JP2007532722A - 垂直回転流動床を用いた触媒重合方法 - Google Patents

垂直回転流動床を用いた触媒重合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】流動床中での触媒重合方法
【解決手段】反応流体は円筒形反応装置（2）の側壁（3）に沿って分布した開口（7）を通って接線状に注入され、中央通路（8）に沿って分布した開口（9）を通して取り出される。流体は遠心力によって十分に速く回転され、ポリマー粒子は反応装置隔壁に沿って固定された一連の螺旋状旋回部材（13）に向かって押され、その隔壁に沿って上昇し、中央通路中には入らないで、隔壁の端部に沿って下降する。

Description

本発明は、円筒形反応装置中を回転する回転流動床中での触媒重合方法に関するものである。
本発明では円筒形反応装置の側壁またはこの側壁に沿って形成された内部ギャラリーから中央通路へ向かって気体または流体の反応流体を接線状に噴射する。中央通路は反応装置の対称軸の周りに反応装置の一端から他端まで延び、均一に分布した流体を排出する開口を有している。
一種または複数の重合すべきモノマーを含む気体または流体状の反応流体混合物を触媒系の存在下で重合し、得られたポリマー粒子を反応流体混合物の上昇運動によって撹拌機を使わずに流体状態を維持する流動層式反応装置（reacteur a lit fluidifie）は公知である。
上記反応流体混合物は反応装置を出る前にポリマー粒子から分離される時には一般には水平な分離界面が区画され、反応流体混合物は通常は気体の形で反応装置の頂部へ向かい、そこから抜き出され、再理理装置で適当に処理された後に、流体状または気体の形で反応装置の底部へ再循環される。
本発明は上記流動層式反応方法および装置を改良するものである。
本発明では、垂直円筒反応装置の側壁から中央通路（une cheminee）の開口へ向かってほぼ水平かつ隔壁に対して接線状に反応流体混合物を注入し、反応流体混合物は垂直円筒反応装置の各水平セクション（trnches horizontales）内を回転しながら移動する。上記中央通路は複数の排出管からなり、互いに異なる反応装置の水平セクショを通った各反応流体混合物を各排出管から別々に取り出され、取り出した各反応流体混合物は独立した別々の精製装置および再循環装置へ送られる。従って、反応装置の互いに異なる水平セクションすなわち帯域中の互いに異なる反応流体混合物の組成および／または温度を維持することができる。
本発明の垂直反応装置は、中央通路から一定間隔の所で中央通路を取り囲む一連の螺旋状旋回部材（spires helicoidales）を有している。この螺旋状旋回部材は反応装置の一端から他端まで存在し、垂直反応装置の側壁に固定されるか、側壁から短い距離の所に固定されていて、回転する反応流体混合物に随伴するポリマー粒子を上方へ駆動する。ポリマー粒子は螺旋状旋回部材の隔壁の間を回転し、その後、螺旋状旋回部材の隔壁の両側の自由空間中を重力によって落下する。
従って、ポリマー粒子は遠心力と垂直流動床の螺旋状旋回部材によって反応装置の円柱形側壁と螺旋状旋回部材と中央通路との間に位置する略円柱形の分離界面との間で濃縮される。すなわち、ポリマー粒子は螺旋状旋回部材の各隔壁の間を上昇し、螺旋状旋回部材の各隔壁の両側で再下降し、従って、螺旋軌道に沿って反応装置の異なるセクションを複数回通ってから排出される。これによって一様なビモダル（bi-modal）またはマルチモダル（multi-modal）な組成物が得られる。
反応装置は水平にすることもできる。この場合には重力の役目を、第１の螺旋状旋回部材と同心で且つそれと逆方向を向いた固定した第２の一連の螺旋状旋回部材が代わりに行なう。すなわち、ポリマー粒子は第１の一連の螺旋状旋回部材の作用で右から左へ移動し、第２の一連の螺旋状旋回部材の作用で左から右へ移動する。粒子の回転速度は遠心力が実質的に重力より大きくなるのに充分なものでなければならない。
本発明では、反応流体混合物が重力のみで流動床中を通過するよりも速い速度で流動床を通るか、ポリマー粒子の密度に近い密度を有する流体を使用するのに適した遠心力を使用し、流動床の面積と厚さの比を従来の流動床の場合の値より一桁高くするのに適したほぼ円柱形をした流動床を使用する。これによって、反応流体の流動床中の滞留時間が短くなり、冷却能力が大きくなり、ポリマー粒子の温度制御が良好にできるようになる。その結果、極めて活性の高い触媒系と濃縮された反応流体混合物とを使用することができ、ポリマー粒子の反応装置中の滞留時間を相対的に短くしても重合速度を速くすることができる。
［図1］は、流体または気体の反応流体混合物中に懸濁した粒子を触媒系の存在下で重合するための円筒形垂直反応装置の断面投影図である。この図には側壁（2）の横断面とその円柱の対称軸（1）とが見える。
この反応装置に反応流体混合物を注入するための装置は、反応装置の側壁の直ぐ近くに配置された円筒部材（3）で図示されている。この円筒部材（3）には多数の孔（4）が形成されている。円筒部材（3）と反応装置の側壁との間の空間は環状隔壁（5）によって複数のセクションに分割されている。各セクションには加圧された反応流体混合物が入口管（6）を介して供給さる。反応流体混合物は多数の孔を有する円筒部材（3）を貫通している噴射管から反応装置中にほぼ水平かつ上記側壁に対して接線状に注入される。［図１］では噴射管の出口（7）が見え、噴射管の入口は図面の裏側にある。噴射は矢印方向すなわち左から右へ行なわれる。
反応流体混合物を取り出す装置は対称軸（1）の周りに配置された中央ノズル（8）で概念的に図示してある。この中央ノズル（8）は反応装置を底部から頂部まで貫通し、その表面に沿って多数の開口（9）が均一に分布しており、回転している流体が反応装置中に迅速かつ容易に入り且つ出口の方へ案内されるような輪郭形状を有している。中央ノズル（8）は隔壁（横断面を（10）で示す）によって互いに独立した帯域に分割され、各帯域は主出口管（8.1）および（8.2）と内側の出口管（11）とを介して外部と連通している。これらの出口管は冷却、精製および／または分離を行なう装置（12）に接続されている。この装置（12）は各再循環流体を取り出した中央ノズル帯域の高さとほぼ同じ高さの所の反応装置の帯域中へ流体を入口管（6）を介して再循環する。すなわち、流体は反応装置のほぼ水平なセクション（trnches horizontales）内を移動し、従って、互いに異なる帯域間の混合を制限することができる。
図示した一連の螺旋状旋回部材（13）は有孔円筒部（3）と中央ノズル（8）との間の円柱状空間内に反応装置の頂部から底部まで存在し、図示していない取り付具を用いて反応装置（2）に固定されている。螺旋状旋回部材の隔壁間の螺旋状空間(以下「上昇螺旋チャネル」（canal hericoidal ascendant）という)内にある高速回転する旋回上昇流の流体に随伴したポリマー粒子は反応装置の頂部へ向かう。
粒子は遠心力によって有孔円筒部の側壁に向かって押される。一連の螺旋状旋回部材と有孔円筒部との間の円柱状自由空間（以下、側面自由空間ともいう）は相対的に薄く、ここでは上昇螺旋チャネル中で持ち上げられたポリマー粒子が重力および遠心力効果によって反応装置の底へ再下降する。
上昇螺旋チャネル中の粒子の回転数（従って、上昇流量）が充分に大きい場合には、上記の薄い円柱状自由空間は全ての粒子を再下降させることはできない。この場合、流体中の懸濁粒子は流動床の表面が円柱状自由空間（以下、中央自由空間ともいう）に達するまで上昇螺旋チャネル中に蓄積する。この円柱状自由空間は螺旋状旋回部材群と中央ノズルとの間に位置した相対的に広い空間である。残りの粒子は反応装置の底部へ再落下し、上昇螺旋チャネル中で回転し、わずかに持ち上げられた流体は使用した入口の近傍に対応する中央ノズルの帯域のレベルへ再落下する。
螺旋状旋回部材はその幅（14）で特徴付けられる。従って、上昇螺旋チャネルの幅と、中央自由空間および側部自由空間の幅（15）、（16）と、これらのピッチ（17）と、各上昇螺旋チャネルを分離している高さ（18）（これは上昇螺旋チャネルの高さでもある）で特徴付けられる。一連の螺旋状旋回部材（17）のピッチが各上昇螺旋チャネルを分離している間隔（18）に等しい場合、一つの連続した一定の螺旋スパイラル曲線が形成される。
