットプラントの規模の生成物の処理量を満たすだけである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第２，５３１，５４７号明細書
【特許文献２】欧州特許第１２０３０３６号明細書
【特許文献３】国際公開第００／７６６４８号
【特許文献４】欧州特許第１７１８４０３号明細書
【特許文献５】国際公開第２００４／０５２５１８号
【特許文献６】国際公開第２００４／００７０６３号
【特許文献７】国際公開第１９９５／００９６８９号
【特許文献８】欧州特許出願公開第１４８６７４９号明細書
【特許文献９】米国特許第５，９０４，４２４号明細書
【特許文献１０】国際公開第９７／１３０７５号
【特許文献１１】米国特許第６，４５７，８５４号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐｅｒｒｙ’ｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、７版、ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ、ニューヨーク（１９９７年）図１８〜３１
【非特許文献２】Ｈｅｓｓｅｌ／Ｈａｒｄｔ／Ｌｏｗｅ、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ（２００４年）、４０１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（場合によっては実験室規模で最適化された）ミニまたはマイクロのスタティックミキサの特有の利点を失うことなく、より多い媒体の処理量を実現するために、いくつかの同一の混合構造（チャネル）を平行に接続することが明らかな実状である。これらの混合構造の各々個々の１つにおける混合は、材料に関する限り、他方の混合構造とは別個に進むため、この場合、個々の平行な混合構造の各々の投入口において、混合される成分を同じ量比（質量流量比）で供給することが必要である。個々の混合構造間の圧力損失における生産関連およびプロセス関連の変動のため、媒体連続流の十分良好に均等な分散は、ほぼ必ず追加の技術費用を伴う。したがって、最も簡単な場合では、非常に精密に規定された圧力降下を伴う絞りオリフィスプレートまたはチャネル構造が、たとえば混合構造の流体分散システムの上流内に追加の要素として導入され、要求がより厳しい場合では、各々の混合構造に個々の質量流量制御器を設けることが必要になることもある。いずれの場合でも、これらの追加の要素は、コストの増大だけでなく、わずかではないさらなる圧力損失も引き起こし、閉塞物に対する混合システムの感受性および機能不全の可能性のある他の原因を増大させる。
【００１１】
特にミニおよびマイクロのスタティックミキサの場合、個々の混合構造の投入口における定量的な流量比だけでなく流量パターンもまた、混合結果に大きな影響を与え得る。たとえば、２つの開始媒体の層流が、カスケード式ミキサに送られるとき、良好な混合結果は、この２つの開始媒体間の最初に分離する平面が、ミキサ内の最初に分割する平面に対して可能な最大限まで垂直に位置している場合に混合セクションの終わりでのみ達成される。いくつかの同一の混合構造を平行に接続した状態では、ここでも同様に、この状況のために考慮され得る。
【００１２】
したがって、この問題の背景に対して、簡単な原理に基づき、技術費用をほとんど伴わないスタティックミキサを説明する目的が存在し、このスタティックミキサは、その混合構造の特徴的寸法を変化させることなく、またさらなる圧力損失を引き起こす要素を必要とすることなく、広い定量的な流量範囲にわたってスケーラブルとなり得る。この目的は、驚くべきことに以下で説明されるスタティックミキサによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の主題は、スタティックミキサであり、このスタティックミキサは、混合される流体材料によって連続的に流れ抜けられるいくつかの混合段の同軸の配置を含み、この混合段の各々の個々の１つが、場合によっては方位角的に区画化された環状チャネルを含み、環状チャネルは、いずれの場合もほぼ同じサイズの偶数の部分チャネルに転向し、この部分チャネルは、流れ方向に沿って、最初、隣接する部分チャネルが半径方向に重ならなくなるまで交互の半径方向オフセットを経て、次いで、方位角的変位によっておよび／または拡幅することによって半径方向に交互配置された、場合によっては方位角的に区画化された環状チャネルに引き延ばされ、この環状チャネルは、最終的に個々の混合段の終わりにおいて、半径方向に統合することにより、場合によっては方位角的に区画化された環状チャネルに再度まとまる（図２および図３を参照されたい）。
