JPH06170197A

JPH06170197A - 流体混合装置

Info

Publication number: JPH06170197A
Application number: JP4358878A
Authority: JP
Inventors: Yusaku Ariki; 勇作有木
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1992-12-08
Publication date: 1994-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】３種類以上の流体を、短時間で均一に混合す
る。【構成】外郭管体１と内筒体２とが同心的に構成さ
れ、第１流体Ｇ_１を外郭管体１内へ供給し、外郭管体の
内壁面と内筒体の外周面との間の流体混合域３の上流側
において、内筒体２の吹き出し口２１から第２の流体Ｇ
_２を、外郭管体１の管壁１ａに設けた吹き込み口３１か
ら第３の流体Ｇ_３を供給する。【効果】流体混合域３は、水力相当直径Ｄｅが小さい
から、充分に均一な混合状態を得るのに必要な流路距離
を短くできる。依って、爆発範囲内の組成の形成時間が
短縮するので安全性に優れ、副生成物の生成が抑制され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】３種類以上の流体を混合する必要
性はしばしば認められ、例えば、気相反応ではエチレン
のオキシクロリネーション反応、気液反応ではエチレン
の塩素化反応等が挙げられる。前者のオキシクロリネー
ション反応では、原料のエチレンガスと酸素ガスとを混
合する過程で、爆発範囲内の組成が過渡的に形成される
ことが不可避である。他方、後者のエチレンの塩素化反
応では、二塩化エタン液中にエチレンガスと塩素ガスと
を混合する過程で、副生成物である１，１，２−トリク
ロルエタンが不可避的に生成する。

【０００２】従って、オキシクロリネーション反応にお
いては、ガスの混合を迅速に行わせて、爆発範囲内の組
成が過渡的に形成する期間を短縮することが重要であ
り、エチレンの塩素化反応においては、二塩化エタン液
中へエチレンガス及び塩素ガスを迅速に混合，溶解させ
て、副生成物の生成を抑制することが重要である。本発
明は、このような観点に基づき、３種類又はそれ以上の
流体を、短時間で均一に混合することを目的とする装置
に関する。

【０００３】なお、本明細書の記述中、上流・下流と
は、混合装置内における第１の流体の流動方向を基準と
するものとする。

【０００４】

【従来の技術】従来、２種類のガスを混合するには、図
８に示すような、主管体５１の内部に供給ノズル５２を
設けた構造の混合装置５０が用いられている。この混合
装置５０は、主管体５１を流れる第１のガスＧ_１中に、
供給ノズル５２から第２のガスＧ_２を吹き出させること
により、下流側で均一な混合ガスを得ようとするもので
ある。

【０００５】一般に、上述したような構造の混合装置５
０では、２種類のガスの充分に均一な混合状態を得るの
に、供給ノズル５２の吹き出し口５３以降の主管体５１
の管長（Ｌ）を内径（Ｄ）の少なくとも１０〜１５倍程
度としなくてはならない。これは、供給ノズル５２から
供給される第２のガスＧ_２が、主に主管体５１の中央部
を流れて拡散が進行しにくいためである。このような現
象は、特に、気体と液体とを扱う気液混合の場合に顕著
に現れ、ガスの吹き抜け現象として知られている。

【０００６】しかるに、充分に均一なガスの混合状態が
得られるまでの過渡的期間内には、爆発性混合ガスや副
反応物の生成が引き起こされる。依って、上記期間の長
さと比例関係にある管長Ｌの値は、できるだけ小さくす
ることが望ましい。

【０００７】そこで、主管体５１内に供給ノズル５２の
吹き出し口５３よりも下流側へ障害物を挿入し、ここへ
流入ガスを衝突させて分散を図ることにより、充分に均
一な混合状態を得るのに必要なＬ／Ｄ比の値を小さくす
ることが提案されている。しかし、この方式によっても
なお、管長Ｌは内径Ｄの約５〜１０倍程度が必要であっ
た。

【０００８】特開昭５６−５３７３３号には、図９に示
す如き、多管式熱交換器型の混合装置６０が記載されて
いる。当該混合装置６０は、第１の流体Ｇ_１が供給され
る胴６１の内部を、２枚の管板６２，６３で区画すると
共に、この区画された空間６４を貫通する多数の細管６
５を、管板６２，６３で胴６１に固定したものである。
胴６１には、上記区画空間６４へ第２の流体Ｇ_２を供給
する供給口６７が設けられており、また各細管６５には
小孔６６が穿設されている。かかる構成により、当該混
合装置６０は、胴６１内へ第１の流体Ｇ_１を供給すると
共に、区画空間６４内へ第２の流体Ｇ_２を供給し、各細
管６５内を流通する第１の流体Ｇ_１中へ小孔６６から第
２の流体Ｇ_２を流入させることにより、両者の混合を行
う。

