JP5798571B2 - 伸張流れ混合装置を備える混合システム - Google Patents

Description

本発明は、広く静的混合装置に関し、より詳しくは、螺旋型混合要素が後に続き、好ましくは、高剪断・高圧力損失静的混合要素が後に続く、パイプの中を流れる２つまたはそれ以上の流体流れを混合する伸張流れ混合装置に関する。

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１０年１月２２日付けで出願され、「MIXING SYSTEM COMPRISING AN EXTENSIONAL FLOW MIXER」と題する米国特許出願第１２／６９２，００９号の優先権を主張する仮出願であり、この米国特許出願の教示は、以下に完全に再現されているかのように、ここに参照によって組み込まれる。

パイプ内で多様な粘度を有する流体を混合することが望ましいことが多い。乱流では、混合は、誘起された流れのためにより素早く行われる。層流では、流体流れの混合は、より困難である。溶液重合では、例えば、重合体溶液のような比較的高粘度のバルク流れを比較的低粘度の液体添加剤流れと混合することが望ましいことが多い。液体添加剤、触媒、液体単量体、および溶媒が典型的に他の重合体生成物を得るために重合体溶液に添加される。

しかし、混合を促進するために必要な高剪断力のため、高粘度バルク流れおよび低粘度添加剤流れは、本質的に隔離されたままであり、結果として、バルク流れへの添加剤流れの低い混和率が生じる。積層では、混合は、典型的に遅いプロセスである一方の流れの別の流れへの拡散によって起こる。遅い拡散は、より素早い混合時間が分散のため必要とされるときに許容できない。多くの場合、添加剤流れがバルク流れに注入されるとき、添加剤流れは、実質的にそのままに保たれ、流れの著しい界面混合なしでバルク流れの中を通る。この低混合率の原因は、１つには、バルク流れと添加剤流れとの間の低表面積接触にある。このような結果に対抗するため、添加剤流れが初期的に有する円筒形状からより大きい表面積を有する比較的平坦なシートに添加剤流れを変形させることが有利である。添加剤流れを添加剤流れの高さに対する幅の比率であるアスペクト比を増大することによって変形させることは、添加剤流れの表面積を増大させ、その結果、添加剤流れの潜在的な界面混合面積を増大させることが分かる。表面積の増大は、従来型の静的混合装置における流れの切断、分割および再結合の戦略をさらに実現し易くする。薄いシートとしての添加剤流れの分布は、もしあるとすれば、伸張流れ混合装置の後に続く静的混合要素の混合効率をさらに増大する。

バルク流れと添加剤流れとの混合を促進するために、バッフル構造体と剪断混合装置とを含む数種類の構造体が公知である。キング（Ｋｉｎｇ）に発行された米国特許第４，８０８，００７号は、添加剤流れの細長い平坦面を作るために混合装置内部の入口ポートを介して添加剤流れをバルク流れに導入するデュアル粘度混合装置を開示する。

しかし、このデュアル粘度混合装置および他の混合構造体に関する分野では、いくつかの問題に直面している。例えば、重合への適用では、重合体積層が添加剤流れ注入器とバルク流れ重合体との間の接触点で観察された。この積層は、添加剤流れが静的混合装置内部から注入されたときに現れることが多い。重合体積層問題は、最終的に添加剤注入器の目詰まりまたは完全な閉鎖が現れ、静的混合装置内に流れ偏在を生じるまで悪化する。

付加的に、触媒のような添加剤流れがバッフル、または、他の固体表面もしくは壁と接触するとき、表面と触媒との湿潤が起こり、それによって、触媒とバルク流れとの全体的な混合効率を低下させる。

険しい角張った領域または階段状形態が存在するこれらの混合装置では、バルク流れおよび添加剤流れは、これらの形態から流れ出す間に、再循環領域および渦電流を生み出すことがあり、混合装置の全体的な混合効率を低下させる。

別の問題は、流れが混合装置を通るときの流体圧力の損失である。流れは、混合装置に入り、混合装置を出るまでの間に流体圧力を損失するので、利用可能な他のデュアル粘度混合装置は、比較的高い圧力降下を有する。

国際公開第００／２１６５０号は、バルク流れを添加剤流れと混合する伸張流れ混合装置を開示する。２台の伸張混合装置が付加的な混合能力を促進するためにおおよそ流れ導管の径をもつギャップと直列に配置されることがある。伸張混合装置は、層流条件、遷移流条件または乱流条件で使用されることがある。

従来技術は、バルク流れを添加剤流れと混合する混合装置を開示するが、２つの流れの間の界面面積をさらに増大するバルク流れ内部の添加剤流れの分散を増大することにより、バルク流れと添加剤流れとの混合の程度を改善する混合システムの必要性が存在する。

米国特許第４，８０８，００７号 国際公開第００／２１６５０号

本発明は、
Ａ）起伏のある（曲面状の、輪郭となる）外面を有し、かつ、単独の入口ポートおよび単独の出口ポートを有する全体として開口し中空状の本体部と、
流れの方向に全体として開口し中空状の本体部の中を流れるバルク流れおよび流れの方向に単独の入口ポートで取り入れられた少なくとも１つの注入された添加剤流れを圧縮する手段と、
バルク流れと少なくとも１つの注入された添加剤流れとの混合を促進するために、バルク流れおよび少なくとも１つの注入された添加剤流れが流れの方向に全体として開口し中空状の本体部の中を流れるときに、バルク流れと少なくとも１つの注入された添加剤流れとの間の界面面積が増大されるように、バルク流れおよび少なくとも１つの注入された添加剤流れを拡張する手段と、
を備える少なくとも１つの伸張流れ混合装置と、
Ｂ）軸を有し、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部が内部に固定される流れ導管と、
Ｃ）全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部の入口ポートに位置合わせされ、伸張流れ混合装置の出口でバルク流れおよび１次添加剤流れの混合を実現し易くさせるために、バルク流れが全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部の中を流れるとき、伸張流れ混合装置の内部でバルク流れおよび添加剤流れの一体とした圧縮および拡張を可能にさせるために添加剤流れを流れの方向に流れ混合装置の注入器の内部に注入する１次添加剤流れ注入器と、
を備え、

伸張流れ混合装置は、伸張流れ混合装置の出口の下流に、「流れ導管径（Ｄ_１）」の少なくとも半分である少なくとも１個の螺旋型静的混合要素Ｄ）が後に続けられている、
混合システムを提供する。