【００１４】
本発明の目的のため、流体媒体（混合される材料）は、均質の液体およびガス（また超臨界相内の溶液および物質）、ならびに流動可能な（場合によっては擬塑性でもある）多相混合物、たとえば懸濁液、乳濁液、あらゆる混合比のガス−液体混合物およびすべての可能な形態の流れを意味するものとして理解される。
【００１５】
混合段内の部分チャネルの相互の方位角的変位は、質量移動が、それぞれに隣接するチャネル間で起こるという効果を達成する。その結果、各々の部分チャネルは、増加する混合段にわたって増加するより高次の隣接チャネルと連通し、それによって、場合によっては第１の混合段への入口に周囲に沿って存在する混合比における変動が、連続的に相殺される。たとえば個々の部分チャネル内の堆積物または閉塞物によって局所的な乱流などが引き起こされても、この結果、別個の混合チャネルが平行に向けられている場合に比べて、圧力降下および混合結果に対する影響ははるかに小さい。この場合の混合セクションに沿った部分チャネルの環状配置は、材料の横断方向の流れが妨害される辺縁部が存在しないことを確実にする。これはまた、円筒状チューブシェル内で非常に小型で圧力安定タイプのミキサの構築も促す。１つの混合段あたりの部分チャネルの数の半分にほぼ相当する、いくつかの混合段を通過した後は、すべての部分チャネルは、すべての他方のチャネルとの直接的または間接的な質量移動を受けている。混合比における最初の方位角的変動の特に良好な均等化は、結果的に、混合段の数が、（最初の）混合段内の部分チャネルの数の少なくとも半分に相当する場合に達成される。
【００１６】
各々の混合段の投入口および排出口における環状チャネルは、連続的なものとして、または始めのものから部分チャネルに細分され（区画化され）たものとしての両方で方位角方向に構成され得る。区画化された構成の場合、部分チャネルは、共通の軸周りに少なくとも環状配置で位置しており、これは、各々の混合段の少なくとも１つの断面平面におけるその断面の中央地点が、概ね円上に位置するという意味である。細分がそれによってもたらされるチャネルの境界設定は、この場合、好ましくは、部分チャネル自体よりも方位角方向にかなり狭い（少なくとも０．５倍）。区画化された構成の場合、１つの混合段からその後に続く１つの混合段への移動時に、部分チャネルが、オフセットまたは段差を全く有さずに続けられれば全般的に有利であり、それにより、特に、連続する混合段内のチャネルセグメントの数は、同じであるはずである。
【００１７】
混合段内での部分チャネルの、方位角方向に交互になる半径方向のオフセットは、専ら、部分チャネルを１つおきにミキサの軸に向かってまたはそこから離れるように向け、それと共に隣接する部分チャネルの半径方向のオフセットの同時の（交互になる）変動によって実現され得る。しかしながら、オフセット経路の終わりには、さらに外向きに位置する部分チャネルの内側境界領域は、ミキサの軸からある距離を離さなければならず、この距離は、さらに内側に位置する部分チャネルの外側境界領域の軸からの距離と少なくとも同じ大きさまたはそれよりも大きいものである。
【００１８】
混合段内で、交互する半径方向オフセットによって２つの半径方向平面上に交互に分散された部分チャネルを、場合によっては混合段の終わりまで貫通する方位角的に区画化された２つの同心の環状チャネルに移動させることは、流路に沿って部分チャネルを方位角的に拡幅することによって行われ、これは、先行されても、好ましくは２つの平面間で反対方向の部分チャネルの方位角的オフセットに一致するように行われてもよい。部分チャネルを方位角的に拡幅することは、この場合、同時に半径方向に狭くすることに一致するように行われることが好ましい。特に好ましくは、部分チャネルの方位角的および半径方向の度合いのこうした同時の変更は、その横断面を流路に沿って少なくともほぼ一定に保つために使用される。