【０００９】ところで、管体内での流体混合において
は、一般に、レイノルズ数が１０，０００以上であれ
ば、その混合度合は、管長Ｌと管内径Ｄとの比Ｌ／Ｄの
値により支配されることが知られている。このことか
ら、同程度の混合度合を得るのに必要な管長Ｌの絶対値
は、管内径Ｄが小さいものほど短くて済むことになる。
上記混合装置６０は、この原理に基づき、管内径の小さ
い細管６５内で流体混合を行わせることにより、均一混
合に必要な管長を短くして、均一な混合状態に達するの
に要する時間を短縮し、以て、爆発範囲内の組成が過渡
的に形成されたり副反応が生じたりする期間及び領域の
縮小化を図っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記多管式熱交換器型
の混合装置６０は、次のような問題点を有している。ま
ず第１に、細管６５によって、得られる混合ガスの組成
にばらつきが生ずるおそれがあるということである。前
記従来の混合装置６０では、第１流体Ｇ_１と第２流体Ｇ
_２との混合を、個々の細管６５ごとに独立に行ってい
る。それ故、各細管６５ごとの混合ガスの組成は、各細
管６５におけるガスの流入比率で決まる。正常時には、
どの細管６５から流出する混合ガスも同一組成となるよ
う設定されている。しかしながら、例えば腐食性のガス
を原料とした場合、装置６０の稼働中に細管６５の小孔
６６が不均一に拡大し、その結果、細管６５内へ流入す
る流体の供給比率に変動を来す。逆に、原料としてスケ
ーリングを起こし易い流体を使用した場合には、細管６
５の小孔６６に不均一な目詰まりが生じ、同様の理由
で、流体の混合比率が変動する。

【００１１】このように、前記従来の混合装置６０は、
全ての細管６５について流体の供給比率を均一に保つこ
とが困難である。そのため、個々の細管６５を単独に見
れば、流体混合がなされているとしても、細管６５ごと
には組成のばらつきが生じ、全体的に見て、均一な混合
状態が得られないという問題を有している。

【００１２】第２の問題は、３種類以上の流体を均一に
混合するのが困難であるという点である。前記従来装置
６０では、第３の流体Ｇ_３を混合するために、胴６１の
側壁上流部に第３流体Ｇ_３用の供給口６８を設けてい
る。けれども、このような構成では、内径の大きい胴６
１内において、第３流体Ｇ_３を第１流体Ｇ_１中へ流入さ
せることになるから、胴６１の上流側が充分に長いもの
でない限り、第１流体Ｇ_１と第３流体Ｇ_３とを、細管に
流入するまでの間で、均一に混合させることは難しい。
つまり、前記従来の混合装置６０は、３種類の流体の均
一混合が実質的に不可能と言わねばならなかった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来装置
の問題点に鑑み、それらを改良除去したものである。本
発明が、前記第１の問題点を解決すべく採用した、２種
類の流体混合を対象とする流体混合装置の構成の特徴と
するところは、第１の流体の流入口を備えた外郭管体
と、前記外郭管体の内部に同心的に設けられた内筒体と
からなり、外郭管体の内壁面と内筒体の外周面との間隙
が流体混合域となされ、流体混合域の上流側において、
前記内筒体又は前記外郭管体の管壁に、第２の流体の吹
き出し口又は吹き込み口が設けられていることである。

【００１４】さらに、前記第２の問題点をも解決すべ
く、３種類の流体混合を対象として、本発明が採用した
流体混合装置の構成の特徴とするところは、第１の流体
の流入口を備えた外郭管体と、第２の流体の流入部を備
え前記外郭管体の内部に同心的に設けられた内筒体とか
らなり、外郭管体の内壁面と内筒体の外周面との間隙が
流体混合域となされ、流体混合域の上流側において、前
記内筒体に第２の流体の吹き出し口が設けられていると
共に、前記外郭管体の管壁に第３の流体の吹き込み口が
設けられていることである。

