JP2008534273A - スパイラルミキサーノズル、2種以上の流体の混合方法、およびイソシアネートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
多くの文献が、流体を混合するための、特に流体を反応させるためのノズルを開示している。速やかな混合が重要なパラメーターとなっているホスゲン化反応において、1つの特定の例が記載されている。従って、このようなノズルに対して多くの設計物が提唱されており、それらのほとんどが、衝突する場合も、しない場合もある同軸ジェットを含む。しかしながら、特にホスゲン化反応において、ノズルの混合効率をさらに向上させることが依然として求められている。
(b)第2のフローチャンバーを画定する第2のフローダクトを含んでいて、第2の排出開口を有する第2のノズルチップを有する第2のノズル;を含む、少なくとも第1と第2の流体を混合するための装置を提供することにあり、
このとき前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが、互いに螺旋状に包まれており;
前記装置の操作時において、第1のフローチャンバー中に流入し、第1の排出開口を通って出て行く第1の流体が第1の流体ジェットを形成し、第2のフローチャンバー中に流入する第2の流体が、第2の排出開口にて第2の流体ジェットを形成し、このとき前記第1と第2の流体ジェットが互いに衝突し、これによって第1と第2の流体が混ざり合う。
このとき前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが、1〜20旋回を有するアルキメデスの螺旋(an Archimedean spiral)にしたがって互いに螺旋状に包まれていて、前記第1と第2のノズルが先細になっており;
前記装置の操作時において、第1のフローチャンバー中に流入し、第1の排出開口を通って出て行く第1の流体が第1の流体ジェットを形成し、第2のフローチャンバー中に流入する第2の流体が、第2の排出開口にて第2の流体ジェットを形成し、このとき前記第1と第2の流体ジェットが互いに衝突し、これによって第1と第2の流体が混ざり合う。
本発明は、螺旋状のノズル(以後、スパイラルノズルと呼ぶ)を使用することに基づいている。形状が特殊であることから、細い流れは互いに衝突することができ、このとき同時に高い混合エネルギーを有する。
したがって本発明のノズルアセンブリは、少なくとも第1と第2の流体を混合するための装置を提供し、その装置は、第1のスパイラル流体ジェット206(第1の流体からなる)を形成するための第1のノズルアセンブリ手段、および前記第1のスパイラル流体ジェット206と同軸で且つ、前記第1のスパイラル流体ジェット206の周りに包まれている、第2のスパイラル流体ジェット207(第2の流体からなる)を形成するための第2のノズルアセンブリ手段を含み、したがって第2のスパイラル流体ジェット207が第1のスパイラル流体ジェット206と衝突し、これによって第1と第2の流体が混ざり合う。この部分を必要に応じてノズルサブアセンブリ201と呼ぶ。
図2を参照すると、本発明のノズルアセンブリの縦方向拡大断面図が示されている。ノズルサブアセンブリ201は、下部ハウジング250中に配置されている。螺旋状に巻かれたアセンブリは、下記のように配置された第1のダクト202と第2のダクト203を含む。第1のフローチャンバー220は、第1のフローダクト202と第1のフローダクトノズルチップ204(図面の左側に示す)の内側のスペースであると定義される。第1のフローチャンバー220は、2つの端部、すなわち供給端部230(図面の右側に示す)と排出開口210(図面の左側に示す)を有する。第1のフローチャンバー220の排出開口210は、第1のフローダクトノズルチップ204の排出端部によって形成されており、所定の値の排出隙間を有する。第2のフローチャンバー221は、第2のフローダクト203と第2のフローダクトノズルチップ205(図面の左側に示す)の内側のスペースであると定義される。第2のフローチャンバー221は、2つの端部、すなわち供給端部231(図面の左側に示す)と排出開口211(図面の右側に示す)を有する。供給端部231は、実施態様においてはデッドエンドとして示されており、カバープレート251により、流体が側方エントリー(導入のルーメン)から強制的に流れる。これは、図3、図4、および図5においてさらに詳細に開示されている。