【００１９】
有利であると一般的に考えられる、さまざまな混合段にわたるチャネルおよびチャネル断面の区画化の連続性または数と比較して、特定の場合、特に混合物の粘度が、混合過程において（少なくともその開始成分と比較して）著しく低下する場合、１つの混合段からその後に続く１つの混合段にかけて平行なチャネルの数を増大させ、これと平行してチャネルの寸法を低減することもまた有利になり得る。この場合、環状チャネルの区画化されていない部分を、異なる数のチャネルを有する連続する混合段間の混合セクションに挿入すること、または２つの混合段の下流側の段内のチャネルの数を上流側の段に比べて整数倍増加するのに特に有利であると考えられ、それにより、上流側の混合段からの各々のチャネルまたは各々のチャネルセグメントが、それぞれ同一の数および配置の下流側のチャネルまたはセグメントによって接合される。
【００２０】
流体の考慮事項に基づき、部分チャネルの横断寸法を、互いに対して５未満、特に好ましくは２未満の比で選択すること、および個々の混合段の長さを、混合物の流れの主要方向で測定して（これは混合セクションの軸方向に概ね相当する）、部分チャネルの最大の半径方向の大きさの好ましくは２倍から１０倍、特に好ましくは３倍から６倍に相当するように設計することが有利であると考えられる。
【００２１】
混合段内の部分チャネルの絶対寸法およびその数は、好ましくは、混合タスクに基づいて、特に混合物の処理量、混合物の粘度、場合によっては混合物に存在する固体構成物のサイズおよび量、および場合によってはミキサ内の混合物の所定の滞留時間に基づくべきものであり、いずれの場合も、混合セクションにわたる許容可能な圧力損失に関して考慮される。ミキサの温度制御された構成の場合、必要とされる熱交換機能もまた、設計における基準になり得る。たとえば、低粘度の成分の特に集中的な混合が、可能な限り短時間で達成されることが意図されている場合、できるだけ小さい部分チャネルを選択し、混合段内の部分チャネルの平行数を混合物の所望の処理量および圧力降下に適合させることが一般的に有利である。混合段の数は、この場合、最初の混合段ですでに達成された混合物の良好な均質性を考慮して比較的少なく保たれ得るが、一方でその数は、混合比における間違った分散および混合セクション内の乱流に関してミキサの十分な許容を確実するために、好ましくは、少なくとも混合段内の平行な部分チャネルの数より約０．３倍以上でなくてはならない。特に、混合物の高い処理量または高い粘度に転向するとき、あるいは粒子状の混合物を使用するまたは生成するとき、横断寸法の増大が、場合によっては平行な部分チャネルの数の増大に加えて必要とされることがある。より小さいチャネル寸法を有するミキサと比較した、達成される混合品質の付随する低下は、混合段の数を増大させることによって特定の限界内で補償され得る。両対策とも、当然ながら特に組み合わさると、混合セクションの流体体積における増大およびその結果としてその中の混合物の滞留時間の増大に至る。混合速度は、そうすることによって、こうした結果低減される。これらの考慮事項に基づき、賢明な部分チャネルの横断寸法は、好ましくは、実際には、０．１ｍｍから２０ｍｍの間の範囲、特に好ましくは０．５ｍｍから５ｍｍの間の範囲にある。
【００２２】
本発明によるスタティックミキサは、有利には、さまざまなプロセス工学タスクに使用され得る。たとえば、最初は別個のいくつかの流体成分から構成された混合物が、その中で生成され得る。この場合、実際の混合セクションは、好ましくは、混合される成分を半径方向の層状の環状連続流に変換するミキサヘッドが前方に置かれなければならない。この実施形態は、２つの異なる媒体の場合に関して図１ａにおいて、概要が示されている。ミキサヘッドの出口における、この環状連続流を運ぶ環状チャネルの幾何学的寸法（内径および外径）は、特に好ましくは、本発明によるミキサの混合セクションの第１の混合段の入口における環状チャネルのものに相当する。それにより、知られているスタティックミキサのほとんどの概念と比較して、本発明によるミキサはまた、層状の入来する連続流の特に規定された繰り返される分割および再結合のため、３つ以上の流体媒体の特に規定された同時の混合もまた可能にする（図１ｃを参照されたい）。この可能性は、たとえば、それぞれ対で混合されときに互いに望ましくない副産物を形成する３つまたはそれ以上の反応性流体成分が、互いに混合されるようなときはいつでも、特に有利に使用され得る。