【００１５】

【作用】管体を用いた流体混合において、充分に均一な
混合状態を得るためには、一般に大きい値のＬ／Ｄ比
（管長／内径）が必要である。これは、前述したよう
に、管体中央部における吹き抜けが、流体の混合性を著
しく阻害するからである。本発明者は、この点に着目
し、流体混合を行う外郭管体の内部に、内筒体を同心的
に配設した。この構成に基づき、本発明装置では、流体
の管体中央部における流体の吹き抜けが阻止され、外郭
管体の内壁面付近でのみ流体の混合が行われる。すなわ
ち、外郭管体に供給された第１の流体は、外郭管体と内
筒体との間の流体混合域を流通し、この流体混合域の上
流側において、２種類の流体混合の場合には、内筒体の
吹き出し口又は外郭管体の管壁の吹き込み口のいずれか
一方から第２の流体が、（３種類の流体混合の場合に
は、内筒体の吹き出し口から第２の流体が、外郭管体の
管壁に設けた吹き込み口から第３の流体が、それぞれ）
第１の流体に混合される。

【００１６】流体混合域は、内外が固定壁面で囲まれた
環状の空間であり、４×（流路の断面積）／（流路断面
の流体に接する浸辺長）で定義される水力相当直径Ｄｅ
は、外郭管体の内径よりも小さい値である。従って、外
郭管体内に内筒体を設けない場合に比べると、かなり短
い管長Ｌの外郭管体で、充分に均一な流体の混合状態を
得ることが出来る。故に、流体を充分に均一な混合状態
とするのに必要な時間を短縮することができる。

【００１７】請求項２に記載した構成の混合装置では、
流体混合域の上流側において、内筒体から第２の流体
を、外郭管体の管壁から第３の流体を、それぞれ第１の
流体に供給する。依って、３種類の流体の同時混合が可
能であるから、３種類の流体を扱う場合でも、これらを
確実に均一な混合状態とすることができる。

【００１８】

【実施例】以下、３種類の流体混合を対象とする場合に
ついて、本発明に係る流体混合装置の具体的な態様を、
図面を用いて説明する。（第１実施例）図１に示す流体混合装置Ａは、円筒状の
外郭管体１内に、両端が閉塞された中空円筒形の内筒体
２を、支持材４で同心的に取り付けたものである。外郭
管体１の管壁１ａの内壁面と内筒体２の外周面２ａとの
間の間隙空間は、流体混合域３とされる。外郭管体１
は、上流側及び下流側の各端部が閉塞板１２，１４で閉
塞され、各閉塞板１２，１４には、それぞれ第１の流体
Ｇ_１の流入口１１及び混合流体Ｇ_５の送出口１３が備え
られている。これら流入口１１及び送出口１３には、そ
れぞれ第１流体Ｇ_１の供給用導管及び混合流体Ｇ_５の送
出用導管（図示省略）が接続される。内筒体２には、第
２の流体Ｇ_２の供給用導管２０が取り付けられる。ま
た、前記流体混合域３の上流側に臨むように、第２流体
Ｇ_２の吹き出し口２１が形成されている。一方、外郭管
体１の管壁１ａには、上記吹き出し口２１とほぼ対向す
る位置に、第３の流体Ｇ_３の吹き込み口３１が形成され
ている。そして、外郭管体１の外周面には、当該外周面
との間に閉塞された間隙空間３０ａを形成して前記吹き
込み口３１を被覆する補助管体３０が同心的に装着され
ている。該補助管体３０には、第３の流体Ｇ_３の供給部
３２が設けられている。

【００１９】なお、前述の説明において、第１乃至第３
の流体及び混合流体の流入口１１，送出口１３，吹き出
し口２１及び吹き込み口３１については、単なる開口で
あってもよいが、それらをノズルとすることも可能であ
る。また、内筒体２における第２流体Ｇ_２の吹き出し口
２１及び外郭管体１における第３流体Ｇ_３の吹き込み口
３１は、少なくとも軸対称に各２個ずつ開設すればよい
が、円周方向及び／又は軸方向に沿って、複数個を適宜
間隔に設けることも妨げない。さらに、第２流体Ｇ_２の
吹き出し口２１と第３流体Ｇ_３の吹き込み口３１の位置
は、必ずしも図示した通りに対向させる必要はなく、開
口位置を軸方向に多少ずらしても差し支えない。なお、
上記の開口又はノズルの開口面積については、均一な混
合流体をできるだけ短時間で得るという観点から、実施
条件に即して適宜設定すればよく、特に制限はないが、
通常は、口径が３〜３０ｍｍの範囲とされる。