単独の添加剤流れ注入器と一体になった本発明の伸張流れ混合装置の一実施形態の斜視図である。 下流に向かって、流れ導管の一部の内部に締め付けられた伸張混合装置を示す伸張流れ混合装置の図１の線２−２に沿った正面図である。 上流に向かう図２の伸張流れ混合装置の背面図である。 断面化された流れ導管内部に締め付けられた本発明による伸張流れ混合装置の側面図である。 本発明による圧縮領域を示す伸張流れ混合装置の図１の線５−５に沿った側面断面図である。 本発明による拡張領域を示す伸張流れ混合装置の図１の線６−６に沿った平面断面図である。 本発明の一態様による伸張流れ混合装置の外部へ向けられた２つの付加的な添加剤注入流れの好ましい場所と共に１次添加剤注入器を示す斜視図である。 本発明の一態様による２台の付加的な添加剤流れ注入器の好ましい位置と共に１次添加剤流れ注入器を示す図７の線８−８に沿った正面図である。 １次添加剤流れ注入器と一体になった本発明の１領域当たり３個の葉状部の実施形態の斜視図である。 上流に向かう本発明の１領域当たり３個の葉状部の実施形態の図９の線１０−１０に沿った正面図である。 上流に向かう図９の１領域当たり３個の葉状部の実施形態の背面図である。 図９における本発明の３個の葉状部の実施形態の側面図である。 図１２の６０度上方からの本発明の１領域当たり３個の葉状部の実施形態を示す平面図である。 １次添加剤流れ注入器および付加的な添加剤流れ注入器の好ましい場所と一体になった本発明の１領域当たり３個の葉状部の実施形態の斜視図である。 下流に向かう本発明の１領域当たり３個の葉状部の実施形態の図１４の線１５−１５に沿った正面図である。 １次添加剤流れ注入器と一体になった本発明の１領域当たり４個の葉状部の実施形態の斜視図である。 下流に向かう本発明の１領域当たり４個の葉状部の実施形態の図１６の線１７−１７に沿った斜視図である。 下流に向かう図１６の１領域当たり４個の葉状部の実施形態の背面図である。 図１６における本発明の１領域当たり４個の葉状部の実施形態の側面図である。 図１９の４５度上方からの本発明の１領域当たり４個の葉状部の実施形態を示す平面図である。 １次添加剤流れ注入器および付加的な添加剤流れ注入器の好ましい場所と一体になった本発明の１領域当たり４個の葉状部の実施形態の斜視図である。 下流に向かう本発明の１領域当たり４個の葉状部の図２１の線２２−２２に沿った正面図である。 本発明および対照の蒸気空間中の体積百万分率での酸素濃度の統計解析の図である。 本発明および対照のシミュレーションされた変動係数を示す図である。 本発明および基礎対照の導管全長に沿ったプロファイルのシミュレーションされた変動係数を示す図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明および基礎対照の導管全長に沿ったプロファイルのシミュレーションされた変動係数を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の導管全長に沿ったプロファイルのシミュレーションされた変動係数を示す図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明および基礎対照の混合システムの端部での導管の軸に沿って２次流れが黒色であり、１次流れが白色である樹脂の混合物の写真を示す図である。 ３個の螺旋型静的混合要素（例えば、ケミニア社（Ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ，Ｉｎｃ．）によるＫｅｎｉｃｓ静的混合要素）を示し、要素の径ｄ_２および長さｌ_２を定義する図である。 管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列により構成された４個の高剪断・高圧力損失混合要素（例えば、ＳＭＸ静的混合要素、ケミニア社（Ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ，Ｉｎｃ．））を示し、要素の径ｄ_２および長さｌ_２を定義する図である。 バルク流れの方向をもつ同軸注入部と、ギャップｇ_１と、伸張流れ混合装置と、バルク流れ方向に垂直な別の注入器が流れ導管の中間にあり、注入器の先端が４５°の角度で切断されているギャップｇ_２と、内径Ｄ_１および長さＬ_１の流れ導管の内側にある６個の螺旋型混合要素（例えば、径ｄ_２および長さｌ_２のケミニア社（Ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ，Ｉｎｃ．）によるＫｅｎｉｃｓ静的混合要素）と、を備える混合システムを示す図である。 ２種類の混合システム構成を使用する酸測定手段のためのターキー・クラマー（Ｔｕｋｅｙ−Ｋｒａｍｅｒ）試験用のＪＭＰソフトウェアを使用した統計解析結果を示す図である。

前述の通り、本発明は、
Ａ）起伏のある外面を有し、かつ、単独の入口ポートおよび単独の出口ポートを有する全体として開口し中空状の本体部と、
流れの方向に全体として開口し中空状の本体部の中を流れるバルク流れおよび流れの方向に単独の入口ポートで取り入れられた少なくとも１つの注入された添加剤流れを圧縮する手段と、
バルク流れと少なくとも１つの注入された添加剤流れとの混合を促進するために、バルク流れおよび少なくとも１つの注入された添加剤流れが流れの方向に全体として開口し中空状の本体部の中を流れるときに、バルク流れと少なくとも１つの注入された添加剤流れとの間の界面面積が増大されるように、バルク流れおよび少なくとも１つの注入された添加剤流れを拡張する手段と、
を備える少なくとも１台の伸張流れ混合装置と、
Ｂ）軸を有し、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部が内部に固定される流れ導管と、
Ｃ）全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部の入口ポートに位置合わせされ、伸張流れ混合装置の出口でバルク流れおよび１次添加剤流れの混合を実現し易くさせるために、バルク流れが全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部の中を流れるとき、伸張流れ混合装置の内部でバルク流れおよび添加剤流れの一体とした圧縮および拡張を可能にさせるために添加剤流れを流れの方向に流れ混合装置の注入器の内部に注入する１次添加剤流れ注入器と、
を備え、伸張流れ混合装置は、伸張流れ混合装置の出口の下流に、「流れ導管径（Ｄ_１）」の少なくとも半分である少なくとも１個の螺旋型静的混合要素Ｄ）が後に続けられている、混合システムを提供する。

好ましくは、混合システムでは、圧縮する手段および拡張する手段は、それぞれ、起伏のある（曲面状の、輪郭となる）複数の葉状部を含み、個々の葉状部は、実質的に起伏のある表面を有し、圧縮する手段の中の起伏のある複数の葉状部は、流れの方向にサイズが減少し、拡張する手段の中の起伏のある複数の葉状部は、流れの方向にサイズが増大する。