【００２３】
比較的高粘度の媒体が、それよりも大幅に低い粘度の媒体と混合される場合、本発明によるミキサを、３つの入来する連続流に使用して、低い方の粘度の媒体の連続流をほぼ同じサイズの２つの連続流に分割し、これらを高い方の粘度の連続流と共にミキサ内に供給し、それにより、混合セクションの始まりにおいて、低い方の粘度の媒体が、それぞれ内側および外側リングを形成し、一方で高い方の粘度の媒体が、中央のリング内を流れる、環状連続流を生成するようになることもまた有利になり得る。
【００２４】
本発明によるミキサの使用の別の場合では、混合物は、すでに事前混合された形態である。この場合、ミキサヘッドは、簡易化された方法で構成されてもよく、好ましくは混合セクションの入口接続器にかけて縮小している（図１ｂを参照されたい）。特に好ましくは、第１の混合段の入口に環状流れの圧力損失がほとんどない形成を促すために、混合セクションのコアにはこの場合、入口側に円錐形の拡散器が追加的に設けられる。ミキサは、この場合、すなわち事前混合されたプロセス媒体の流れが供給されたとき、たとえば混合物のさらなる均質化に有利に使用され得る。それぞれの現状および混合比の混合物の成分が、互いに溶解性である場合、均質な混合物は、その結果、非常に短時間でかつエネルギーをほとんど費やさずに生成され得る。これらが完全に溶解性でない場合、ミキサは、有利には、たとえば乳濁剤を生成する、あるいはこれらをその構造内に一時的に維持するために使用され得るが、その理由は、混合セクション内の高いせん断勾配が、（特に比較的高い流量における）連続流の繰り返される分割および偏向の結果として、混合物に作用するためである。いずれの場合も、均一相内および非混合相間の両方における混合物内の質量移動は、本発明によるミキサを流れ抜ける間大きく加速される。
【００２５】
強化された質量移動を伴った、混合物の連続流の、本発明によるスタティックミキサを通過しながらの集中的な交差混合により、ミキサ内の混合物の連続流と混合セクションの壁の間に特に良好な熱交換もまた存在する。部分チャネルの断面が一定に保たれたままの混合段内の平行な部分チャネルの数の変動、およびその結果としての表面積対体積の固定された比は、それによって、熱交換が均等に良好のままでミキサの処理量を拡縮する可能性をもたらすが、これは、混合セクションの断面が、知られているスタティックミキサの拡縮に使用される場合には概ねあてはまらない。ミキサはまた、その結果として、混合中の混合物の温度を制御するように特に良好に適合される。したがって、たとえば、混合物または個々の成分の粘度を設定するため、質量移動のプロセスに影響を与えるため、混合物の個々の構成物の溶解性を特異的に変化させるため、あるいは混合物における化学的、物理的、または生物学的なプロセスの速度を制御するために、たとえば混合物の温度は、その混合が増大または低減される間、特異的に維持され得る。
【００２６】
ミキサの温度制御された構成はまた、特に有利には、特に発熱または吸熱の化学反応を実施するためにも使用され得る。この場合、プロセスの１つまたは複数の段階は、ミキサ内で連続的にまたは部分的に平行におよび互いに重なって進むことができる：反応剤からの反応混合物の形成、（たとえば反応を開始させる）反応温度の設定、および／または温度および濃度に関連する規定された均質条件のもとでの反応またはその一部の制御。
【００２７】
ミキサの温度制御は、有利には、たとえば混合セクションの外壁内またはその周りに、および場合によっては熱交換器技術の分野の当業者に知られているように流体温度制御媒体が作動中に流れ抜ける混合セクションのコア内に導入されたチャネルによって実現され得る。あるいは、ミキサシェルの（および場合によってはそのコア）の電気加熱が、たとえば抵抗加熱要素によってまたは誘導電流手段によって可能である。たとえば赤外線またはマイクロ波を用いた照射、ペルチェ素子の使用、または温度制御チャネルを通る発熱性または吸熱性の反応性混合物の流れなどの加熱または冷却の他の方法もまた、ミキサの使用の特定の場合に有利になり得る。