フローチャンバー221の排出開口211は、第2のフローダクトノズルチップ205の排出端部によって形成されており、所定の値の排出隙間を有する。図面からわかるように、ダクト202と203は、共通の壁体241と242(図4に示す)を共有しており、ダクト203が下部ハウジング250と共に形成している外側旋回をセーブし、したがって協同的に作用して螺旋状に巻かれたアセンブリを形成する。このアセンブリは、第1のジェット206と第2のジェット207を生成し、それぞれ第1と第2の排出開口にて出て行く。ジェット206と207が衝突し、ノズルチップ204と205を出て行くときに混ざり合って複合ジェット208を形成する。フローダクトの最も外側のテーパー角度は、例えば30〜60°(好ましくは40〜50°)の範囲で変わってよく、通常は約45°である。ある箇所での所定のフローダクトのテーパー角度は、アセンブリの軸と、衝突する前の、ある箇所での所定のダクトの出口における一般的な流れ方向との間の角度であることが理解されるであろう。フローダクトは、フローダクトの環状通路に沿って変わるテーパー角度を有することが理解されるであろう。特に、テーパー角度は、装置の中心部から外側に向かって増大してよい。フローダクトの内側テーパー角度も、0〜45°(好ましくは0〜15°)の範囲で変わってよいことも理解されるであろう。
図示の実施態様において(図4により詳細に示されている)、前記第2のフローチャンバー221はさらに、螺旋状に包まれたダクトの外側から内側に向かって実質的に減少していく寸法を有していることがわかる。[外側端部の隙間]対[内側端部の隙間]の比も、供給レベル、排出レベル、またはそれらの両方において変わってよい。
本発明は、従来技術のノズルアセンブリを凌ぐ幾つかの利点をもたらす。1つの利点は、従来のノズルアセンブリと比較したときの、混合効率における実質的な向上である。ノズルの形状が特異的であることから、他の表面上での衝突を必要とせず、これにより腐食やコストのかかる配置を避けることができる。本発明はさらに、下部ハウジング250に対するノズルサブアセンブリ201[カバープレート251とそれに連動したキャリッジ(存在する場合)を含めて]の調整を可能にする。下部ハウジング250に対するノズルサブアセンブリ201の軸方向移動は、サブアセンブリ201の軸方向位置を調整するための機械的手段(図示せず)によって達成される。これらの機械的手段は一般に、サブアセンブリが取り付けられるシャフト、およびこのシャフトを置き換えるための手段を含む。下部ハウジングに関してサブアセンブリを調整することで、下部ハウジング250に隣接した外側ダクト203の寸法が、したがってこのダクトを通る流量が変わる。これにより、生じる反応に対する調整手段が得られる。移動可能なサブアセンブリを組み込んだ実施態様の利点は、最も外側のジェットの流れに対する断面エリアのオンライン調整機能(on-line adjustability)にある。オンライン調整機能とは、進行中のプロセスを過度に妨げることなく調整できる能力を表わしている。工業規模のプロセスにおいては、オンライン調整機能により、ノズルの頻繁な調整(例えば、ノズルの最も外側の排出箇所における、最大圧力降下または流量に関して)が可能となる。他の利点は、工業プロセスのターンダウン能力(turn-down capability)が改良されることにある。こうした調整機能により、幾つかのプロセスに対してより広い範囲の操作速度が可能となる。他の利点は、ノズルアセンブリを取り付けた状態で、その全移動通路にわたって下部ハウジング250に関してサブアセンブリをストロークできることにある。工業規模のミキサーアセンブリは、くずや固体堆積物で詰まりを起こすことがある。下部ハウジング250上のサブアセンブリ201をストロークすることで、最も外側のダクト中に留まっているくずや堆積物を掻き落とすことができる(このとき、このダクト位置に歯は存在していない)。
Claims (38)
- (a)第1のフローチャンバーを画定する第1のフローダクトを含んでいて、第1の排出開口を有する第1のノズルチップを有する第1のノズル;および
(b)第2のフローチャンバーを画定する第2のフローダクトを含んでいて、第2の排出開口を有する第2のノズルチップを有する第2のノズル;
を含む、少なくとも第1と第2の流体を混合するための装置であって、
ここで、前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが、互いに螺旋状に包まれており;