【００２０】外郭管体１の上流側端部及び下流側端部に
それぞれ設けられる閉塞板１２，１４については、第１
流体Ｇ_１の供給用導管及び混合流体Ｇ_５の送出用導管
（いずれも図示せず）の直径を、外郭管体１の内径Ｄと
等しくすることにより、これらを省略することが可能で
ある。同様に、内筒体２の外径ｄと、これに接続される
第２流体Ｇ_２の供給用導管２０の直径とを等しくするこ
とにより、下流側の蓋の省略が可能である。なお、この
第２流体の供給用導管２０を内筒体２へ接続する位置
は、図示した下流端部に限定されるのではなく、流体の
流通を著しく阻害するのでない限り、任意に変更可能で
ある。さらに内筒体２は、両端を閉塞する蓋及び底を一
体成形したものであってもよいが、平板状あるいは皿状
の部材を別に製作し、それらを蓋又は底として、内筒体
２へ取り付ける構造としてもよい。

【００２１】このように構成された本発明に係る流体混
合装置Ａは、まず第１流体Ｇ_１を流入口１１から外郭管
体１内へ供給し、次いで導管２０を通じて内筒体２に供
給した第２流体Ｇ_２を吹き出し口２１から流体混合域３
内へ流入させると同時に、補助管体３０内へ供給した第
３流体Ｇ_３を外郭管体１の吹き込み口３１から当該流体
混合域３内へ流入させる。これら３種の流体は、流体混
合域３を流通してその末端に到達するまでの間に均一な
混合状態となる。得られた混合流体Ｇ_５は、送出口１３
から送り出される。

【００２２】ところで、充分な均一混合を達成し且つそ
れに要する時間をできるだけ短くするには、言い換える
と、流体混合域３を形成している内筒体２の必要長さ１
を最短とするためには、下記のような条件設定が望まし
いと考えられる。即ち、外郭管体１の内径をＤ、内筒体
２の外径をｄとしたときに、両者の比ｄ／Ｄの値を、
０．５〜０．８５の範囲とする。

【００２３】Ｄｅ＝４×（流路の断面積）／（流路断面
の流体が接する浸辺長）で定義される水力相当直径Ｄｅ
の値は、本実施例の如く、流体混合域３が同心二重円管
の間隙空間である場合、流体混合域３の断面積Ｓ＝π（Ｄ^２−ｄ^２）／４浸辺長Ｍ＝π（Ｄ＋ｄ）であるから、Ｄｅ＝４Ｓ／Ｍ＝４×π（Ｄ^２−ｄ^２）／４・π（Ｄ＋
ｄ）＝Ｄ＝ｄで与えられる。しかるに、流体の均一な混合状態を得る
には、一般に、流体混合域３の長さが水力相当直径Ｄｅ
の１０〜１５倍程度であることを要する。ここでｄ／Ｄ
の値を０．５とすると、ｄ＝０．５ＤであるからＤｅ＝
Ｄ−ｄ＝０．５Ｄとなる。依って、流体混合域３の必要
長さ（＝内筒体２の必要長さｌ）は、水力相当直径Ｄｅ
の１０〜１５倍であることより、１０・０．５Ｄ〜１５
・０．５Ｄ、つまり外郭管体１の内径Ｄの５〜７．５倍
となる。これの意味するところは、内筒体２を持たない
従来の混合装置（図８参照）においては、管体の混合域
以降の長さを、その内径の１０〜１５倍としなくてはな
らなかったのに対し、本発明によれば、外郭管体１にお
ける流体混合域３の長さを、外郭管体１の内径Ｄの５倍
程度、最長でも７．５倍程度にすれば済む（ｄ／Ｄ＝
０．５のとき）ということである。なお、ｄ／Ｄの値が
小さいほど水力相当直径Ｄｅの値が大きくなり、圧力損
失は減少するが、ｄ／Ｄが０．５未満であると、流体混
合域３の必要長さ（＝内筒体２の長さｌ）が、外郭管体
１の内径Ｄの７．５倍、最短でも５倍を越えるため、内
筒体２を設けたことによる管長短縮化の効果が薄れ、短
時間で均一な流体の混合状態を得るという本発明の目的
に反することになる。依って、ｄ／Ｄの値は、０．５以
上とする。