【００２８】
（たとえば強度、化学的および熱的抵抗、作業性、伝熱性、熱膨張などに関して）個々の用途に適するすべての材料は、主に本発明によるミキサの構築用の構築材料として考慮に入れる。化学プロセス工学の分野ではよく起こることであるが、機械的、熱的、および化学的抵抗に対する要求が高い用途の場合、好ましくは耐食性金属が使用され、それらは、たとえば高級鋼、ニッケルベース合金、チタン（合金）または高融点金属ならびにセラミック（たとえば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素または炭化ケイ素）、フッ素ポリマー（たとえばＰＴＦＥ、ＰＦＡなど）およびフッ化エラストマ（たとえばＦＦＫＭ、ＦＫＭ−大部分はシーリング材料として）などである。化学的抵抗に関する要求が低く、熱的および機械的安定性に関する要求が中程度であるとき、たとえばアルミニウム、銅、または黄銅材料などのより低価で一般的に作業しやすい非鉄金属の使用もまた、有利になり得る。圧力および温度の安定性に関する要求事項がさらに低い場合は、好ましくは、プラスチックもまた、その良好な作業性のためなどにより本発明によるミキサの構築に使用され得る。
【００２９】
ミキサまたはその混合セクションの好ましい実施形態は、チャネル構造が中に導入された円錐形または円筒形のコア要素（２０）と、このコア上で押され、前後に配置され、かつほぼ軸方向に延びるチャネル構造が設けられた、いくつかの内側環状要素（２１）の第１の配置と、これと同軸の、第１の配置と当接する関係で重なり、圧力密封および流体密封の管状シェルによって封入された外側の環状要素（２２）の第２の配置とから構成される（図５を参照されたい）。混合セクションを画定するこの実施形態の構成要素の製造は、完全に、かつ特に有利には、機械加工製造方法（たとえば旋削、穿孔、フライス削りまたは研磨）および／または成形製造方法（たとえば射出成形、粉体噴射成形または精密鋳造）によって実現され得る。特定の場合、放電加工機方法による追加の作業もまた、薦められまたは必要になり得る。この実施形態の別の利点は、ミキサは、プロセス流体と接触するすべての表面が、検査および洗浄の目的で労力をほとんど費やさずに可逆的にアクセス可能になり得るという意味で、完全に分解され得ることである。
【００３０】
ミキサまたはその混合セクションのさらなる好ましい実施形態は、共通軸の周りに配置されたとき、円筒形を（場合によっては中空の円筒形もまた）生み出すくさび形状の円筒形セグメントから構築される。円筒形セグメントの側部領域内に導入されるのは、材料切断部（くぼみ）であり、これは、セグメントの円筒状の組立体内で、本発明による混合構造を生み出す（図６）。これは、組立体内でそれぞれ交互に配置して使用される、少なくとも２つの異なって構造化された円筒形セグメントタイプを使用することを必要とする。
【００３１】
混合セクションに沿った、場合によっては投入側で層状化された、プロセス流体の連続流の繰り返される分割および再配置は、１００分の数ｍｍまたはそれより小さい範囲の個々の流体層の理論上の厚さを、ミキサ排出口までの容易に実現可能な数（たとえば５から２０）の混合段を用いることによって実現することを可能にする。適切な設計では多くの場合、本発明によるミキサは、結果として、匹敵する圧力降下および流量値を有する多積層マイクロミキサの能力を概ね達成する。しかしながら、多積層マイクロミキサと比較して、本発明によるスタティックミキサは、軽く５倍から２０倍大きい、流れ抜けられるチャネルの最小限の寸法を有し、結果として、堆積物および閉塞物に対する感受性がずっと少なくなる。したがって、本発明によるスタティックミキサでは、固体、または別の形の非流体の構成物を含む媒体（たとえば、懸濁液、スラリ、ゲル、凝集懸濁液など）、またはそのような非流体構成物が、混合過程において、たとえば化学反応の結果として（場合によっては一時的であっても）生じる媒体を処理することもとりわけ有利に可能である。故に、本発明によるスタティックミキサは、たとえば、ポリマーまたはポリマー混合物を生成するため、少なくともその１つが懸濁液である少なくとも２つの流体媒体を混合するため、あるいは沈殿によって懸濁液を生成するために特に有利に使用され得る。