前記装置の操作時において、第1のフローチャンバー中に流入し、第1の排出開口を通って出て行く第1の流体が第1の流体ジェットを形成し、第2のフローチャンバー中に流入する第2の流体が、第2の排出開口にて第2の流体ジェットを形成し、このとき前記第1と第2の流体ジェットが互いに衝突し、これによって第1と第2の流体が混ざり合う、前記装置。 - 前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが、アルキメデスの螺旋に従って互いに螺旋状に包まれている、請求項1に記載の装置。
- 前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが、アルキメデスのスパイラルに従って互いに螺旋状に包まれている、請求項1に記載の装置。
- 前記第1と第2のノズルが、先細になっている第1と第2のフローダクトを画定している、請求項1に記載の装置。
- テーパー角度が装置の内側から外側に向かって増大している、請求項4に記載の装置。
- 前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが互いに螺旋状に包まれていて、これによって1〜20旋回が形成される、請求項1、2、または3に記載の装置。
- 1.05〜1.5旋回が形成される、請求項6に記載の装置。
- 3〜10旋回が形成される、請求項6に記載の装置。
- 前記第1のチャンバーが、第1の排出開口に向かって、第1のフローダクトに沿って実質的に減少していく寸法を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記第2のチャンバーが、第2の排出開口に向かって、第2のフローダクトに沿って実質的に減少していく寸法を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記第2のチャンバーが、螺旋状に包まれているダクトの外側から内側に向かって実質的に減少していく寸法を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記第1または第2のフローチャンバー上に、前記第1または第2の流体をそれぞれ接線方向に供給するための流体カバーをさらに含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の装置。
- 実質的に円筒形である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置。
- (a)第1のフローチャンバーを画定する第1のフローダクトを含んでいて、第1の排出開口を有する第1のノズルチップを有する第1のノズル;および
(b)第2のフローチャンバーを画定する第2のフローダクトを含んでいて、第2の排出開口を有する第2のノズルチップを有する第2のノズル;
を含む、少なくとも第1と第2の流体を混合するための実質的に円筒形の装置であって、
ここで、前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが、1〜20旋回を有するアルキメデスの螺旋にしたがって互いに螺旋状に包まれていて、そして、前記第1と第2のノズルが先細になっており;
前記装置の操作時において、第1のフローチャンバー中に流入し、第1の排出開口を通って出て行く第1の流体が第1の流体ジェットを形成し、第2のフローチャンバー中に流入する第2の流体が、第2の排出開口にて第2の流体ジェットを形成し、このとき前記第1と第2の流体ジェットが互いに衝突し、これによって第1と第2の流体が混ざり合う、前記装置。 - 前記第1と第2のノズルが、先細になっている第1と第2のフローダクトを画定していて、テーパー角度が装置の内側から外側に向かって増大している、請求項14に記載の装置。
- 前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが互いに螺旋状に包まれていて、これによって1.05〜1.5旋回が形成される、請求項14に記載の装置。
- 前記第1のフローダクトと前記第2のフローダクトが互いに螺旋状に包まれていて、これによって3〜10旋回が形成される、請求項14に記載の装置。
- 前記第1と第2のチャンバーがそれぞれ、第1と第2の排出開口に向かって、第1と第2のフローダクトに沿って実質的に減少していく寸法を有する、請求項14に記載の装置。