【００２４】逆に、ｄ／Ｄの値を０．８５としたときに
は、流体混合域３の水力相当直径Ｄｅが非常が小さくな
る（Ｄｅ＝０．１５Ｄ）ので、流体の均一混合に必要な
流体混合域３の長さ（＝内筒体２の長さｌ）は、外郭管
体１の内径Ｄのわずか１．５〜２．２５倍（内筒体２の
外径ｄの約１．８〜２．７倍）程度で充分となり、管長
の短縮化効果は非常に大きい。しかしながら、ｄ／Ｄの
値が０．８５を越えた場合には、圧力損失が非常に高く
なるため、実用に適しなくなる。

【００２５】上に述べたような条件から、ｄ／Ｄの値
は、０．５以上０．８５以下の範囲内（最適には０．６
乃至０．７の範囲内）に設定するのが好ましいことが理
解される。また内筒体２の長さｌと外径ｄとの比ｌ／ｄ
についても、場合によっては、わずか１．８程度で充分
であることがわかる。

【００２６】なお、３種類の流体を混合するにあたり、
どの流体を第１，第２，第３とするかは、実施条件に応
じて最適となるよう決定される。例えば、上記装置Ａで
エチレンのオキシクロリネーション反応を行う場合であ
れば、第１の流体Ｇ_１を塩化水素、第２の流体Ｇ_２をエ
チレン、第３の流体Ｇ_３を酸素とする。

【００２７】（第２実施例）図２に示す混合装置Ｂは、
内筒体２の上流側を開放端とし、これを第２の流体Ｇ_２
の吹き出し口２１とした例である。本実施例は、吹き出
し口２１の口径を、内筒体２の外径と等しくした場合と
見ることもできる。各流体の流速を適当に設定すること
により、吹き出し口２１から流出させた第２流体Ｇ
_２を、第１流体Ｇ_１の流れに乗せて、流体混合域３内へ
流入させることができる。また第１流体Ｇ_１を内筒体２
内へ流入させることもない。

【００２８】また本実施例では、外郭管体１の外周面の
補助管体を省略して、第３流体Ｇ_３の供給部３２に、直
接、導管（図示せず）を接続する構成となした。

【００２９】（第３実施例）図３の混合装置Ｃは、内筒
体２の上流側端面に第２流体Ｇ_２の導管２０を接続する
と共に、流体混合域３の上流部において、内筒体２の吹
き出し口２１とほぼ対向する位置へ、複数の吹き込み口
３１を有する環状パイプ３４を設け、外郭管体１の管壁
１ａを貫通させた第３流体Ｇ_３の供給部３２を当該環状
パイプ３４に接続したものである。従って、この混合装
置Ｃでは、流体混合域３において、供給部３２から供給
される第３の流体Ｇ_３を、環状パイプ３４の吹き出し口
３１から噴出させることにより、迅速な分散を図ってい
る。なお、環状パイプ３４からの第３流体Ｇ_３の噴出方
向は、特に制限されない。

【００３０】（第４実施例）図４に示す混合装置Ｅは、
主として、エチレンの塩素化反応のような気液混合を目
的とするものである。本実施例の混合装置Ｅは、第１流
体Ｇ_１の流入口１１を下、混合流体Ｇ_５の送出口１３を
上とする竪状態に設置して使用される。内筒体２は、そ
の下部（上流側）及び上部（下流側）の両端をいずれも
開放端部となすと共に、上部に円錐台状の絞り部２２を
形成して、上部の流入口２３を下部の吹き出し口２１よ
りも小径となしている。外郭管体１の外面に設けられる
補助管体３０は、内部が軸方向に上下２分割され、各区
画ごとに流体の供給部３２，３２が設けられると共に、
各々に異なる流体Ｇ_３，Ｇ_４の供給用導管（図示せず）
が接続される。また、上記区画ごとに、外郭管体１の管
壁１ａに流体の吹き込み口３１，３１が形成されてい
る。

【００３１】上述の如く構成された混合装置Ｅによりエ
チレンの塩素化反応を行う場合は、まず、外郭管体１中
に、第１流体Ｇ_１として二塩化エタン液を供給して充填
し、次いで、一方の吹き込み口３１からエチレンガスＧ
_３を、他方の吹き込み口３１から塩素ガスＧ_４を、それ
ぞれ流体混合域３へ供給する。すると、流体混合域３に
おいてガスの浮力による上昇流が生じ、他方、内筒体２
の内部では下降流が生じ、管体内で安定な循環流が形成
される。このように、当該装置Ｅは、ガスリフト効果を
利用して流体混合を行う。二塩化エタン液中にエチレン
ガス及び塩素ガスを吹き込むことにより生成する二塩化
エタンガス，副生成ガス，未反応ガス及びその他のガス
よりなる混成ガスＧ_５は、外郭管体１の送出口１３より
送出される。