【００３２】
本発明は、以下の図に基づいて例として説明されるが、これらに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】混合される流体媒体のための、本発明によるミキサの基本的構築の長手方向断面図である。
【図１ｂ】混合される流体媒体のための、本発明によるミキサの基本的構築の長手方向断面図である。
【図１ｃ】混合される流体媒体のための、本発明によるミキサの基本的構築の長手方向断面図である。
【図２】混合段内のさまざま位置にある本発明によるミキサの断面図である。
【図３】混合段内のさまざまな位置にある部分チャネルの交互配向による本発明によるミキサの断面図である。
【図４】連続的な混合段内の部分チャネルの方位角的オフセットが、反対方向に起こる、ミキサ段内のさまざまな位置にある部分チャネルの別の交互配向による、本発明によるミキサの断面図である。
【図５ａ】組み立てられた形態の本発明によるミキサの混合セクションの可能な実施形態を（詳細に）表す斜視図である。
【図５ｂ】分解された形態の本発明によるミキサの混合セクションの可能な実施形態を（詳細に）表す斜視図である。
【図６】部分的に分解された形態の本発明によるミキサの混合セクションの別の可能な実施形態を（詳細に）表す斜視図である。
【図７】本発明によるミキサの混合セクションの混合段の別の可能な実施形態を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ａは、好ましくは２つの異なる流体媒体の混合に使用されるときの、本発明によるスタティックミキサの１つの構成における長手方向断面図を示している。連続的に流れ抜けられる一続きの混合段（１）からなる混合セクション（２）は、ここではミキサヘッド（３）が前方に置かれており、このミキサヘッドは、入口（５ａ／ｂ）を用いて別個に供給される、混合される２つの媒体（７ａ／ｂ）を、半径方向に層状の環状連続流の形態で混合セクション内に供給する。混合物（８）は、混合セクションの排出口（６）に取り付けられた出口セグメント（４）を介してミキサを離れる。
【００３５】
図１ｂは、本発明によるスタティックミキサの別の構成における長手方向断面図を示しており、スタティックミキサは、好ましくは、すでに事前混合された生成物の連続流（７）をさらに混合または均質化するために使用され得る。この構成は、実質的には、この場合１つだけの流体入口（５）が設けられる、ミキサヘッドの形態により、図１ａに示されるものとは異なる。
【００３６】
図１ｃは、本発明によるスタティックミキサの第３の構成における長手方向断面図を示しており、スタティックミキサは、好ましくは、３つの別個の流体連続流を混合するように働く。これらは、たとえば一体混合物に同時に処理される３つの異なる媒体でもよい。しかしながら、ミキサのそのような構成はまた、たとえばこれらの媒体が、特に大きい質量流量比で供給される、あるいは大きく異なる粘度を有する場合、２つの異なる媒体だけの混合に有利な有用性を見出す。これらの場合、より大きい質量流量またはより低い粘度を有する混合物の成分を入口（５ｂ）および（５ｃ）を介して供給し、混合物の他の成分を流体入口（５ａ）を介して供給することが有利である。
【００３７】
図２は、流体が、本発明によるミキサの混合段内でどのようにして運ばれるかを、流れの方向をたどる一続きの断面図に基づいて説明しており、混合物の連続流は、理想的には半径方向に層状の環状流れ（１０）の形態で混合段に入る（図２のａ）。次のステップでは、この環状流れは、いくつか（偶数）の部分チャネル（１１）に転向し、このため、それによって方位角的に区画化される（図２のｂ）。これらが続くにつれ、部分チャネルは、隣接する部分チャネルが互いに半径方向に重ならなくなるまで、交互に反対の半径方向のオフセットを受ける（図２のｂその後図２のｃ）。続いて、部分チャネルは、元の隣接する部分チャネルが、再度、互いに方位角方向に大きく重なるまで、方位角的拡張を受ける（図２のｃその後図２のｄ）。次の混合段に移る中間段階として、もう一度、区画化されていない環状流れが達成されてもよく（図２のｅ）、あるいは方位角的拡張後の部分的な区画化（図２のｄ）が、好ましくは直接次の混合段の部分チャネル配置に転向する（図２のｆ−次いで１／１６回転分回転させる）。ほとんどの用途では、半径方向にオフセットされた部分チャネルが（可能な場合区画化された）環状流れに移ることを表す、部分チャネルの方位角的拡張（図２のｃその後図２のｄ）は、総流れ断面を混合段に沿ってほぼ一定に保ち、環状チャネルの寸法を、すべての混合段（または少なくともいくつかの連続する混合段）の場合の混合段の移動時に同じに保つために、部分チャネルの同時の半径方向圧縮に一致するように行われる。