さらに好ましくは、混合システムでは、圧縮する手段は、圧縮平面にあり、拡張する手段は、圧縮平面に垂直な拡張平面にある。

さらに好ましくは、混合システムでは、圧縮する手段は、流れの方向に圧縮平面に沿ってサイズが減少し、拡張する手段は、流れの方向に拡張平面に沿って同時にサイズが増大する。

さらに好ましくは、混合システムでは、少なくとも１個の螺旋状静的混合要素は、伸張流れ混合装置の出口の下流で流れ導管径の４倍より大きくない。

さらに好ましくは、混合システムは、軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列を備え、連続的な混合要素が軸周りに９０°回転し、少なくとも１個の螺旋状静的混合要素の下流に設置されるように配置されている少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素をさらに備える。

さらに好ましくは、混合システムにおいて、１次添加剤流れ注入器は、入口ポートの中心に位置合わせされている。

さらに好ましくは、混合システムにおいて、１次添加剤流れ注入器は、全体として中空状の流れ混合装置本体部の縦軸に沿って位置合わせされ、特に、添加剤流れ注入器は、単独の入口ポートの中心にさらに位置合わせされている。

さらに好ましくは、混合システムにおいて、単独の入口ポートによって受け入れられたバルク流れは、重合体と重合体溶液とのうちの少なくとも１つを備える。

さらに好ましくは、混合システムにおいて、単独の入口ポートによって受け入れられた添加剤流れは、単量体と単量体溶液とのうちの少なくとも１つを備え、より好ましくは、単量体溶液が溶媒中に溶解したエチレンである。

さらに好ましくは、混合システムにおいて、単独の入口ポートによって受け入れられた添加剤流れは、添加剤または溶液中の添加剤のうちの少なくとも１つを備え、特に、単独の入口ポートによって受け入れられた添加剤流れは、酸化防止剤と、酸掃去剤と、触媒失活剤と、これらの溶液とからなる群から選択される。

さらに好ましくは、混合システムにおいて、圧縮領域は、収縮中心入口部に集まる２つの圧縮領域葉状部を備え、拡張領域は、収縮中心出口部に集まる２つの拡張領域葉状部を備える。

さらに好ましくは、混合システムにおいて、伸張流れ混合装置の出口（出口ポート）の長軸は、少なくとも１個の螺旋状静的混合要素の前縁部に垂直である。このような混合要素の系列中の少なくとも１個の螺旋状静的混合要素の前縁部は、系列中の第１の混合要素の前縁部と呼ばれる。「前縁部」は、伸張流れ混合装置の出口ポートに最も近い「螺旋状静的混合要素」の縁部である。同様に、例えば、図１に示されるように、伸張流れ混合装置の出口の長軸は、線６−６に沿って降下することになる。

好ましい実施形態では、伸張流れ混合装置と少なくとも１個の螺旋状静的混合要素とは、流れ導管の中に位置している。

好ましい実施形態では、すべての混合要素は、流れ導管の中に位置している。

一実施形態では、少なくとも１個の螺旋状静的混合要素は、伸張流れ混合装置の出口（出口ポート）の下流に「流れ導管の径の半分（１／２Ｄ_１）」から「流れ導管の径の２倍（２Ｄ_１）」までの距離で位置している。

一実施形態では、少なくとも１個の螺旋状静的混合要素は、伸張流れ混合装置の出口の下流に「流れ導管の径の半分（１／２Ｄ_１）」から「流れ導管の径（１Ｄ_１）」までの距離で位置している。

好ましい実施形態では、流れ導管は、円筒体である。

一実施形態では、流れ導管は、７またはそれ以上である長さ対径の比率（Ｌ_１／Ｄ_１）を有する円筒体である。

一実施形態では、流れ導管は、７から４０である長さ対径の比率（Ｌ_１／Ｄ_１）を有する円筒体である。

一実施形態では、流れ導管は、１０から３８である長さ対径の比率（Ｌ_１／Ｄ_１）を有する円筒体である。

一実施形態では、混合システムは、少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素が後に続く少なくとも１個の螺旋状静的混合要素を備える。

一実施形態では、混合システムは、少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素が後に続く少なくとも８個の螺旋状静的混合要素を備える。

一実施形態では、混合システムは、少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素が後に続く少なくとも１０個の螺旋状静的混合要素を備える。

本発明の混合システムは、本明細書に記載されているような２つまたはそれ以上の実施形態の組み合わせを備えることがある。

本発明の種々の他の特徴、目的および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかにされるであろう。

図面は、本発明を実施するため現時点で考えられる好ましいモードを例証する。

図１を参照すると、伸張流れ混合装置１０が示される。好ましくは、この混合装置は、静的混合装置である。流れ混合装置１０は、全体として開口（開口部がこの混合要素の個々の端部に存在する）かつ中空形状の本体部を有し、この本体部は、入口ポート１４の外周を画定する縁部１２の一方の端部で終端する。流れ混合装置１０は、出口ポート１８（伸張流れ混合装置の出口）を画定する想像線で示された縁部１６の遠方端部で終端する。流れ混合装置１０は、圧縮領域２０と拡張領域２２とを含む。図示された実施形態では、圧縮領域は、２つの圧縮領域葉状部３４ａおよび３４ｂで構成され、拡張領域は、２つの拡張領域葉状部３６ａおよび３６ｂで構成される。圧縮領域２０は、線５−５と入口ポート１４から出口ポート１８まで延在する縦軸とを含む圧縮平面にある。拡張領域２２は、線６−６を含み、圧縮平面と縦軸を共有することにより、圧縮領域２０の圧縮平面と同軸である拡張平面にある。好ましくは、圧縮領域２０の圧縮平面は、拡張領域２２の拡張平面に垂直である。その結果、圧縮領域葉状部３４ａおよび３４ｂは、好ましくは、延長領域葉状部３６ａおよび３６ｂの位置から９０度に位置合わせされる。流れ混合装置１０は、例えば、円筒体の一端を締め付け、円筒体を９０度回転し、そして、同様の方法で他端を締め付けることによって円筒体を変形することにより実現される全体として起伏形状を有する。