［図1］では螺旋状旋回部材のピッチ（17）は上昇螺旋チャネルの高さ（18）より小さい。ポリマー粒子は一つのスパイラルから一つ上のスパイラルへ通過するまでのピッチに対する上昇螺旋チャネルの高さの比に等しい旋回数を経る必要がある。旋回のピッチは上昇螺旋チャネルの高さより大きくすることができ、ピッチの寸法は各スパイラルで変えることができる。一つのスパイラルを反応装置の頂部まで他のスパイラルを外さずに回転させることもできる。
重合触媒または触媒系は一つまたは複数の供給装置（19）を介して反応装置中に供給され、流体中に懸濁したポリマー粒子は反応装置の底部または任意の位置の一つまたは複数の開口（20）を介して取り出すことができる。
中央自由空間は十分に広くなければならず、反応装置中への流体の噴射速度は十分な遠心力が生じるような速度でなければならない。すなわち、流体と流体に随伴された粒子を十分な高い回転数で回転させ、流体が中央ノズルに入る前に粒子と流体とが良く分離され、流動床の分離面が中央ノズルと螺旋状旋回部材群との間の中央自由空間内に形成するのに十分な遠心力が生じるような速度でなければならない。分離面の形状はほぼ円柱形であるが、重力と遠心力とを合せた作用によってポリマー粒子がスパイラルの内側端縁に沿って下降するため螺旋状に波打っている。すなわち、粒子は上昇螺旋チャネル中では螺旋状軌道に沿って上昇し、中央自由空間および側部自由空間中では螺旋状軌道に沿って下降する。
流体中に懸濁したポリマー粒子の量が増加すると、流動床の分離界面が中央ノズルに接近し、粒子が随伴される危険が高くなる。これを防ぐために流動床の分離界面を中央ノズルから充分に離れた間隔に維持するためのポリマー粒子検出器（21）を用いて流体中に懸濁した粒子の排出流量を調整する。
本発明装置には混合流体を再循環させるための互いに分離した複数の回路を備えることができ、それによって反応装置の互いに異なる帯域で異なる温度と組成、従って、異なる重合条件を維持することができる。形成中のポリマー粒子の滞留時間が充分に長く、ポリマー粒子を底部から頂部へそして頂部から底部へ送ることができる場合にはかなり均一なビモダルまたはマルチモダルな組成が得られる
［図1］には中央ノズル中に供給管（22）を挿入し、この供給管（22）に噴射管（23）を接続して、反応装置の選択した帯域に流体を噴射する場合も示してある。
流体の供給装置、排出装置、螺旋状旋回部材は種々の形状および寸法を有することができる。［図2］〜[図6]は互いに組合せて使用可能ないくつかの例を示している。
［図2.a］は反応装置への流体供給装置は噴射管（7）を示す反応装置（2）の中央部分の断面の斜視図である。この噴射管（7）は反応装置の側壁に対向して配置された螺旋ギャラリー（回廊）（24）（25）に沿って均一に分布している。一連の上昇螺旋部材とは逆向きの螺旋ギャラリーは下降螺旋ギャラリーとよばれる。
［図2.b］は同じ反応装置（2）の同じ部分の内部を示す図で、寸法の異なる上昇螺旋状旋回部材（13）とフレアー状（朝顔状）に湾曲した円錐状ノズルとから成る流体排出装置（全部を（31）（32）で示し、横断面図を（33）（34）で示す）とを示している。フレアー状円錐状ノズルは互いに入れ子式に積層されている。
［図2.a］では反応装置に対向して配置された下降螺旋ギャラリーの上側の３つのスパイラルの全体の側面（25）が前面で示してあり、後面で示した他方の螺旋ギャラリーの別の部分が内側側面（24）および中空断面（26）で示してある。この螺旋ギャラリーにはその３回転半毎に配置された入口管（6）を介して流体が供給される。
下降螺旋ギャラリーの容積を最小限度にし、従って、流動床で使用可能な空間を増加させるために、螺旋ギャラリーの高さは広範囲に変えることができる。すなわち、入口管（6）に面した所（28）を最大にし、螺旋ギャラリー中の流体の従って流れが実質的にゼロになる２つの入口管（6）の間の中間部（27）を最少にする。螺旋ギャラリーの幅（29）すなわち２つの螺旋ギャラリーの間の螺旋状自由空間（下降螺旋チャネルとよぶ）の高さ（30）は一定である。
円錐ノズル（31）〜（34）は内側出口管（11）の周りに固定するか、それらの円錐の端部をフレアー部（35）または湾曲部（36）に固定する。各円錐ノズルはフィン（羽根）（図示せず）によって互いに分離され、流体を円錐ノズルの周りを回転させ、反応装置の出口の方へ案内し、流体を確実に一様に分布させる。上下の円錐ノズルを互いに連結するインサート部材（37）を用いて円錐ノズル全体（中央通路という）に剛性が与える。この中央通路が占める空間容積を最小限度に小さくするために、インサート部材（37）に接近するにつれて円錐ノズルの直径を小さくして、内部を上昇または下降する流体の流量を少なくする。矢印（41）、（42）は前面では流体が右から左に移動し、後面では流体が左から右へ移動することを示している。
各装置の寸法は反応装置の各帯域で変えることができる。すなわち、［図2.a］［図2.b］で星印で囲んだ枠（38）の内部（内側管（11.1）、（11.2）の両端円錐部材（35）、（36）の間に積層して取付、収容された円錐ノズルを介して取り出すための反応装置の中間部部分）では、上昇螺旋状旋回部材のピッチ（17.1）、下降螺旋ギャラリーの高さ（27.1）（28.1）、下降螺旋チャネルの高さ（30.1）および入口管の直径を大幅に小さくすることができる。すなわち、この帯域（分離帯域または遷移帯域（transition zone）という）を流れるポリマー粒子の旋回数を増加させて反応装置の下側帯域と上側帯域との間の移送時間を短くし、他の帯域に移る前に望ましくない流体を除く。さらに、上記枠（31）内の上昇螺旋状旋回部材（13.1）は外側で中央の方へ幅（39）が狭くなっており、内側でも幅（40）が狭くなっていて、全ての粒子が拡大された側面自由空間中に落下し、狭くした中央自由空間中への落下を阻止し、上側帯域の流動床の界面近傍にある粒子の移送を遅らせる。
［図2］の反応装置の螺旋ギャラリーは第１の螺旋状旋回部材とは反対の向きをした第２の一連の螺旋状旋回部材を有しているので、垂直より水平にすることができる。この場合、下降螺旋チャネルは外側螺旋チャネルまたは側部螺旋チャネルとよぶことができ、上昇螺旋チャネルは内側螺旋チャネルまたは中央螺旋チャネルとよぶことができる。これら２つのチャネルの寸法は、これらチャネル中の粒子の流れがほぼ等しくなるように調整しなければならない。すなわち、ポリマー粒子が反応装置の上部へ持ち上げられた時の重力効果によるポリマー粒子の遅れ（relentissement）と、逆に、ポリマー粒子が下側部分中を下降するときに加わるポリマー粒子への加速とを考慮する必要がある。すなわち、これによって流動床の上部と下部で厚さに相違が生じ、その差は回転速度が小さいほど大きくなる。そのため反応装置の円柱形対称軸から中央通路をズラし、螺旋状旋回部材の円柱対称性を変えることが必要になる。また、シャットダウン時にポリマー粒子が中央通路中に落下するのを防ぐために、全ての開口を下向きに開口させる必要がある。
［図３］はインサート部材（37）の下部の３つの下側フレア円錐ノズル（31.1）〜（31.3）とインサート部材（37）の上部の３つの上方湾曲円錐ノズル（32.1）〜（32.3）との軸線方向（axotxometric）斜視図である。各円錐ノズルはフィン（羽根）（43）（44）で互いに分離されている。これらのフィン（羽根）（43）（44）がどのように取付られているかを示すために、円錐ノズル（31.2）は少し上げた状態で示してあり、また、円錐ノズル（32.3）は少し下げた状態で示してある。