【００３２】なお、内筒体２上部に形成した円錐台状の
絞り部２２は、反応生成物である二塩化エタンガスや未
反応ガス等が、内筒体２内の下降流に巻き込まれるを防
止する機能を有している。

【００３３】ところで、上記の例では、第１の流体Ｇ_１
として外郭管体１内へ供給される二塩化エタンが、内筒
体２へも供給される。従って、本実施例は、第１の流体
Ｇ_１と第２の流体Ｇ_２とを共通とし、エチレンを第３の
流体Ｇ_３、塩素を第４の流体として扱った例と見ること
ができる。

【００３４】（第５実施例）図５に示す混合装置Ｆは、
外郭管体１を曲管とし、第１の流体Ｇ_１の流入口１１か
ら見て管体１の湾曲が終了した位置を流体混合域３の始
部としたものである。内筒体２は、外郭管体１の外部か
ら同心的に挿入した第２流体Ｇ_２供給用の導管２０によ
り構成され、該導管２０は、下流側端部が閉塞されると
共に、流体混合域３の始部に相当する位置に第２流体Ｇ
_２の吹き出し口２１が設けられている。一方、外郭管体
１にも、流体混合域３の始部付近に第３流体Ｇ_３の吹き
込み口３１が形成されており、この吹き込み口３１を被
覆するように、第３流体Ｇ_３の供給部３２を備えた補助
管体３０が外周面に装着されている。

【００３５】本実施例では、第１流体Ｇ_１が、湾曲した
流路を経て流路混合域３に到達するため乱流が得やす
く、依って、第２及び第３の流体Ｇ_２，Ｇ_３の均一な混
合状態をより短時間で得られるという利点を有する。

【００３６】（その他の実施例）本発明に係る流体混合
装置の具体的な構成は、前記以外に、様々な発展的応用
が可能である。例えば、図６に例示する如く、外郭管体
１と内筒体２とに囲まれた流体混合域３を、軸方向と平
行な邪魔板４０により適数個に等分割し、分割された各
流体混合域３ごとに、第２流体の吹き出し口２１及び第
３流体の吹き込み口３１を臨ませてもよい。

【００３７】あるいは図７に例示する如く、流体混合域
３の途中に、軸に対して垂直、すなわち流体の流動方向
と直交する向きの邪魔板４１を、１枚又はそれ以上の枚
数を設置して、流体の迅速な混合を図ることもできる。

【００３８】さらに、２種類の流体混合を対象とする場
合には、内筒体２の吹き出し口２１又は外郭管体１の管
壁の吹き込み口３１のいずれか一方だけを備えてあれば
よい。

【００３９】また、外郭管体１及び内筒体２の断面形状
は、実施例に示す円形に限られるのではなく、混合状態
に不均一をもたらさない範囲で、任意に変更し得る。

【００４０】このように本発明は、実施の条件に即した
種々の変更を妨げるものではない。

【００４１】（試験例１）図１に示す混合装置Ａを用い
て下記のガス混合試験を行った。使用した混合装置Ａ
は、外郭管体１の内径Ｄが２９８ｍｍ、内筒体２の外径
ｄが２００ｍｍ，長さｌが１０００ｍｍである。内筒体
２は、上流端から１００ｍｍの位置に、孔径１０ｍｍの
第２流体吹き出し口２１を円周方向に等間隔で２０個有
している。一方、外郭管体１は、内筒体２の上流端から
１５０ｍｍの位置に、孔径１０ｍｍの第３流体吹き込み
口３１を円周方向に等間隔で２０個有している。なお、
外郭管体１の外周に装着された補助管体３０の外形は３
７１ｍｍである。以上のデータより、ｄ／Ｄ＝２００／２９８＝０．６７ｌ／ｄ＝（１０００−１００）／２００＝４．５ｌ／Ｄｅ＝（１０００−１００）／（２９８−２００）
＝９．２となる。

【００４２】第１，第２及び第３のガスには、それぞれ
湿った空気を用いた。またガスの混合程度を測定するた
め、トレーサーガスとして、第２ガスの空気にエチレン
ガス（Ｃ_２Ｈ_４）を微量（０．１０３％）混入し、第３
ガスの空気にメタンガス（ＣＨ_４）を微量（０．１０５
％）混入させた。各ガスの供給量は、第１ガスが８００
ｍ^３／時、第２ガスが１００ｍ^３／時、第３ガスが１０
０ｍ^３／時である。