典型的に、流れ混合装置１０は、想像線で示された流れ導管２４、例えば、パイプの内部にある。流れ導管２４は、層流条件の下で、典型的に高粘度をもつバルク流れを導く。しかし、流れ混合装置１０は、広範囲の管レイノルズ数で有用である。重合への適用では、流れ導管２４は、バルク流れとして重合体溶液を導くことになる。特別な重合体は、エチレンと、１−オクテン、１−ヘキセン、１−ブテン、４−メチル−１−ペンテン、スチレン、プロピレン、１−ペンテン、または、アルファーオレフィンとのある程度の数の共重合体のうちのいずれかを含むが、これらに限定されない。流れ導管２４は、入口ポート１４から出口ポート１８へのフローの方向にバルク流れを流れ混合装置１０に取り入れる。

溶液重合への適用における本発明の利用は、シングルループまたはデュアルループ反応器（図示せず）において行われることがあり得ると考えられる。適当な反応器は、１９９７年４月１日付けで出願され、「Olefin Solution Polymerization」と題するＰＣＴ出願の国際公開第ＷＯ９７／３６９４２号と、どちらも１９９６年４月１日付けで出願された米国仮特許出願第６０／０１４，６９６号および第６０／０１４，７０５号とに開示される。

流れ導管２４の内部にさらに存在するのは、１次添加剤流れ注入器２６である。１次添加剤流れ注入器２６は、流れ導管２４によって運ばれたバルク流れと混合されるべき添加剤流れを担持するものとなる。典型的に、添加剤流れは、低粘度であり、容易に混合されない。多種類の添加剤が使用されてもよいと考えられる。特に、添加剤流れは、触媒溶液、単量体、溶媒中に溶解した気体、酸化防止剤、ＵＶ安定剤、熱安定剤、ワックス、色染料、および、色素を含むことがある。

本発明によって考慮される適当な重合体、触媒、および、添加剤は、いずれもライ（Ｌａｉ）外に発行され、「Elastic Substantially Linear Olefin Polymers」と題する米国特許第５，２７２，２３６号、米国特許第５，２７８，２７２号、および、米国特許第５，６６５，８００号と、チャム（Ｃｈｕｍ）らに発行され、「Fabricated articles Made From Ethylene Polymer Blends」と題する米国特許第５，６７７，３８３号とに開示されたものを含む。

重合工程では、添加剤流れは、入口ポート１４に位置合わせされた１次添加剤流れ注入器２６の出口２８を通して注入された、溶媒中に溶解したエチレンのような触媒溶液、または、単量体でもよい。図示された実施形態では、単独の添加剤流れ注入器２６は、この添加剤流れ注入器出口２８が入口ポート１４の平面とぴったり重なり、入口ポート１４の中央に向けられるように位置合わせされる。１次添加剤流れ注入器２６は、流れ混合装置１０との物理的接触なしで流れの向きに添加剤流れを注入する。１次添加剤注入器２６は、添加剤流れを正確に供給することができる限り、図示された管以外の多くの設計とすることができる。

添加剤流れ注入器出口２８の径は、不純物による目詰まりが回避されるように十分に大きくされるべきであるが、好ましくは、１次添加剤流れ注入器２６からの流れの出口速度（すなわち、噴射出口速度）が平均バルク流れ速度またはそれ以上であるように十分に小さくされるべきである。

圧縮領域２０は、流れの方向に圧縮平面に沿ってサイズが減少し、このとき同時に、拡張領域２２は、流れの方向に拡張平面に沿ってサイズが増大する。同時に起こる圧縮と拡張とがバルク流れと添加剤流れとの間の界面面積を増大するので、添加剤流れおよびバルク流れが流れ混合装置１０の中を運ばれるとき、添加剤流れとバルク流れとの混合を促進する。

図２を参照すると、流れの方向に下流に向かう流れ混合装置１０が示される。流れ混合装置１０は、実際的な方法によって、流れ導管２４の中心の周りに対称的に懸架され、流れ導管２４の内部に締め付けられる。図示された実施形態では、流れ混合装置１０は、流れ混合装置１０が流れ混合器１０に対するバルク流れの流体圧力に耐えることが可能であるために実質的に安定しているように、支柱３２によって締め付けられる。しかし、流れ混合装置１０は、流れ導管２４に接着、溶接、または、その他の方法で装着することができるので、支柱３２は、必須ではない。

１次添加剤流れ注入器２６は、好ましくは、流れ混合装置１０の縦軸の方向に向けられ、収縮された中心入口部３０ａおよび３０ｂの中央で入口ポート１４の中心にある。入口ポート１４の中心における１次添加剤流れ注入器２６の設置は、添加剤流れのための下流障害物を最小化する。この障害物の最小化は、流れが流れ混合装置１０の全体として開口し中空状の本体部の中を流れるので、流れの圧力損失も低減する。

圧縮領域２０および拡張領域２２は、それぞれ、一対の葉形状構造体３４ａ、３４ｂおよび３６ａ、３６ｂで構成される。圧縮領域葉状部３４ａおよび３４ｂのサイズは、入口ポート１４で最大であり、流れの方向に圧縮領域２０に沿って一般にサイズが減少する。拡張領域葉状部３６ａおよび３６ｂは、これに反して、入口ポート１４で最小であり、流れの方向に拡張領域２２に沿って一般に増大する。

１次添加剤流れ注入器２６は、添加剤流れが注入されたときに障害物がないように、入口ポート１４に位置合わせされる。流れ導管２４内を流れるバルク流れと、添加剤流れ注入器２６によって注入された添加剤流れとは、圧縮領域２０においてより狭くなるように、圧縮領域葉状部３４ａおよび３４ｂの内面３８に沿って運ばれる。圧縮領域２０の葉状部３４ａおよび３４ｂのサイズは、流れの一様な圧縮を促進するために同じになるべきである。圧縮領域葉状部３４は、中心収縮入口部３０ａおよび３０ｂで集まる。

今度は図３を参照すると、流れの方向に対して上流に向かい、１次添加剤流れ注入器２６の方を向く流れ混合装置１０が示される。拡張領域葉状部３６は、出口ポートの中心収縮出口部４０ａおよび４０ｂに集まる。バルク流れおよび添加剤流れは、圧縮領域２０の圧縮領域葉状部３４ａおよび３４ｂから、バルク流れおよび添加剤流れが出口ポート１８でこれらの最大変形に達するまで、拡張領域葉状部３６ａおよび３６ｂの内面４２に沿って運ばれる。圧縮領域２０から拡張領域２２への突然の、しかし、連続的な遷移をもたらす流れの流れパターンは、添加剤流れを変形し、付加的な表面積を作ることにより、バルク流れと添加剤流れとの混合を増強するために十分である。