［図4.a］と［図4.b］は流体排出装置の他の例を示す図で、それぞれＢ−Ｂに沿った縦断面図と、Ａ−Ａに沿った中間部分の水平面図である。この流体排出装置は互いに積層された、開口（9）を有する有孔円筒ノズルセクション（46）から成る。図にはノズル外側のフィン（47）とノズル内側のデフレクタ（48）との断面が開口（13）に沿って示してある。これらは流体（49）の回転成分を半径成分に変え、この半径成分を通路の出口方向へ向かう縦成分に変える。インサート部材（37）は通路の下側部分をその上側部分から分離し、反応装置の遷移帯域から来た流体は管（11.1）（11.2）のフレアー状（35）、（36）の末端を介して取り出され、精製される。従って、反応装置の上側部分を流れるの流体と下側部分を流れるの流体とを別々の組成に維持することができる。
開口（9）、フィン（47）およびデフレクタ（48）の寸法、数、位置は反応装置の各セクションまたは部分で所望の流体が得られるように各円錐ノズルで変えることができる。
［図５］は流体排出装置のさらに他の実施例の縦断面図を示す。この場合にはノズルのフレアー状部分（33）の代わりに内側管（11.1）とそのフレアー状末端（35）の周りに配置された縦方向フィン（図示せず）に巻き付けられた螺旋状リボン（50）が用いられる。この螺旋状リボン（50）の各スパイラルはフレアー状に拡大し且つデフレクタまたはフィン（図示せず）によって隣りから分離され、流体は形成された管の内部を案内される。
螺旋状リボン（50）の外側端縁を螺旋状リボンを取り囲んだ上昇螺旋旋回部材の内側端縁に沿って展開された中空波形または螺旋状波形の凹部と一致させれば、中央自由空間の幅を小さくすることができ、反応に使える空間を増やすことができる。また、［図１］および［図４］に示す円筒ノズル（8）（46）の開口（9）を螺旋状リボンの波形の凹部と一致させることもできる。
［図５］の装置を用いることで車輪のスポークのように組み立てられた放射方向のチューブ組立体（53）（54）（図の断面図では２つだけが見える）を介して反応装置から流体（51）（52）の流れを取り出すことができる。チューブ組立体（53）（54）は反応装置の側壁（図示せず）を貫通して反応装置の外に出でいる。この構造にすることによって流体排出装置を大きくせずに、反応装置を長くすることができ、反応装置をインサート部材を介して互いに接続された複数の単位（37）（37.1）に分割することができる。
［図６］は反応装置の遷移帯域（transition zone）の一部の断面の概念図で、ここでは上昇螺旋状旋回部材が中空である。この中空の上昇螺旋状旋回部材は互いに連結されて上昇螺旋ギャラリー(回廊)を形成している。この上昇螺旋ギャラリーは反応装置の対応する帯域に沿って設けられた上記の一連の上昇螺旋旋回部材および流体供給装置の代わりをするものである。
この上昇螺旋ギャラリーの各螺旋セクションは主要部（55.1）〜（55.6）と管状の二次部分（56）とから成る。この二次部分（56）には管（6）と同心な管（57）を介して流体が供給され、流動床の界面近傍に液体の微小液滴を噴霧する。
この上昇螺旋ギャラリーは、各セクションの可変な平均高さ（58）、上昇螺旋チャネルの各セクションの高さ（59）、ギャラリーのピッチ（60）、可変な幅（61）および側部自由空間と中央自由空間の幅（62）（63）によって特徴付けられる。
［図６］にはさらに、円柱の対称軸(1)、反応装置の外側断面（2）、フレアー状（33）または湾曲（34）した円錐ノズルの断面、流体排出装置の上部または下部の内側管のセクションのフレアー状（35）または湾曲（36）した円錐体の末端の断面および図面に沿った流体および粒子の流れが概念的に示してある。小さい矢印（64）はポリマー粒子を表し、矢線（65）は流体の流線を表す。流体はポリマー粒子の下降を容易にするためにわずかに下を向いて反応装置の側壁の近くから噴射され、先ず最初に側面自由空間中を下降する。次に、流体の回転数は図面内での移動速度より一桁高いので、流体の流線（65）は出口に達するまでに一回以上旋回し、一つまたは複数のスパイラルの高さだけ上昇螺旋チャネル中を上昇する。その後、流体は螺旋ギャラリーの入口管にほぼ対応するノズルの高さの所で中央自由空間中へ再下降する。中央自由空間中での下降流を維持して、この空間中でのポリマー粒子の下降をし易くするためにノズルをさらに下側にすることもできる。
ポリマー粒子は遠心力効果で反応装置の側壁に沿って集まり、流動床を形成する。この流動床の界面の［図6］の面との断面はバランス状態で円錐表面の近くにあり、線（66）で表される。線（66）と水平線とが成す角度（67）の接線（タンジェント）は遠心力と重力との比にほぼ対応する。この線の始点は反応装置の底に設けた粒子検出器によって決定される。粒子検出器は、線（66）の始点が流体排出装置から充分離れた間隔の所に維持されるように粒子の流量を調整するのに用いられる。
上昇螺旋チャネル中にあるポリマー粒子は回転効果によって最初の螺旋状旋回部材（55.1）に沿って上昇し、一部は側面自由空間中へ落下する。上昇流が十分に高い場合（すなわち、回転数が十分に高い場合）、この側面自由空間は一般に極めて狭いかゼロで、全てのポリマー粒子が再下降するには不充分である。ポリマー粒子はスパイラルの上流側に集まり、流動床の界面の上流を反応装置の中央に近づけ、最後には流動床の界面は中央自由空間中にオーバーフローし、ポリマー粒子は中央自由空間中に落下し、スパイラルの上流に新しい均衡レベル（66.1）が決まる。こうしてスパイラルからスパイラルへ反応装置の頂部までの全ての上昇螺旋チャネルが充填される。均衡界面に直角な方向（68）に沿った上昇螺旋ギャラリーの中央端縁に沿って落下する粒子は水平線に対して角度（69）を成す。この角度（69）の接線（タンジェント）は重力と遠心力との比にほぼ対応する。
上流のレベルと下流のレベルとの差が上流側と下流側との間の圧力差を決め、これは落高（70）および遠心力と重力の合力に比例する。側面自由空間中を下降する粒子の流量を決定するのはこの圧力差である。この圧力差は上昇螺旋チャネルの高さ方向の流動床の静圧にほぼ等しいが、スパイラルの寸法が違う場合には各スパイラルで相違する。
すなわち、上昇螺旋ギャラリーのセクション（55.4）（55.5）の幅（61.1）と側面自由空間の幅（62.1）を十分に大きくした時には全てのポリマー粒子が拡大された側面自由空間中に容易に落下でき、上流側と下流側との間の均衡レベル（70.3）（70.4）の差が小さくなる。流動床の界面（66.4）（66.5）ではポリマー粒子は中央自由空間中へ再落下できない。上昇螺旋チャネルの２つのスパイラルの静圧の未使用部分は上側のスパイラル上に加えられ、その側面自由空間中への下降流量を増加させる。
流動床の界面の近くで且つ螺旋ギャラリーのセクション（55.4）（55.5）の上側の帯域中に進入した上昇粒子はその上側帯域中に残され、反応装置の側壁へ接近してから側面自由空間中に落下する。
同様に、螺旋ギャラリーのセクション（55.1）（55.2）の側面自由空間を無くした場合には、スパイラル（55.3）の側面自由空間中へ落下する粒子に再上昇する力が加わる。粒子はこのスパイラルが中央自由空間に接近したときに下側の帯域に入ることができる。
［図７］は上記形式のバッフルを用いた場合に生じる粒子の循環の特色を単純化して示した概念図である。この図は一連の上昇螺旋状旋回部材の断面（71）の周りに反応装置（2）の壁の一部を成す有孔側壁（3）が配置された流動床の断面図である。流動床の左側にある流体の排出装置は図示していない。
上側と下側の螺旋状旋回部材のピッチ（図示していないが、間隔（73）で象徴的に示す)は遷移帯域（間隔（73.1）で象徴的に示す）のスパイラル（71.1）〜（71.3）のピッチより3倍の大きい。各スパイラルは遷移帯域以外では有孔円筒（3）から一定間隔（65）の所にある。遷移帯域のスパイラル（71.1）および（71.2）は有孔円筒（3）からの間隔（65.1）および（65.2）がそれぞれ2倍または１／２倍になっている。また、スパイラル（71.1）は中央ノズルの方に間隔（74）だけズレており、スパイラル（71.3）は有孔円柱壁（3）に当接している。
この流動床は複数の環形帯域、すなわち、中央帯域および側面帯域、上側帯域および下側帯域に分割されている。図では各セクションを星印で囲んだ枠（77.1）〜（77.4）で示してある。反応装置の中央帯域、側面帯域、上側帯域および下側帯域部分の各々でのポリマー粒子の流れは閉曲線（72.1）〜（72.4）で示してある。矢印は循環方向を示す。流体の流線は示していない。