【００４３】流体の混合度合の測定は、内筒体２の下流
端部における直径２５０ｍｍの円周上で、等間隔に８箇
所からサンプリングして行った。

【００４４】上記装置を３日間連続稼働させたのち、エ
チレンＣ_２Ｈ_４濃度を測定したところ、最高値が０．０
１１５％、最低値が０．００９２％、平均値は０．０１
０６％であった。一方、メタンＣＨ_４濃度を測定した結
果は、最高値が０．０１１８％、最低値が０．００８４
％、平均値は０．００９７％であった。

【００４５】（比較例１）図９に示した特開昭５６−５
３７３３号に記載の多管式熱交換器型混合装置６０を用
いて、ガス混合の比較試験を行った。使用した混合装置
６０は、８本の鋼製細管６５を有するものであって、各
細管は、内径１３ｍｍ、長さ１０００ｍｍであり、直径
２ｍｍの小孔６６が上流端部から１００ｍｍの位置に１
個設けられている。また、第３ガスを供給するため、細
管６５の上流端部よりさらに２００ｍｍ上流位置に、内
径２５ｍｍの導管を取り付けた。胴の内径は１５０ｍｍ
である。以上のデータより、各細管について見れば、ｌ／ｄ＝（１０００−１００）／１３＝６９．２となる。

【００４６】使用したガス及びトレーサーの種類は、前
記試験例１と共通である。即ち、第１，第２及び第３の
ガスそれぞれに湿った空気を用い、ガスの混合程度を測
定するためのトレーサーガスとして、第２ガスの空気に
エチレンガス（Ｃ_２Ｈ_４）を微量（０．１０３％）混入
し、第３ガスの空気にメタンガス（ＣＨ_４）を微量
（０．１０５％）混入させた。各ガスの供給量は、第１
ガスが８ｍ^３／時、第２ガスが１ｍ^３／時、第３ガスが
１ｍ^３／時である。

【００４７】装置を３日間連続稼働させたのち、細管全
本数についてそれぞれの下流端位置でエチレンＣ_２Ｈ_４
濃度を測定したところ、平均値は０．０１２４％であっ
たが、最高値が０．０２３３％、最低値が０．０００５
％と、両者の差が大きいばかりでなく、濃度分布のばら
つきも非常に大きかった。また、最低値を示した細管に
おいては、小孔の目詰まりが認められた。

【００４８】一方メタンＣＨ_４濃度についても、平均値
は０．０１４４％であったが、最高値が０．０２４８
％、最低値が０．００１５％と、両者の差が大きいう
え、濃度分布のばらつきも大きかった。なお上記の最低
値を示した細管は、胴の近くに位置するものであった。

【００４９】（比較例２）比較例１と同様の特開昭５６
−５３７３３号に記載の多管式熱交換器型であるが、そ
れよりも大型の混合装置６０を用いてガス混合の比較試
験を行った。本比較試験で使用する混合装置６０は、１
５本の鋼製細管６５を有するものであって、各細管は、
内径５２ｍｍ、長さ１０００ｍｍであり、直径１２．７
ｍｍの小孔６６を上流端部から１００ｍｍの位置に１個
有している。また、第３ガスを供給するため、細管６５
の上流端部よりさらに２００ｍｍ上流位置に、内径５０
ｍｍの導管を取付けた。胴の内径は３７１ｍｍである。
以上のデータより、各細管について見れば、ｌ／ｄ＝（１０００−１００）／５２＝１７．３となる。

【００５０】使用したガス及びトレーサーの種類は、前
記試験例１および比較例１と共通である。即ち、第１，
第２及び第３のガスそれぞれに湿った空気を用い、ガス
の混合程度を測定するためのトレーサーガスとして、第
２ガスの空気にエチレンガス（Ｃ_２Ｈ_４）を微量（０．
１０３％）混入し、第３ガスの空気にメタンガス（ＣＨ
_４）を微量（０．１０５％）混入させた。各ガスの供給
量は、第１ガスが８００ｍ^３／時、第２ガスが１００ｍ
^３／時、第３ガスが１００ｍ^３／時である。

【００５１】装置を３日間連続稼働させたのち、細管全
本数についてそれぞれの下流端位置でエチレンＣ_２Ｈ_４
濃度を測定した。測定結果の平均値は０．０１０９％で
あり、最高値が０．０１２４％、最低値が０．００８４
％と、両者の差は比較例１に比べると小さいが、本発明
に係る試験例１よりは大きい。また、中央部に位置する
細管は高いエチレン濃度を示し、周辺部に位置する細管
は低いエチレン濃度を示す傾向が見られた。