出口ポート１８のサイズは、好ましくは、入口ポート１４のサイズであるが、出口ポート１８は、流れ混合装置１０の内部での流れ反転を回避するために入口ポート１４より小さくされるべきではない。付加的に、拡張領域２２の葉状部３６ａおよび３６ｂのサイズおよび形状は、流れの一様な拡張を促進するために同じにされるべきである。

図４を参照すると、流れ混合装置１０の側面図が示される。圧縮領域２０および拡張領域２２は、一体として形成される。流れ混合装置１０は、好ましくは、一片の材料から構成される。特別な構成のため適しているどんな材料でも本発明によって考慮される。好ましくは、金属またはポリビニルクロライド（ＰＶＣ）のような圧縮領域２０および拡張領域２２に変形することができる材料が考慮される。流れ混合装置１０の長さは、可変であるが、好ましくは、この長さは、流れ混合装置１０の最も幅広い点での幅に近い。

想像線で示された１次添加剤流れ注入器２６は、流れ混合装置１０の縦軸に沿って位置合わせされる。最大混合増強のため、添加剤流れ注入器２６は、好ましくは、中心に置かれ、中心縦軸に向けられる。添加剤流れ注入器２６は、好ましくは、添加剤流れ注入器２６と流れ混合装置１０との間に直接的な接触が存在しないように位置合わせされる。添加剤流れ注入器２６は、好ましくは、入口ポート１４の平面とぴったり重ねて位置合わせされるが、添加剤流れ注入器出口２８は、好ましくは、添加剤流れが流れ混合装置１０の中心に入ることになるように、短い距離によって、入口ポート１４の面の外側に搭載されることもあり得る。

流れ混合装置１０に沿ったバルク流れまたは添加剤流れの蓄積を引き起こすことがある鋭角とコーナー領域との可能性を低減するために、圧縮領域２０の葉状部３４ａおよび３４ｂから拡張領域２２の葉状部３６ａ（図示せず）および３６ｂまで連続性がある。全体として中空形状と、鋭い内部コーナーの欠如とは、バルク流れおよび添加剤流れが流れ混合装置１０の中を流れるとき、バルク流れおよび添加剤流れの圧力損失を低減する。

図５を参照すると、圧縮領域２０は、好ましくは、圧縮平面に沿って全体として三角形形状を有する。圧縮領域２０は、流れ混合装置１０に入るどんな流体流れでも流れの方向に幅が狭くなり、１次添加剤流れ注入器２６から来る注入された添加剤流れの経路に向かって圧縮領域葉状部３４ａおよび３４ｂの内面３８に沿って運ばれることになるように、流れの方向に減少する。

図６を参照すると、拡張領域２２は、同様に好ましくは、拡張平面に沿って全体として三角形形状をしている。拡張領域２２は、流れの方向に増大する。拡張領域２２の内部の流体は、拡張領域葉状部３６ａおよび３６ｂの内面４２に沿って運ばれることになる。これは、拡張領域２２の内部の流れの幅を広げる。その結果、１次流れ添加剤注入器２６からの添加剤流れの表面積は、増大され、それによって、バルク流れとの添加剤の潜在的な界面混合面積を増大する。

図７を参照すると、流れ混合システムの別の実施形態が示される。本実施形態では、バルク流れは、全体として開口し中空状の流れ混合装置１０の中と周りを継続して流れる。入口ポート１４に位置合わせされた１次添加剤流れ注入器２６に加えて、一対の付加的な添加剤流れ注入器５０ａおよび５０ｂが、好ましくは、入口ポート１４の平面とぴったり重ねて位置合わせされ、全体として開口し中空状の流れ混合装置１０の外部に沿って向けられる。付加的な添加剤流れ注入器５０ａおよび５０ｂは、１次添加剤流れ注入器２６によって注入された添加剤流れとは異なった添加剤流れを注入することがある。好ましくは、添加剤流れ注入器５０ａおよび５０ｂは、１次添加剤流れ２６の両側に１つずつ位置合わせされる。付加的な添加剤流れ注入器５０ａおよび５０ｂの一方または両方は、バルク流れに取り込まれるべき添加剤流れの数および型に依存して、別個に、または、１次添加剤流れ注入器２６と組み合わせて１つずつ使用されることがあり得るとさらに考えられる。単独の付加的な添加剤流れ注入器が使用されることがある。

図８を参照すると、付加的な添加剤流れ注入器５０ａおよび５０ｂは、好ましくは、添加剤流れ注入器１２６ａおよび１２６ｂがそれぞれの添加剤流れを拡張領域２２の外部領域３７へ注入するために向きを合わされるように、収縮した中心入口部３０ａおよび３０ｂと流れ導管２４との間の中間に位置合わせされる。添加剤流れ注入器１２６ａおよび１２６ｂから注入された個々の添加剤流れは、その後、拡張領域２２の外部領域３７において変形することになり、個々の添加剤流れとバルク流れとの間の界面面積を増大させ、バルク流れと添加剤流れとの混合を促進する。好ましくは、付加的な添加剤流れ注入器５０ａおよび５０ｂは、これらの対応する添加剤流れを同時に注入する。添加剤流れ注入器５０ａおよび５０ｂは、流れ混合装置１０からより遠くに、または、より近くに位置合わせされることがあり得る。付加的な注入点は、例えば、中心収縮入口部３０ａおよび３０ｂから１次添加剤流れ注入器２６の両側で流れ導管２４までの距離の３分の１および３分の２の距離でもよく、流れ混合装置１０の外部３７に沿って向けられる。

今度は図９を参照すると、本発明の別の実施形態が示される。符号１１０によって全体的に示された伸張流れ混合装置は、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部１１２を含む。全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部１１２は、起伏のある外面１１４と、起伏のある外面１１４の形状に追従する起伏のある内面１１６とを有する。

伸張流れ混合装置１１０は、単独の入口ポート１１８および単独の出口ポート１２０を含む。流れの方向は、単独の入口ポート１１８から単独の出口ポート１２０への移動で定義される。前縁部１２６は、単独の入口ポート１１８の外形を形成する。