遷移帯域での螺旋状旋回部材のピッチは１／３であるので、この帯域でのポリマー粒子の上昇速度は3倍低速である。他の２つの帯域での上昇流と下降流線が6本であるのに比較して、この帯域の流れが上昇流と下降流線の２つだけで象徴的に示されている理由はこのためである。この図では、粒子の上昇流部分を下降流部分から分離する円形矢印（75）で象徴的に示した乱れの強い帯域の外側では粒子の流れは乱流ではないとみなしている。
螺旋状旋回部材（71.1）を中央の方へオフセットすることで、上側中央帯域から出てきた粒子（77.1）が遷移帯域中に落下するのが防止され、上側側面帯域（77.2）からきた粒子のみが遷移帯域中に落下でき、さらに、螺旋状旋回部材（71.3）を有孔円柱壁（5）の方向へオフセットしたことによって、下側の帯域への落下が阻止され、上側帯域への上昇が強制される。同じ理由で、下側の側面帯域（77.4）中を上昇する粒子は一旦下降してから遷移帯域に入り、下側の中央帯域（77.3）中を上昇する粒子は一旦下降してから上側の中央帯域（77.1）に入るように強制される。従って、遷移帯域は上側の側面帯域（77.2）から来る粒子と下側の中央帯域（77.3）からくる粒子とでシエアーされる。
乱れが無ければ、ポリマー粒子は各帯域中を流れることがわかっている。しかし、避けられない乱れによって各帯域を分けている環形界面に沿って、一つの帯域から他の帯域へ急速な移送が起る。反応装置の有孔円柱壁（3）に沿って流体の噴射管（76）を正しく配置するか、一定の螺旋状旋回部材上にデフレクタを配置することによって乱れを局所的に増加させて、重合対象物に応じて各帯域間の移送を加速することができる。
上側側面帯域（77.2）から下側側面帯域（77.4）へ最少量のポリマー粒子が直接移送できるようにするため、スパイラル（71.3）のセクションと有孔円柱壁（3）との間に狭い側面自由空間を設けて、特に最も重い粒子の移送を許すことができる。最も軽い粒子は反応装置の上側の中央帯域中に蓄積する。これを防ぐためにこの帯域にポリマー粒子の出口管を設けることができる。
ポリマー粒子が上記の流れパターンをたどるようにするためには流体から受ける回転速度、従ってエネルギーが充分なものであることが重要である。すなわち、流体噴射速度の二乗と流動床の出口速度にその流量の１／２を掛けたものとの差は粒子の摩擦に起因するエネルギー損失を相殺するのに十分で且つ上昇螺旋チャネル中を上昇する時に得た後に乱れに変換され下降時に失われるポテンシャルエネルギーを粒子に与えるのに十分なものでなければならない。
反応装置のセクションの高さがHの場合、反応装置中への流体の噴射速度（Vinj）とポリマー粒子の平均回転数（Vrp）との間の式は下記で表すことができる：
Figure 2007532722
（ここで、
Ｆflは所定セクション中の流体の体積流量、
Ｄrは流動床中の流体と粒子の見掛けの密度の比、
Ｓlfは流動床の平均横断面積、
ｇは重力加速度、
Ｌは螺旋状旋回部材の幅、
Ｐは螺旋状旋回部材のピッチ、
ｋ＝Ｖs／Ｖrpで、一般には１に近く、
Ｖsは流動床からの流体の出口速度、
Ｋefは螺旋状旋回部材の上昇流効率ファクタで、スパイラルが広く、互いに接近している場合には１に近く、
Ｋfrは摩擦係数で、粒子が摩擦によって消失する単位時間当りの回転エネルギーの百分比に等しい）
摩擦係数は粒子のモルホロジーと、螺旋状旋回部材の近接距離とその空気動力学特性とに依存する。これは粒子の循環をシミュレーションするパイロットプラントで求めることができる。
流体の入口速度は流体の体積流量を噴射管の全横断面積で割ったものに等しいので、上記の式（1）を用いて粒子の平均回転数を流体の流量の関数で評価することができる。
その他の寸法、例えば中央からの距離Rでの流体の半径速度：Vrad、ポリマー粒子の上昇流：Fasc、側面自由空間中の下降流：Fell、下降螺旋チャネルの下降流：Fchdは下記で計算できる。
Figure 2007532722
（ここで、Cは流動床中の粒子濃度）
Figure 2007532722
（ここで、Dpは流動床中でのポリマー粒子の見掛けの密度）
Figure 2007532722
（ここで、
ｋ≡は効率ファクタで、１に近く、
Ｓchdは下降螺旋チャネルの横断面積、
ＲRは反応装置の半径、
Ｌellは側面自由空間の幅、
Ｈchaは上昇螺旋チャネルの高さである）
側面下降流を加えた場合、その側面下降流は上昇流以下にして、対応する螺旋状旋回部材がポリマー粒子によって完全に被われるようにしなければならない。上昇チャネルの高さや螺旋状旋回部材の寸法を変化させた場合には上記の式をそれに合わせなければならない。
第１実施例
希釈剤なしでのエチレンの共重合
この重合法は高い冷却力を有し、不活性流体でエチレンを希釈しないでポリエチレンの気相重合を行なうのに適している。
［図８］は対称軸（1）を有する円筒反応装置（2）の上部、中央部、下部の３つのセクションの左側概念図で、上側および下側の２つの主帯域（図では両端のみを示す）と中央帯域（中間部分に全体を示す）とを有する。
中央通路は多数の孔（9）を有する断面が円柱／円錐形のノズル（8）から成り、この円柱／円錐ノズル（8）は２つの主流体排出管（8.1）（8.2）と、円錐コーン（35）（36）で終る中央帯域から流体を取り出すための2つの管（11.1）（11.2）と、中央帯域を２つのセクションに分けるインサート部材（37）と、反応装置の上側帯域で噴射管（23）を介してコモノマーを流動床の界面に噴霧するための供給管（22）とを有する。
主供給装置は反応装置（2）の側壁に溶接された下降螺旋ギャラリー（図では断面（26）で示してある）と、この下降螺旋ギャラリーの内側にある上記側壁に対向した上昇螺旋状旋回部材（71）とからなる。供給は管（6）を通して行なわれる。中央帯域の両端に位置するスパイラル（71.1）（71.2）以外の下降螺旋ギャラリーは規則的に配置されている。中央帯域の両端に位置するスパイラル（71.1）（71.2）はピッチが小さく、下降螺旋ギャラリーからは離れており、高さも低い。
［図８］にはさらに、必要に応じて予備重合した触媒の注入装置（19）、ポリマー粒子の出口管（20）、流動床のレベル、流動床の界面（66）の検出器（21）とが示してある。ポリマー粒子は小さい矢印（64）で図面内でのその移動方向を示しており、さらに、流体の流れ曲線（65）と乱流を示す円（75）も示してある。［図8］に示す供給および再循環流の概念図では、純粋のエチレン（84）は入口管（6.2）高さから供給され、一般にはブテンまたはヘキセンである液体コモノマーを（85）の供給は上側帯域中の中央管（22）を介して供給され、一般には水素である重合制御剤（86）は下側帯域の流体再循環回路に供給される。
下側内側管（11.2）を介して取り出される下側の中央帯域からくる流体（87）のコモノマー含有量は純粋なエチレン（84）に対して減少している。固体粒子がこの流体に随伴した場合には、それをサイクロン（88）で分離した後、流体をコンプレッサ（89）で圧縮し、冷却（90）し、吸収器（91）で下側帯域からきた重合制御剤の望ましくない部分を除去してから、上側の中央帯域へ再循環する。
上側の中央帯域から出た流体（92）は、上側帯域からくるコモノマーを含む。この流れは上側内側管（11.1）を介して取り出される。この一部は上記の再循環回路（88）〜（91）へ送られる、他の部分は制御弁（97.1）を介して上側帯域へ送られ、残りの部分は、中央帯域のコモノマー含有量を減らす必要がある場合、分離装置（93）へ送られる。この分離装置（93）からは、エチレンで飽和されたコモノマーの流れ（94）がコモノマーの供給回路へ送られ、コモノマーが除去されたエチレンの流れ（95）が下側の中央帯域へ送られる。この分離カラムの底部に回収されるコモノマーの量は一般に少なく、多量のエチレンに高度に希釈されているので、分離装置（93）はコンプレッサ（96）で≡圧した圧力で運転される低還流の単純な分画カラムにすることができる。必要に応じてコンプレッサ（96）の前にサイクロン（図示せず）を設けることももできる。