【００３８】
図３では、本発明によるミキサの混合段内で流体を運ぶ代替の方法が、流れ方向にたどる一続きの断面図に基づいて表される。ここでも、最初、流入する環状連続流の方位角的区画化およびそれによって生み出された部分チャネルの交互の半径方向のオフセットが存在する（図３のａおよびｂ）。しかしながら、続いて、それぞれの隣接する部分チャネルは、これらが少なくともほとんど完全に方位角的に重なり合うように反対の方位角方向にオフセットされる（図２のｃ）。このオフセットに続き、または代替的にさらにそれと平行して、部分チャネルは、混合段の終わりに向かって（場合によっては区画化された）環状流れが、再度達成されるまで方位角方向に拡張される（図２のｄからｆ）。
【００３９】
図４は、本発明によるミキサの混合段内で流体を運ぶ実質的に同じ方法を示しているが、追加的に、その後に続く混合段における一続きの部分チャネルの形状も示している（図４のｆからｉ）。特に、こうして続く混合段では、互いに対して半径方向に変位された隣接する部分チャネルの方位角的オフセットは、前の混合段とは反対の方向に起こる。連続的な混合段内の方位角的オフセットの方向がそれぞれ交互する、流体を運ぶこの形態は、その結果として、部分チャネル間の特に良好な交差混合が、混合セクションに沿って起こるために特に好ましいものである。
【００４０】
図５は、本発明によるミキサの混合セクションの可能な実施形態を（詳細に）示している。これは、チャネル構造がその外側領域上に設けられた円筒状のコア（２０）と、その上を交互に押される内側（２１）および外側（２２）の環状セグメントとから構成され、そのセグメントは、組み合わさって、部分チャネルが方向付けられる（図２で概要が示された、図示される例における）所望の通路を実現する。
【００４１】
図６は、本発明によるミキサの混合セクションの別の可能な実施形態の（詳細な）斜視図を示している。これは、２つの異なるタイプのくさび型形状の円筒形セグメントから構成され、その側部領域内には、特有のチャネル構造要素が導入されている。円筒セグメントを交互に配置して完全な円筒を形成することにより、個々のセグメントのチャネル構造要素は、組み合わさって本発明による混合セクションの混合構造を形成する。
【００４２】
図７では、本発明によるミキサの混合セクションの混合段の別の可能な実施形態が表されている。ここでは、部分チャネルは、連続開口部または連続孔として、異なる、好ましくは円形のディスクになるように部分ごとに機械加工されている。ディスクを位置合わせして重ねることにより、開口部または孔は、本発明による混合セクションのチャネルの連続システムを形成する。使用するために、ディスクの積重体は、適切な、たとえば管状のハウジング（ここでは図示されず）に押し入れられ、この管状のハウジングは、場合によっては、プロセス流体の供給および排出のためのミキサヘッドおよび出口セグメントを含む。
【符号の説明】
【００４３】
１  混合段
２  混合セクション
３  ミキサヘッド
４  出口セグメント
５  事前混合物用入口
５ａ、５ｂ、５ｃ  混合物の成分のための入口
６  ミキサ出口
７  事前混合物
７ａ、７ｂ、７ｃ  混合物の成分（混合される媒体）
８  混合物
１０  混合段への入口における環状チャネル
１１  部分チャネル
１２  混合段の出口／次の混合段への入口における（区画化されていないまたは部分的に区画化された）環状チャネル
１３  （次の混合段への入口における）区画化された環状チャネル
２０  コア要素
２１  内側環状要素
２２  外側環状要素
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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