全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部１１２は、圧縮領域１２２を含む。圧縮領域１２２は、起伏のある葉状部１２４ａ、１２４ｂおよび１２４ｃを含む。圧縮領域１２２の起伏のある葉状部１２４ａ、１２４ｂおよび１２４ｃは、単独の入口ポート１１８の前縁部１２６から単独の出口ポート１２０までの流れの方向にサイズが減少する。全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部１１２は、拡張領域１２８をさらに含む。拡張領域１２８は、起伏のある葉状部１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃ（図示せず）を同様に含む。拡張領域１２８内の起伏のある葉状部１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃは、単独の入口ポート１１８から単独の出口ポート１２０へ進むとき、流れの方向にサイズが増大する。圧縮領域１２２の起伏のある葉状部１２４ａ、１２４ｂおよび１２４ｃは、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部１１２の起伏のある外面１１４の周りで拡張領域１２８の起伏のある葉状部１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃと交互になる。

１次添加剤流れ注入器１３２は、１次添加剤流れ注入器１３２の出口１３４が単独の入口ポート１１８の中心に位置合わせされ、単独の入口ポート１１８とぴったり重なるように単独の入口ポート１１８に位置合わせされる。

今度は図１０を参照すると、圧縮領域１２２の起伏のある葉状部１２４ａ、１２４ｂおよび１２４ｃのサイズおよび形状は、好ましくは、拡張領域１２８の起伏のある葉状部１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃのサイズおよび形状と同じである。

１次添加剤流れ注入器１３２は、好ましくは、障害物に出会うことなく、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部１１２を通して１次添加剤流れを注入するように位置合わせされる。

運転中に、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部１１２の中を流れるバルク流れは、圧縮領域１２２内で収縮し、それによって、１次添加剤流れを圧縮し、１次添加剤流れの界面混合面積を増大することになる。

バルク流れは、単独の入口ポート１１８に入り、個々の起伏のある葉状部の起伏のある内面１１６によって圧縮される。

伸張流れ混合装置１１０は、好ましくは、支柱１２５によって、典型的に円筒体である流れ導管１２３に装着されるが、適当なアタッチメント法であればどれでも許容可能である。

今度は図１１を参照すると、１次添加剤流れ注入器１３２の出口１３４は、単独の出口ポート１２０から見える。単独の出口ポート１２０は、好ましくは、単独の入口ポート１１８と同じサイズであるが、単独の入口ポート１１８より小さくない。拡張領域１２８の起伏のある葉状部１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃは、最大であり、単独の出口ポート１２０の外周を画定する後縁部１３６で終端する。

図１２を参照すると、伸張流れ混合装置１１０の側面図は、１次添加剤流れ注入器が伸張流れ混合器１１０の縦軸に沿って位置合わせされることを示す。好ましくは、１次添加剤流れ注入器１３２は、単独の入口ポート１１８の平面とぴったり重なる。

圧縮領域１２２は、流れの方向にサイズが減少するが、拡張領域１２８は、流れの方向にサイズが増大する。同時に起こる圧縮領域１２２の収束および拡張領域１２８の発散がバルク流れと１次添加剤流れ注入器１３２によって注入された添加剤流れとの間の界面面積を増大する。

今度は図１３を参照すると、圧縮領域１２２は、起伏のある外面１１４が伸張流れ混合装置１１０の全体的な混合効率を低下することがある険しい角張った領域または階段状形態を含まないように、拡張領域１２８と一体として形成される。

今度は図１４を参照すると、付加的な添加剤流れ注入器１３８ａ、１３８ｂおよび１３８ｃは、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部１１２の起伏のある外面１１４の方へ向けられるように向きを合わされることがある。

今度は図１５を参照すると、付加的な添加剤流れ注入器１３８ａ、１３８ｂおよび１３８ｃの好ましい場所が示される。好ましくは、付加的な添加剤流れ注入器１３８ａ、１３８ｂおよび１３８ｃは、拡張領域１２８の起伏のある葉状部１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃの１つずつの外部の方へ向けられる。より少ない付加的な添加剤流れが１次添加剤流れ注入器１３２と併せて利用されてもよいことが分かる。この場合も、１次添加剤流れ注入器１３２または付加的な添加剤流れ注入器１３８ａ、１３８ｂおよび１３８ｃと全体として開口し中空状の混合装置本体部１１２との間に直接的な接触が存在しないことに注意することが重要である。直接的な接触の不存在は、運転中に流れ混合装置本体部１１２への添加剤蓄積および汚れの可能性を低減する。

今度は図１６を参照すると、本発明の別の実施形態が示される。全体的に符号２１０によって示された伸張流れ混合装置は、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部２１２を含む。全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部２１２は、起伏のある外面２１４と、起伏のある外面２１４の形状に追従する起伏のある内面２１６とを有する。

伸張流れ混合装置２１０は、単独の入口ポート２１８および単独の出口ポート２２０を含む。流れの方向は、単独の入口ポート２１８から単独の出口ポート２２０への移動で定義される。

全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部２１２は、圧縮領域２２２を含む。圧縮領域２２２は、起伏のある葉状部２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃおよび２２４ｄを含む。圧縮領域２２２の起伏のある葉状部２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃおよび２２４ｄは、単独の入口ポート２１８の前縁部２２６から単独の出口ポート２２０までの流れの方向にサイズが減少する。前縁部２２６は、単独の入口ポート２１８の外形を形成する。全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部２１２は、拡張領域２２８をさらに含む。拡張領域２２８は、起伏のある葉状部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃおよび２３０ｄ（図示せず）を同様に含む。拡張領域２２８内の起伏のある葉状部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃおよび２３０ｄは、単独の入口ポート２１８から単独の出口ポート２２０へ進むとき、流れの方向にサイズが増大する。圧縮領域２２２の起伏のある葉状部２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃおよび２２４ｄは、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部２１２の起伏のある外面２１４の周りで拡張領域２２８の起伏のある葉状部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃおよび２３０ｄと交互になる。

１次添加剤流れ注入器２３２は、１次添加剤流れ注入器２３２の出口２３４が単独の入口ポート２１８の中心に位置合わせされ、単独の入口ポート２１８とぴったり重なるように、好ましくは、単独の入口ポート２１８に位置合わせされる。

今度は図１７を参照すると、圧縮領域２２２の起伏のある葉状部２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃおよび２２４ｄのサイズおよび形状は、好ましくは、拡張領域２２８の起伏のある葉状部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃおよび２３０ｄのサイズおよび形状と同じである。

１次添加剤流れ注入器２３２は、好ましくは、障害物に出会うことなく、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部２１２を通して１次添加剤流れを注入するように位置合わせされる。