中央帯域からの流れを増加させると、精製しなければならない流れの量を最少にすることができ、制御弁（97.2）を備えたバイパスを用いることで上側帯域と中央帯域での水素含量を異ならせることができるという点に注意されたい。
上側帯域からくる流体の流れ（98）は主要管（8.1）を介して取り出し、必要に応じてサイクロン（99）で随伴する固体粒子を取り除き、冷却（100）し、分離装置（101）でエチレンが飽和したコモノマーをその濃縮流体から分離する。軽い気体成分（102）はコンプレッサ（103）で圧縮し、上側帯域へ再循環する。濃縮流体（104）はコモノマー供給回路へ再循環する。
下側帯域からの流体の流れ（105）は主要管（8.2）を介して取り出し、冷却（106）し、サイクロン（107）で随伴するポリマー粒子を取り除いた後にコンプレッサ（108）を介して下側帯域へ再循環する。出口（20）を介して取り出したポリマー粒子はサイクロン（109）でエチレンの一部を取り除いてからライン（110）を通って従来の回収手段へ送られる。分離されたエチレンはコンプレッサ（111）を介して下側回路へ再循環される。
反応装置の各セクション間へ供給されるものが異なるようにし、例えば、中央自由空間中の流体の下降流を良くして中央通路中へ粒子が随伴される危険を減らすために、流量を制御する装置（112）を主供給管に配置するのが好ましい。
［図9］は反応装置の中間部分の側壁をよりビジュアルに示した図で、上昇螺旋状旋回部材（71）と、下降螺旋ギャラリー（24）の内側壁と、その噴射管（7）との360°展開した図である。流体の流れは矢印の方向に従って右から左へ移動する。図を見易くするために、縦方向の縮尺は横方向の縮尺の2倍にしてある。従って、供給管（6）は楕円形で表されている。各供給管（6）を互いに90°だけシフトさせるために、各供給管（6）は螺旋ギャラリーの回転の7/4旋回ごとにあり、そこで高さ（27）は最大になり、管（6）と管（6）との間の中間で最小（28）になる。
スパイラル（24）間にある下降螺旋チャネルの高さ（30）は分離帯域以外では一定である。分離帯域での高さ（30.1）（30.2）は低くなっており、スパイラルの断面または上昇螺旋状旋回部材（71）の一部は一回転の5/8だけ延び、各管（6）からペアーになって突出し、必要な場合にこれらの管を介して冷却剤流体を送ることができるようになっている。
［図10］は３つの反応域中の粒子（72）の流れを示す図である。図を明瞭にするために横方向の縮尺を大きくしてあり、また、下降螺旋ギャラリーとチャネルとを一つの有孔壁（3）と側面自由空間とに分離してある。
乱れがない場合、螺旋状旋回部材（71.1）（71.2）によって生じる上昇流量が隣りの帯域の下降チャネルの下降流量以下であれば、星印（77.1）（77.3）（78）で囲んだ枠内の中央の環形帯域中の粒子は閉回路（72.1）（72.3）（79.1）となって流れ、側部帯域中に位置する粒子の一部も同じく閉回路（72.2）（72.4）（79.2）となって流れる。側部帯域中に位置する他の粒子は反応装置を上から下、下から上へ横切り、回路（80）に従って流れる。実際には乱れによって反応装置の各環形帯域中で粒子は混合される。しかし、噴射管（23）を介して注入されたコモノマーを含む流動床の界面に沿って上側帯域から落下している粒子は上部の側面帯域を通り、そこでコモノマーの含有量は次第に減少し、その後に中央帯域（ここでのコモノマー含有量ははるかに減少しているのが望ましい）に入る必要がある。
高さ15メートル、直径2.5メートルの約70立方メートルの容量を有する工業的な反応装置の場合の各種値を見積ることができる。この値は多くのパラメータに依存するが、反応装置の概念と粒子のモルホロジー（これは使用する触媒系に依存する）との関数で変化し、種々のラメータの関数でポリマー粒子の流れをテストするために設計されたパイロットプラントを用いて調整しなければならない。
主要帯域の各々は直径が0.25mの入口管（6）を有する。この入口管（6）から下降螺旋ギャラリーを介して反応装置の各セクション（各セクション（tranche）の高さは0.56m）へ供給する。入口管と入口管との間の間隔は7/4回転であり、下降螺旋ギャラリーの平均ピッチは0.32m、幅は0.1m、高さは各入口管と対向する所で最大の0.32m、入口管と入口管の中間位置の所で最小の0.04mで、下降螺旋チャネルのために残され空の部分の高さは0.16mである。２つのセクションの間に位置する中間帯域も高さが0.28mの同じセクション（tranche）を有し、下降螺旋ギャラリーを介して直径が0.16mの入口管（6.1）（6.2）から供給が行なわれる。この下降螺旋ギャラリーの平均ピッチは半分に短くなっており、最大高さは0.16m、最小高さは0.02mで、下降螺旋チャネルのために残され空の部分の高さは0.08mである。
中央通路の外径は中央帯域で0.6m、反応装置の端部で1mであり、螺旋状旋回部材（71）の内径は1.1〜1.5mまで変化し、中央自由空間の幅は0.25mで、流動床の容積は約45の立方メートルである。各上昇螺旋状旋回部材を隔てる平均間隔は約0.45mで、各上昇螺旋状旋回部材の幅およびピッチは中央帯域でのそれぞれ0.6および0.15mから反応装置の端部での0.4および0.24mまで変化する。
ポリマー粒子の平均回転数が7から8m/secに変化した場合、旋回の幅が減り、抵抗が低下することを考慮すると、流動床の見掛けの密度が350kg／立方メートルの場合、ポリマー粒子の上昇流は約600t/hになる。平均遠心力は重力加速度の5〜6倍であり、上昇螺旋状旋回部材の平均間隔が0.45mの場合、落下の高は0.1m以下であり、これは0.4〜0.6mの旋回幅に比較してかなり小さい。
流体の圧力が25バールで、主入口管（6）を通る流量が毎秒1立方メートルの場合、ポリマー粒子の摩擦係数すなわち摩擦に起因するエネルギーロスが５％/秒以下で、流体の噴射速度は約16m/secでなければならない。摩擦に起因するエネルギーロスが２度になった場合には約18m/secでなければならない。
流体の全流量が毎秒26立方メートルすなわち約3000t/hの場合、充分な冷却力を与えるのに反応装置の0.56mの各セクション毎に直径が0.03mの噴射管（7）を約80本必要とする。ポリエチレンの生産能力が約60t/hの場合、流体の流動床中での平均滞留時間は2秒以下であり、ポリマー粒子の平均滞留時間は約15分である。
流動床の界面近くの流体の半径速度は約0.5m/secで、遠心力を考慮すると、これは流動床と流体とを良く分離するのに十分低い。下降螺旋チャネル中の粒子の平均速度は10m/秒を超え、ポリマー粒子の側面下降流は約200t/hとなり、上昇螺旋チャネルを充填するのには十分に低く、凝集物、場合によってはポリエチレンの皮（peaux）を排出するのには十分に高い。この形成リスクは壁に沿って粒子を循環することで減る。
反応装置の各帯域中を通すポリマー粒子のパス数は乱れと上昇螺旋状旋回部材（71.1）（71.2）のピッチに依存する。すなわち、スパイラルのピッチを増減することでパス数も増減できる。その優先順位はポリマー粒子の均一性を重視するか、反応装置の各帯域に違いを与えることを重視するかによる。
反応速度を上げて生産能力を60t/hにするために、流体の圧力を増加し、例えば45バールにしなければならない場合、噴射管の全断面積が同じとすると、ポリマー粒子の同じ回転数を維持するために、流体の体積流量と噴射速度を約15％下げる必要がある。流体の全流量が4000t/hを超えた時には、必要に応じて噴射管の直径または数を減らし、流量を下げて噴射速度を高くする。
このプロセスは流体の圧力がエチレンの臨界圧以上で運転でき、小さい反応装置で高いポリエチレン生産能力を得ることができる。流動床の容積が小さくなるとポリマー粒子の滞留時間は短くなる。例えば、反応装置の直径が1.8mで、高さが10mで、圧力が80バールの場合、流動床の容積は約15立方メートルである。ポリエチレンの生産能力を60t/hにしたい場合には、反応装置に注入される流体の容積は毎秒約8〜10立方メートルにできるが、反応装置の各帯域中での粒子パス数、従って均一度が低下するため、粒子の反応装置中の平均滞留時間は約5分になってしまう。