【００５２】一方メタンＣＨ_４濃度については、平均値
は０．０１２４％であったが、最高値が０．０３６５
％、最低値が０．００４１％であり、両者の差が大きい
のみならず、濃度分布のばらつきも大きかった。また、
高いメタン濃度を示した細管は、第３ガスの供給用導管
の近くに位置するものであった。このことから、第３ガ
スは、細管へ流入するまでの間で、第１流体中への充分
に均一な混合がなされていないと結論される。

【００５３】以上の試験結果から、本発明に係る流体混
合装置は、３種類の流体の充分に均一な混合が状態が得
られているのに対し、従来の混合装置では、細管ごとに
混合度合にばらつきが生じ、均一な混合状態を得ること
が出来ないことがわかる。

【００５４】

【発明の効果】本発明に係る流体混合装置は、２種類の
流体はもとより、３種類以上であっても、流体の充分に
均一な混合を、短い距離の流体混合域内において確実に
行うことができる。依って、均一混合状態に達するまで
の過渡的期間が短くなるから、例えばエチレンのオキシ
クロリネーション反応においては、爆発範囲内の流体組
成が形成される時間が減縮し、安全性が向上する。ま
た、エチレンの塩素化反応においては、副生成物の生成
が抑制され、収率の向上がもたらされる。

【００５５】また、本発明に係る流体混合装置は、構造
が簡単なうえ、圧力損失が小さいから、きわめて実用性
が高い。しかも、腐食性ガスやスケーリングを起こし易
い流体に対しても、安定した混合性能を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すものであって、流体
混合装置の構成を概略的に示す側面断面図である。

【図２】本発明の第２実施例を示すものであって、流体
混合装置の構成を概略的に示す側面断面図である。

【図３】本発明の第３実施例を示すものであって、流体
混合装置の構成を概略的に示す側面断面図である。

【図４】本発明の第４実施例を示すものであって、流体
混合装置の構成を概略的に示す側面断面図である。

【図５】本発明の第５実施例を示すものであって、流体
混合装置の構成を概略的に示す側面断面図である。

【図６】本発明のその他の実施例を示すものであって、
外郭管体の軸に対して垂直な断面における流体混合装置
の構成を概略的に示す断面図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例を示すものであっ
て、流体混合装置の構成を概略的に示す側面断面図であ
る。

【図８】従来の流体混合装置の構成の概略を示す側面断
面図である。

【図９】特開昭５６−５３７３３号公報に記載された従
来の流体混合装置を示す側面断面図である

【符号の説明】

Ａ流体混合装置１外郭管体１ａ外郭管体の管壁２内筒体３流体混合域１１第１の流体の流入口１３混合流体の送出口２１第２の流体の吹き出し口３１第３の流体の吹き込み口Ｄ外郭管体の内径ｄ内筒体の外径ｌ内筒体における吹き出し口以降の長さＧ_１第１の流体Ｇ_２第２の流体Ｇ_３第３の流体Ｇ_４第４の流体Ｇ_５混合流体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の流体の流入口を備えた外郭管体
と、前記外郭管体の内部に同心的に設けられた内筒体と
からなり、外郭管体の内壁面と内筒体の外周面との間隙
が流体混合域となされ、流体混合域の上流側において、
前記内筒体又は前記外郭管体の管壁に、第２の流体の吹
き出し口又は吹き込み口が設けられていることを特徴と
する流体混合装置。
【請求項２】第１の流体の流入口を備えた外郭管体
と、第２の流体の流入部を備え前記外郭管体の内部に同
心的に設けられた内筒体とからなり、外郭管体の内壁面
と内筒体の外周面との間隙が流体混合域となされ、流体
混合域の上流側において、前記内筒体に第２の流体の吹
き出し口が設けられていると共に、前記外郭管体の管壁
に第３の流体の吹き込み口が設けられていることを特徴
とする流体混合装置。
【請求項３】前記外郭管体の内径をＤ、前記内筒体の
外径をｄとしたときに、両者の比ｄ／Ｄが０．５〜０．
８５である請求項１又は２に記載の流体混合装置。
【請求項４】前記外郭管体の管壁に、異なる種類の流
体の供給用導管が接続される複数の吹き込み口が設けら
れている請求項１，２又は３に記載の流体混合装置。