運転中に、他の実施形態と同様に、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部２１２の中を流れるバルク流れは、圧縮領域２２２内で収縮し、それによって、１次添加剤流れを圧縮し、１次添加剤流れの界面混合面積を増大することになる。

バルク流れは、単独の入口ポート２１８に入り、個々の起伏のある葉状部の起伏のある内面２１６によって圧縮される。

伸張流れ混合装置２１０は、好ましくは、支柱２２５によって、典型的に円筒体である流れ導管２２３に装着されるが、適当なアタッチメントモードであればどれでも許容可能である。

今度は図１８を参照すると、１次添加剤流れ注入器２３２の出口２３４は、単独の出口ポート２２０から見える。単独の出口ポート２２０は、好ましくは、単独の入口ポート２１８と同じサイズであるが、単独の入口ポート２１８より小さくない。拡張領域２２８の起伏のある葉状部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃおよび２３０ｄは、最大であり、単独の出口ポート２２０の外周を画定する後縁部２３６で終端する。

図１９を参照すると、伸張流れ混合装置２１０の側面図は、１次添加剤流れ注入器２３２が伸張流れ混合器２１０の縦軸に沿って位置合わせされることを示す。好ましくは、１次添加剤流れ注入器２３２は、単独の入口ポート２１８の平面とぴったり重なる。

圧縮領域２２２は、流れの方向にサイズが減少するが、拡張領域２２８は、流れの方向にサイズが増大する。同時に起こる圧縮領域２２２の収束および拡張領域２２８の発散がバルク流れと１次添加剤流れ注入器２３２によって注入された添加剤流れとの間の界面面積を増大する。

今度は図２０を参照すると、圧縮領域２２２は、起伏のある外面２１４が伸張流れ混合装置２１０の全体的な混合効率を低下することがある険しい角張った領域または階段状形態を含まないように、拡張領域２２８と一体として形成される。

今度は図２１を参照すると、付加的な添加剤流れ注入器２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃおよび２３８ｄは、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部２１２の起伏のある外面２１４の方へ向けられるように向きを合わされることがある。

今度は図２２を参照すると、付加的な添加剤流れ注入器２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃおよび２３８ｄの好ましい場所が示される。好ましくは、付加的な添加剤流れ注入器２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃおよび２３８ｄは、拡張領域２２８の起伏のある葉状部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃおよび２３０ｄの１つずつの外部の方へ向けられる。より少ない付加的な添加剤流れが１次添加剤流れ注入器２３２と併せて利用されてもよいことが分かる。１次添加剤流れ注入器２３２または付加的な添加剤流れ注入器２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃおよび２３８ｄと全体として開口し中空状の混合装置本体部２１２との間に直接的な接触が存在しないことに注意することが重要である。直接的な接触の不存在は、運転中に流れ混合装置本体部１１２の汚れの可能性を低減する。

本発明の方法は、添加剤流れとバルク流れとの混合を対象にする。本発明によって考えられる方法は、流れ混合装置に入る特別なバルク流れと添加剤流れとの順序に依存せず、１次添加剤流れおよび付加的な添加剤流れに対するバルク流れの相対濃度にも依存しないことに注意することが重要である。付加的に、前述の多種類のバルク流れおよび添加剤流れが本発明によって考えられる。特に、触媒、単量体、色素、染料、酸化防止剤、安定剤、ワックス、および調整剤のような添加剤は、様々な重合体および共重合体融解生成物と、溶液と、他の粘性液体とのようなバルク流れに添加される。

この方法によれば、全体として開口し中空状の流れ混合装置が前述された通り提供される。添加剤流れは、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部の単独の入口ポートに注入される。添加剤流れおよびバルク流れは、バルクと添加剤流れとの混合を促進するために、バルク流れと添加剤流れとの間の界面面積を増大するように圧縮領域において圧縮され、拡張領域において拡張される。圧縮ステップと帽章ステップとは、好ましくは同時に行われる。

この方法の別の態様では、少なくとも１つの付加的な添加剤流れを全体として中空状の流れ混合装置本体部の外部にある領域に注入することにより、少なくとも１台の付加的な添加剤注入器が少なくとも１台の１次添加剤流れ注入器と共に利用され、全体として中空状の流れ混合装置本体部の外部領域において個々の付加的な添加剤流れの変形をもたらす。付加的な添加剤流れは、全体として中空状の流れ混合装置本体部の外部により作られたバルク流れ場によって湾曲したシートに成形される。１次添加剤流れ注入器と、全体として中空状の流れ混合装置本体部の内部および外部の両方に流れを注入する添加剤流れ注入器との多数の組み合わせが存在することが認められ得る。

本発明は、好ましい実施形態の観点で説明されているが、明示されたものを除く均等物、代替物、および、変形物が可能であり、請求項の範囲に含まれる。

例えば、１領域当たりに５個またはそれ以上の葉状部が使用されてもよいと考えられる。１領域当たりに付加的な葉状部を有する多重葉状構造体がより多くの添加剤をバルク流れと混合するために使用されることがある。流れ混合装置本体部の内部および外部の両方で、種々の構成に配置された他の量および組み合わせの１次添加剤流れ注入器および添加剤流れ混合器が考えられる。付加的に、２台の伸張流れ混合装置は、付加的な混合能力を促進するためにおよそ流れ導管２４の径をもつギャップと直列に配置されることがある。伸張流れ混合装置１０は、液体に加えて、気体と気体、気体と液体、または、不混和性液体と液体とを混合するために使用されることがある。最後に、伸張流れ混合装置１０は、層流条件、遷移流条件または乱流条件で使用されることがある。

別の実施形態では、伸張流れ混合装置は、１台またはそれ以上の螺旋型混合要素が後に続けられる（例えば、図２９を参照のこと）。図２９に示されるように、例示的螺旋型混合装置は、１つ１つが縦軸に沿ってねじられた矩形状プレートによって表現された３個の混合要素を備える。長さｌ_２は、ねじられたプレートの長さを表し、径ｄ_２は、ねじられたプレートの幅である。ねじれの度合いは、典型的に、１２０から２１０度であり、好ましくは、１６０から１８０度である。ねじれの度合いは、矩形状プレートの縦軸に沿っている。「混合要素の系列中の第１の螺旋型静的混合要素の前縁部」は、第１の混合要素の前縁部と呼ばれる。