［図11］は入口管を２つ（8.1）（8.2）に減らして２つのセクションだけから供給する反応装置の中央帯域の拡大図で、流体の均衡状態と、上側帯域から出たポリマー粒子が下側帯域に入る前にコモノマーをどのようにして取り除くかを示している。
先ず、液体のコモノマーを噴射する内側の噴射管（23）は、コモノマーを含む粒子が中央帯域に入らないようにするために、中央帯域から十分に離れており、この粒子は先ず上側の側面帯域中を上昇してから遷移帯域中に入る、ということに注意しなければならない。
側面自由空間中および対を成す螺旋状旋回部材（71.1）の下降螺旋チャネル中の下降粒子の流れはその上昇チャネルの上側帯域中を上昇する流れに等しく、スパイラルのピッチに依存し、例えば250t/hである。対を成すスパイラル（71.2）の高さ0.08mの下降螺旋チャネル中へ移った成分、例えば100t/hの60％と、乱れに随伴した中央自由空間を通った、例えば、150t/hの40％のみが反応装置の下側帯域に到達でき、約120t/hで、例えば、圧力25バールの場合、随伴する流体は6〜7t/hで、入口（6.1）（6.2）を通って供給された55t/hの流体の2倍がバージされる。
ポリエチレンの生産能力が60t/hの場合、（84）から導入される純粋なエチレンの量は管（6.2）に導入される55t/hを超える。この差は管（6.1）へ行く。精製されたエチレン（95）の量は例えば20t/hである。少量のコモノマーを含む流れ（87）と未精製成分の流体流（92）が（89）に導入されて管（6.1）の供給を補う。上記の差はフロー制御弁（112.1）を介して上側帯域へ行く。
より多くのコモノマーを含む流れ（92）によって流体の流れ（87）が希釈されるのを避けるために、上記の差は［図8］のその出口でバイパス（97.1）を介して反応装置から上側の帯域の再循環回路へ直接導入することができる。精製済みの流体（95）の量が無いか、純粋なエチレン（84）の流れ（87）の量が中央帯域へ送るのに十分な場合（図では単一の入口（6.1）（6.2）で示す）には、流れ（92）の全部をメインの上側回路へ送ることができる。
遷移帯域中の下降流粒子の滞留時間がコモノマーをストリップすのにに不十分な場合には、遷移帯域を［図8］に示すように拡大することができる。
メインの下側帯域には純粋なエチレンが送られないので、この帯域は流体欠乏し、ここを満たすことができるのは中央帯域へ落下する約に30t/hの流体の流れ（115）であり、それによって、約0.5m/secの速度で中央帯域中に下降流の流れ（115）が生じ、これは中央自由空間中での粒子の下降に好ましい。この下降流の流れは反応装置の底まで維持され、この反応装置の底には［図8］に示すような流量調節計（112）が設けてある。これは反応装置の上部でも同じように得ることができる。
［図１１］では２つのメイン帯域の螺旋状旋回部材（71）の中央端縁を上へ曲げて、中央自由空間中へ落下するポリマー粒子の流れが湾曲した端縁の内部表面に沿って流れるようにして、ポリエチレンのスキン（皮）の化成の生成しやすくなる粒子の無い帯域が生じるのを防ぐことができる。また、遷移帯域のギャラリーを異なる圧力で運転するために、下降螺旋ギャラリーが供給管（6.1）または（6.2）と隣接する帯域の管（6）との間の位置（26.1）（26.2）でブロックされている点にも注意する必要がある。これによって隣接帯域の流量を変えずに流体の流れを増減することができる。
大きな運転中断要件、例えばコンプレッサのシャットダウンが生じた場合には、不活性の気体、例えば窒素には故障したコンプレッサの下流に注入し、サイクロン（109）の出口を安全フレアに接続して反応装置を不活性気体でパージし、減圧することができる。また、各再循環回路に触媒毒を注入することによって反応を数秒止めることができる。反応装置を完全に空にしなければならない場合、しかも、極めて迅速に空にしなければならない場合には、より多くの粒子出口（20）を設け、少なくとも一つを遷移帯域に、他の一つを反応装置の頂部に設けることが勧められる。
第２実施例
希釈剤を用いるエチレンの共重合
反応速度が速過ぎる場合、エチレンを不活性流体で希釈することで遅くすることができる。
［図１２］は［図８］と同じ反応装置の図であるが、中央通路の下部にコモノマーより軽い液体の希釈剤、例えばプロパンまたはイソブタン（118）を送る中心パイプ（22.1）を追加してある。この中心パイプ（22.1）は流動床に微小液滴を噴霧するための噴射管（23.1）に連結されている。
メインの下側管（8.2）から出た流体の流れ（105）は希釈剤を含んでいる。そのため再循環させる前にセパレータ（119）を用いて凝縮物（120）から分離する。凝縮物は希釈剤およびエチレンの外に反応装置のメインの下側帯域中に存在する小量のコモノマーを吸収している。この凝縮物（120）の一部は新鮮な希釈剤（118）と一緒に中央の供給管（28.1）を介して再循環され、コモノマーを除去すべき他の部分は分離カラム（93）へ送られる。このカラムに希釈剤とエチレンで飽和したコモノマーを含む凝縮物（104）の一部を送り、上側帯域に存在する希釈剤の量を減らすこともできる。このカラム（93）の頂部で回収される気体成分（95）は希釈剤が飽和したエチレンであり、これは下側の中央帯域へ送られる。液体成分（121）は下側の供給管（22.1）を介して新鮮な希釈剤（118）と一緒に再循環される。このカラム（93）の底から回収される液体成分（94）は希釈剤とエチレンを含むコモノマーの混合物で、希釈剤とエチレンの量はコモノマー添加の運転状態に依存する。この成分（100）は中央の供給管（22）を介して新鮮なコモノマー（85）と一緒に上側の帯域へ再循環される。
メインの下側帯域はこの帯域全体で希釈剤によってコモノマーが吸収され、精製され、従って、かなり高いレベルの純度に達する。
流体に関するデータは圧力、希釈剤の種類および再循環する流体の量に依存する。流動床を冷却することによって再循環しなければならない流体の量は大幅に減らすことができ、ポリエチレン粒子の回転数を十分に高くするために噴射速度を増加させる必要が減る。反応装置を長くでき、あるいは、中央通路の直径を小さくすることができる。この方法の主たる欠点は希釈剤を導入することによるコストの増加である。
希釈剤の濃度が増加すると、エチレンは再循環流体の噴射温度で完全に溶かすことができるので、反応装置に送られる再循環流体を液体にすることができる。反応装置中への流体の噴射速度は密度の増加および体積流量に合わせて調整しなければならない。反応装置が完全に液相にある場合には高密度になるが、遠心力は流動床の出口でポリマー粒子から流体を分離するのに十分なものでなければならない。
しかし、反応装置中の圧力はその内部の流体の沸点となり、その流体の沸騰によって生じる気体で中央自由空間が満たされるような圧力にすることができる。この場合には、各帯域での希釈剤の濃度を変えることによって各帯域を互いに異なる温度にすることもできる。しかし、運転開始時には、流動床を回転させるのに必要な流速にするのに必要な量の流体を蒸発させることはできない。従って、完全液相で運転を開始するか、気体を注入する必要である。また、コモノマーより重い希釈剤を使用し、コモノマーが優先して蒸留されるようにしてコモノマーの排出を容易にするのが好ましい。
第３実施例
プロピレンの共重合
プロピレンとエチレンのブロック共重合体を製造する場合には、メイン帯域間での分離を良くするというニーズと、充分な量のプロピレンを重合させるというニーズとを反応装置の特性で考慮しなければならない。この場合には反応速度が低下するので、極めて長い反応装置を用いる必要がある。また、必要に応じて反応装置の中央の所にラジアル管を介して液体を排出する装置を設ける。反応装置が長くなるので、水平の反応装置を使用することが勧められる。