- 前記第2のチャンバーが、螺旋状に包まれているダクトの外側から内側に向かって実質的に減少していく寸法を有する、請求項14に記載の装置。
- 前記第1の排出開口と前記第2の排出開口が、前記排出開口のそれぞれの寸法を実質的に超えない厚さを有する壁体によって隔離されている、請求項14に記載の装置。
- 前記第1または第2のフローチャンバー上に、前記第1または第2の流体をそれぞれ接線方向に供給するための流体カバーをさらに含む、請求項14に記載の装置。
- (a)第1の流体からなる第1の流体ジェットを第1の排出ポジションにおいて形成させる工程;
(b)第2の流体からなる第2の流体ジェットを第2の排出ポジションにおいて形成させる工程;および
(c)前記第1と第2の流体ジェットが互いに衝突し、これによって第1と第2の流体が混ざり合うよう、それぞれの流体ジェットを互いに螺旋状に包む工程;
を含む、少なくとも第1と第2の流体を混合するための方法。 - それぞれの流体ジェットを螺旋状に包む前記工程がアルキメデスの螺旋にしたがって行われる、請求項22に記載の方法。
- それぞれの流体ジェットを螺旋状に包む前記工程がアルキメデスのスパイラルにしたがって行われる、請求項22に記載の方法。
- それぞれの流体ジェットを螺旋状に包む前記工程が1〜20旋回を形成することを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1の流体ジェットと前記第2の流体ジェットを渦巻き状にする、請求項22に記載の方法。
- 第1の流体がアミンを含んで、第2の流体がホスゲンを含むか、あるいは第1の流体がホスゲンを含んで、第2の流体がアミンを含む、請求項22に記載の方法。
- (a)第1の流体からなる第1の流体ジェットを第1の排出ポジションにおいて形成させる工程;
(b)第2の流体からなる第2の流体ジェットを第2の排出ポジションにおいて形成させる工程;および
(c)前記第1と第2の流体ジェットが互いに衝突し、これによって第1と第2の流体が混ざり合うよう、1〜20旋回を有するアルキメデスの螺旋に従ってそれぞれの流体ジェットを互いに螺旋状に包む工程;
を含む、少なくとも第1と第2の流体を混合するための方法。 - 前記アルキメデスのスパイラルが1.05〜1.5旋回を有する、請求項28に記載の方法。
- 前記アルキメデスのスパイラルが3〜10旋回を有する、請求項28に記載の方法。
- 前記第1の流体ジェットと前記第2の流体ジェットを渦巻き状にする、請求項28に記載の方法。
- 第1の流体がアミンを含んで、第2の流体がホスゲンを含むか、あるいは第1の流体がホスゲンを含んで、第2の流体がアミンを含む、請求項28に記載の方法。
- 請求項27に記載の混合方法に次いで、混合されたアミンとホスゲンとを反応させる工程を含む、イソシアネートを製造するための方法。
- 請求項32に記載の混合方法に次いで、混合されたアミンとホスゲンとを反応させる工程を含む、イソシアネートを製造するための方法。
- メチレンジフェニルジイソシアネートとそのポリマー変性体、トルエンジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート、1,4-ジイソシアネートベンゼン、キシレンジイソシアネート、フェニルイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,6-ジイソシアネートヘキサン、および4,4’-ジイソシアネートジシクロ-ヘキシルメタンからなる群から選択されるイソシアネートを製造するための、請求項33に記載の方法。
- メチレンジフェニルジイソシアネートとそのポリマー変性体、トルエンジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート、1,4-ジイソシアネートベンゼン、キシレンジイソシアネート、フェニルイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,6-ジイソシアネートヘキサン、および4,4’-ジイソシアネートジシクロ-ヘキシルメタンからなる群から選択されるイソシアネートを製造するための、請求項34に記載の方法。
- 歯を備えた可動性キャリッジからなる洗浄用デバイスをさらに含む、請求項1に記載の装置。
- ノズルサブアセンブリのボディ部分が湾曲形状物に変更されている、請求項1に記載の装置。
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