［図１３］の上部は水平な反応装置の下側部分の断面図を示す。この反応装置は粒子を右から左へ移動させる一連の第１の螺旋状旋回部材（71）および螺旋ギャラリー（26）を有する。螺旋ギャラリー（26）の片側には粒子を左から右へ移動させる一連の第２の螺旋状旋回部材（122）がある。これらの螺旋状旋回部材が中央通路または内側チャネルと側部通路または外側通路チャネルのそれぞれとの境界を成す。これらの断面は右方向および左方向へのポリマー粒子の流量がほぼバランスし、流動床の厚さを増加し、しかも、わずかな差が維持されるように設計される。図には中央通路が最も狭くなる界面（72）の断面が示されている。
インサート部材（37）の左の遷移帯域は２つの濃縮出口管（11.1）（11.2）に連結され、フレアー状の円錐コーン（35）（36）で終っている。入口管（6.1）を介して送られた純粋なエチレン（84）は管（11.2）に延長されたフレアー状の円錐コーン（36）を介して取り出される。これは右から出るポリマー粒子中に残って存在するプロピレンでわずかに汚染されている。この流体（87）はサイクロン（88）でポリマー粒子から分離され、圧縮（89）され、冷却（90）され、入口管（6.2）を介して再循環されて、右から来るプロピレンに随伴するポリマー粒子をパージする。フレアー状の円錐コーン（35）を介して取り出されて管（11.1）中を流れる流体（92）は多量のプロピレンを含む。この流れから全ての固体粒子（92.1）が取り除かれ、冷却され、分離カラム（93）へ送られる。このカラムの頂部から出たエチレンは（95）は圧縮（96）され、コンプレッサ（108）でメインの左側帯域へ再循環される。
この帯域は（84）の所で供給されたエチレンを重合させる帯域で、一般にブロック共重合体のポリエチレン含有量が低いこととエチレンの反応速度が高いことを考慮に入れて、３つの入口管（6）のみから成る。この帯域から出る流体（105）はメインの管8.2を介して取り出され、冷却106され、全てのポリマー粒子が分離（107）され、コンプレッサ（108）を介して３つの入口管（6）へ再循環される。
分離塔（96）の底にはエチレンがストリップされた液体プロピレン（94）が収容されている。この液体プロピレンは新鮮なプロピレン（85）と一緒に管（22）（22.1）を介して反応装置へ送られ、噴射管（23）を介して反応装置中に噴霧される。入口管（6.4）を介して注入される気体のプロピレンは左側から出るポリマー粒子に随伴した小量のエチレンで汚染されている。これは中央の下側管（11.3）を介して取り出される。この管（11.3）はラジアル管（53）に接続しており、このラジアル管（53）は反応装置の中央で流体（126）を横方向に取り出す。
わずかにエチレンで汚染された上記の流れ（126）は左側から出た随伴エチレンからポリマー粒子をパージするために（127）で全ての固体粒子が取り除かれ、圧縮（128）され、冷却（129）され、入口管（6.3）を介して入口管（6.4）の左側へ再循環される。エチレンを含むプロピレンは管（11.1）を介して取り出され、分離塔（93）においてプロピレンを含むエチレンから分離される。
右側のメインの反応域は（85）から供給されたプロピレンの重合に使用される。この帯域が極めて長く、プロピレンガスを取り出すために、反応装置の右側へメインの中心パイプ（8.1）を介しした出口の外に、上記のラジアル管（53）と同じ面内に位置した一組のラジアル管（54）（図では一つしか示していない）からなる側部出口を有している。図示していない同じ面内にある他のラジアル管は液体のプロピレンを管（22.1）へ送る。
メインの管（8.1）およびラジアル管（54）を経してそれぞれ取り出されたプロピレンガス（98）および（98.1）は（99）で全ての固体粒子が取り除かれ、冷却（100）され、（101）で凝縮ものがストリップされ、コンプレッサ（103）によって入口管（6）へ再循環される。右側および左側への流動床の流れの中断を避けるために、ラジアル管（53）（54）の間の空間には粒子の流れを適当な方向へ案内するためのフィン（羽根）を有している。
２つのメインの帯域の間に位置した遷移帯域は４つの入口管（6.1）〜（6.4）を有している。３つの遷移セクションに分割され、円錐コーン（35）の出口管（11.1）に連結されたその中央のセクションには入口（6.2）（6.3）を介して、円錐コーン（36）（11.3）の出口管（11.2）に接続された他の２つの遷移セクションから出たプロピレン含有量またはエチレン含有量が低い流れ（87）およびラジアル管（53）で終わる（126）をそれぞれ圧縮する各コンプレッサ（89）（128）から供給が行われる。分離塔（93）では中央のセクションからのエチレンとプロピレンとの混合物の流れ（92）のみが精製された後に、再循環される。
中央のセクションと他の２つのセクションとの間で交差再循環（crossed recycling）が行われる３つのセクションか成る遷移帯域を有する上記装置は、２つのメイン帯域間の分離を向上させ、しかも、分離塔（93）で分離しなければならない流体の量を減らすのに適している。一般に、プロピレンの純度はエチレンの純度より高くなければならないので、遷移帯域の２／３にプロピレンを供給し、1／3にエチレンを供給する。
反応装置が水平であるので、中央通路は複数列の側部開口（9）を有するノズルにすることができる。この側部開口（9）は中央通路の側面の下側の部分に設けられ、流体の流れ（133）を出口管へ案内するフィンを備えている。また、反応装置の直径が約2mで、粒子の平均回転数が10m／秒の場合、ポテンシャルエネルギーの差から、反応装置の底での流動床の厚さは反応装置の最上部の厚さの約3分の2にしかならないので、粒子の速度の差が無視できなくなる。
従って、螺旋状旋回部材をオフセットし、さらに、必要であれば、２つのセットの螺旋状旋回部材の円柱対称性を変えて、流動床の形状に合わせることが勧められる。さらに、ポリマー粒子の側方への運動は重力に逆らうことはないので、螺旋状旋回部材（71）（122）の間の間隔を増加させて、摩擦抵抗を減らすこともできる。これによって流体噴射速度を過度に高くする必要がなくなる。
プロピレンの反応速度および反応熱は低く、中心パイプ（22）（22.1）から噴霧される液体プロピレンの蒸発によって流動床の一部が冷却されるので、プロピレンガスの流速は低い。従って、反応装置の右側のメインの帯域を長く延ばすことができ、より多くのプロピレンを重合することができる。この帯域の容積がさらに増加しなければならない場合には、反応装置をわずかに広くするだけで、流動床の界面（72）をほぼ同じレベルに維持することができる。
上記以外の動作特性はげ前記実施例と同じであり、同様に見積ることができる。そした各種の実施例から、本発明重合方法の自由度が高いことが分かり、本発明は気体または液体の大部分の流動床触媒重合に適用することができる。
液体または気体の反応流体混合物中に懸濁した粒子を触媒系の存在下で重合するための円筒形垂直反応装置の片側断面の投影図。 本発明の一実施例の反応装置の中央部分の断面の斜視図。 ［図2.a］と同じ反応装置（2）の同じ部分の内部を示す図。 下側の３つのフレア状円錐ノズルと上側の３つの湾曲円錐ノズルの軸線方向（axotxometric）斜視図。 流体排出装置の他の例を示す図で、［図4.b］のB−Bに沿った縦断面図。 流体排出装置の他の例を示す図で、［図4.a］のA−Aに沿った水平面図。 流体排出装置の他の実施例の縦断面図。 上昇螺旋状旋回部材が中空である反応装置の遷移帯域の一部の概念的断面図。 本発明の一実施例のバッフルを用いた場合に生じる粒子の循環の特色を単純化して示した概念図。 本発明の一実施例の反応装置の上部、中央部、下部の３つのセクションの左側概念図。 反応装置の中央部分の側壁をよりビジュアルに示した図で、上昇螺旋状旋回部材、下降螺旋ギャラリーの内側壁およびその噴射管を360°展開した図。 ３つの反応帯域中の粒子の流れを示す図。 入口管を２つに減らして２つのセクションだけから供給する反応装置の中央帯域の拡大図。 希釈剤を送る中心パイプを追加した［図8］と同じ反応装置の図。 本発明の第３実施例で使用される水平な反応装置の下側部分の断面図。

Claims (19)

  1. 垂直円筒反応装置と、気体または流体の反応流体の存在下でポリマー粒子を形成する重合触媒を注入するための装置と、流動床中に懸濁したポリマー粒子を取り出すための反応装置の壁に形成された少なくとも一つの出口と、流動床の界面を検出するための検出装置とを有し、この検出装置は上記出口をサーボ制御して、ポリマー粒子が随伴されないように上記界面を反応流体の排出装置から十分な距離に維持してポリマー粒子の排出量を調整し、さらに、排出装置を介して排出された反応流体を供給装置を介して反応装置へ再循環させるための再循環装置と、反応装置から取り出したポリマー粒子を反応流体から分離した後に回収する装置とを有する流動床中での重合方法にあって、
    下記の（Ａ）〜（Ｃ）を特徴とする方法：
    （Ａ）上記供給装置は、反応装置の側壁に沿ってほほ水平かつ上記側壁に対して接線状に均一に分布するように反応流体を反応装置中に注入して、遠心力によってポリマー粒子を側壁の方へ押す回転運動によってポリマー粒子を駆動するのに十分な速度で反応流体を回転させ、
    （Ｂ）上記排出装置は反応装置の円柱の対称軸を取り囲み且つ底部と頂部の間の均一に分布した反応流体を取り出すために反応装置の底部と頂部との間に均一に分布した開口を有し、
    （Ｃ）反応装置の側壁に沿って反応装置の底部と頂部との間に配置された少なくとも一つの連続した螺旋状旋回部材を有し、この螺旋状旋回部材は上記排出装置から一定間隔の所で排出装置を取り囲み、各螺旋状旋回部材は互いに接近し且つ螺旋状旋回部材の隔壁間の螺旋状空間中を回転するポリマー粒子を反応装置の頂部に向かって随伴する方向を向き、螺旋状旋回部材と排出装置との間の中央自由空間はポリマー粒子が排出装置に入らずに中央自由空間中に再落下できるだけの大きさを有し、上記回転はポリマー粒子が排出装置中の反応流体と一緒に随伴されないような回転数および遠心力で行われ、反応流体およびポリマー粒子は上記遠心力と螺旋状旋回部材との作用によって回転する垂直な流動床を形成する。
  2. 下記（Ｄ）〜（Ｆ）で特徴付けられる請求項1に記載の方法：
    （Ｄ）反応流体の少なくとも２つの互いに異なる混合物を反応装置の少なくとも２つの別々の帯域へ供給するために、供給装置が少なくとも2つの部分に分割され、
    （Ｅ）排出装置が少なくとも３つの別々のセクションに分割され、各セクションは反応装置から別々に取り出した上記の互いに異なる反応流体混合物を各セクションに供給する反応装置からの出口管に接続され、２つのセクションの間に位置した一つのセクションは反応装置の他の２つの別々の帯域の間の分離セクションであり、反応装置の別々の２つの帯域の間の上記分離帯域中で反応流体混合物を取り出すことができ、
    （Ｆ）上記再循環装置は互いに異なる反応流体混合物を別々に処理し、再循環させることができる。
  3. 排出装置の分離セクションを少なくとも２つのサブセクションに細分割し、上記反応装置の一つのサブセクションからの反応流体混合物を、別のサブセクションへ供給する反応装置の帯域の高さの所へ再循環する請求項2に記載の方法。
  4. 排出装置の分離セクションを少なくとも３つのサブセクションに細分割し、別の２つのサブセクション間に位置する中央のサブセクションからくる反応流体混合物を精製し、２つの別々の流れに分け、反応装置の再循環装置を介して再循環し、他の２つの上記サブセクションから来る反応流体混合物は精製・分離装置を通さずに反応装置の中央のサブセクションへ供給する帯域の高さの所へ再循環する請求項２に記載の方法。
  5. 供給装置が螺旋状旋回部材とは反対方向を向いて反応装置内部の側壁に沿って配置された少なくとも一つの螺旋ギャラリー（回廊）から成り、反応流体は反応装置の側壁を貫通し且つ螺旋ギャラリー中に均一に分布された供給管を介して螺旋ギャラリー中を通って送られ、側壁に沿って均一に分布した注入装置を介して反応装置中に供給される請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 反応装置が水平で、一連の第１の螺旋状旋回部材と同心に配置された一連の第２の螺旋状旋回部を有し、この第２の螺旋状旋回部は第１の螺旋状旋回部材とは逆方向を向いていて、ポリマー粒子を反応装置の反対側端部の方へ送り、それを反応装置の他端から再循環する請求項１〜５のいずれか一項に方法。
  7. 螺旋状旋回部材と反応装置の側壁との間の側面自由空間を有し、ポリマー粒子はこの側面自由空間を介して重力によって反応装置の底部へ落下でき、この側面自由空間は十分に狭く、反応装置中に上昇した後に下降したポリマー粒子の一部だけが側面自由空間中に落下し、ポリマー粒子の残りの部分は中央自由空間中に落下する請求項１〜５のいずれか一項に方法。
  8. 螺旋状旋回部材の少なくとも1一つに沿って、螺旋状旋回部材と反応装置の側壁との間の側面自由空間が無く、螺旋状旋回部材に沿った側面自由空間中へのポリマー粒子の落下が阻止されて、全てのポリマー粒子が螺旋状旋回部材と排出装置との間の中央自由空間中に落下する請求項7に記載の方法。
  9. 十分に広い螺旋状旋回部材に沿って少なくとも1一つの十分に広い側面自由空間を有し、全てのポリマー粒子が螺旋状旋回部材に沿って側面自由空間中に落下し、螺旋状旋回部材に沿ってポリマー粒子が中央自由空間中に落下するのが阻止される請求項7または８に記載の方法。
  10. 螺旋状旋回部材の少なくとも1一部が中空形状をしており、この螺旋状旋回部材に反応装置の側壁を貫通した管を介して反応流体または冷却剤が供給される請求項１〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 供給装置を介して注入ささる反応流体の少なくとも1一部が気体の形をしており、反応流体または冷却剤が液体であり、この液体を微小な液滴にして反応装置中に噴霧する噴射装置が上記中空の螺旋状旋回部材に沿って分布されている請求項10に記載の方法。
  12. 反応流体の少なくとも一部が気体の形をしており、排出装置を貫通した少なくとも一つの管を介して反応流体または冷却剤の微小な液滴を流動床の界面の少なくとも1部に噴射する噴射器を有する請求項11または12に記載の方法。
  13. 排出装置の少なくとも一部が互いに積層された一連のレアー状のノズルから成り、各ノズルは反応装置中を回転する反応流体を少なくとも一つの出口管の方へ案内するデフレクタによって互いに分離されている請求項１〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 排出装置の少なくとも一部が円柱形または円錐形のノズルから成り、各ノズルは多数の開口を有するか、反応装置中を回転する反応流体を少なくとも一つの出口管の方へ案内するデフレクタを備えている請求項１〜13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 排出装置の少なくとも一部が螺旋状に巻かれた少なくとも一つの螺旋状リボンから成り、この螺旋状リボンの各スパイラルは反応装置中を回転する反応流体を少なくとも一つの出口管の方へ案内するフィンまたはデフレクタによって互いに分離されている請求項１〜14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 反応装置に沿った少なくとも一定数の螺旋状旋回部材の寸法が各スパイラル毎に変え、反応装置中のポリマー粒子の流れを重合対象に応じて調整する請求項１〜15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 反応装置の側壁に近い空間中を流れるポリマー粒子と流動床の界面に近い空間中のポリマー粒子との間の混合を増加させるために、流動床の少なくとも一つの位置に乱れを作る装置を少なくとも一つ有する請求項16に記載の方法。
  18. 少なくとも一定数の螺旋状旋回部材の内側端部が上方へ曲がって傾斜した中央隔壁を形成し、ポリマー粒子が傾斜した隔壁に沿って中央自由空間中へ再落下する請求項5、7〜17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 反応流体の少なくとも一つがオレフィンである請求項１〜18のいずれか一項に記載の方法。
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