一実施形態では、螺旋型静的混合要素は、管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列で構成された高剪断・高圧力損失混合要素が後に続けられる（例えば、図３０を参照のこと）。図３０は、一方の要素が縦軸に沿って隣接した混合要素と比べて９０度回転するように配置された、同じ寸法をもつこのような４個の混合要素を示す。長さｌ_２は、交差棒状の配列の長さを表し、径ｄ_２は、交差棒状の配列の幅である。

螺旋型高剪断・高圧力損失混合要素は、ギアポンプと、好ましくは、ペレタイザがさらに後に続けられるスクリーンパックとの間に設置することができ、サイドアーム押出機は、重合工程中に、特に、エチレン重合工程中に、０．１から最大３０重量パーセントまでの主工程流れと相対的な速度でギアポンプと伸張流れ混合装置との間に添加剤濃縮物を供給することがある。

螺旋型混合要素の代表例は、ケミニア社（Ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ，Ｉｎｃ．）によるＫｅｎｉｃｓ型静的混合要素である。螺旋型混合要素は、ロス・コフロ社（Ｒｏｓｓ Ｋｏｆｌｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）およびスタ・ミックス・コ（ＳｔａＭｉｘＣｏ）によってさらに製造される。螺旋状静的混合要素は、「螺旋状ねじれテープ」とも称される。高剪断・高圧力損失混合要素の代表例は、ケミニア社（Ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ，Ｉｎｃ．）によるＳＭＸ型静的混合要素である。

高剪断・高圧力損失混合要素は、螺旋型混合要素より２倍から３倍高い剪断速度と、螺旋型混合要素より少なくとも６倍高い圧力損失とを誘発するような混合装置である。

一実施形態では、少なくとも１個の螺旋状静的混合要素は、伸張流れ混合装置の出口の下流に「流れ導管の径の半分（１／２Ｄ_１）」から「流れ導管の径の２倍（２Ｄ_１）までの距離で位置している。

一実施形態では、少なくとも１個の螺旋状静的混合要素は、伸張流れ混合装置の出口の下流に「流れ導管の径の半分（１／２Ｄ_１）」から「流れ導管の径（１Ｄ_１）までの距離で位置している。

一実施形態では、少なくとも１個の螺旋状静的混合要素は、伸張流れ混合装置の出口の長軸が螺旋状静的混合要素の前縁部に対して９０度になるような方法で設置される。

一実施形態では、添加剤流れは、主流と同軸で、伸張流れ混合装置の中心に注入される。

一実施形態では、同軸注入器は、伸張流れ混合装置の入口から「流れ導管の径の少なくとも０．１倍（０．１Ｄ_１）」から「流れ導管の径の１倍（１Ｄ_１）」までの距離に位置している。

一実施形態では、流れ導管は、長さと径との比率（Ｌ_１／Ｄ_１）が７またはそれ以上である円筒体である。

一実施形態では、流れ導管は、長さと径との比率（Ｌ_１／Ｄ_１）が７から４０である円筒体である。

一実施形態では、流れ導管は、長さと径との比率（Ｌ_１／Ｄ_１）が１０から３８である円筒体である。

一実施形態では、混合システムは、第１の螺旋状静的混合要素の前縁部が伸張流れ導管の出口の主軸（長軸）に垂直に位置するように設置された少なくとも４個の螺旋状静的混合要素を備える。

一実施形態では、システムは、少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素が後に続く少なくとも１個の螺旋状静的混合要素を備える。

一実施形態では、システムは、少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素が後に続く少なくとも１個の螺旋状静的混合要素を備える。

一実施形態では、システムは、少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素が後に続く少なくとも１０個の螺旋状静的混合要素を備える。

本発明の混合システムは、本明細書に記載された２つまたはそれ以上の実施形態の組み合わせを備えることがある。

本発明は、重合体と重合体溶液とを混合、混和するため特に有用であるが、他の適用は、限定されることなく、食品調製と、塗料混合とを含む。

例えば、重合体と重合体溶液とは、類似した粘度および類似した流速を有するときに、混和することが可能であるが、この混合システムは、粘度比率および流速比率の両方が共に１に近くないときに最も効果的である。例えば、１つの適用では、粘度比率は、主（バルク）流れ：添加剤流れに対して３００：１から６１００：１まで変化し、対応する流れ比率は、同じ２つの流れに対して３００：１から６００：１まで変化する可能性がある。別の適用では、粘度比率は、バルク流れ：添加剤流れに対する１００：１から同じ２つの流れに対する１：１００の範囲に入る可能性があり、すなわち、添加剤流れは、バルク流れより高い粘度または低い粘度をもつことが可能である。さらに、典型的な流速比率は、バルク流れ：添加剤流れに対して、重量で７０：３０から９８：２まで変化する可能性がある。伸張流れ混合装置が使用されるときでも、最良の混合は、粘度比率および流速比率が１に近いときに達成される。

伸張流れ混合装置および下流混合装置が互いに正確に並べられていない場合、問題が生じる可能性があることをさらに発見した。例えば、添加剤流れがバルク流れより低温であり、伸張流れ混合装置出口が螺旋型混合要素の前縁部と直接的に並べられていない場合、要素への衝突は、重合体をできる限り凍結し、汚し、または、沈殿させるために十分な冷却をもたらす可能性がある。本発明の出口「流れシート」が螺旋型混合要素の第１の下流要素の前縁部と位置が合って垂直である場合、伸張流れ混合体が最も効果的であることが今や確実である。

伸張流れ混合装置は、螺旋型混合要素と一体となって、層流パイプ流れ混合システムにおいて、ほとんど連続撹拌タンク反応器混合を有していた強混合型ループ反応器より多くの改善を実証することをさらに発見した。このようにして、本発明は、反応器の後のパイプ流れ中の触媒中和剤または添加剤の混合と、例えば、ポリエチレン工程中のサイドアーム押出機混合における２つの重合体溶融物の混合とに特に有用である。

伸張流れ混合装置前の注入された流れの位置および形状は、装置の性能に重要であることをさらに発見した。計算流体力学研究は、１インチから５インチの範囲内で発生する可能性がある注入ノズルと伸張流れ混合装置との間の間隔が、注入流れ径が周りの流れと平衡することを可能にするために十分である場合、性能が改善されることを示した。

単独で使用される伸張流れ混合装置は、添加剤流れの平衡状態の径が伸張流れ混合装置の内壁より僅かに小さくなるように、注入の点での中心開口サイズを増大することによって所定の適用のため修正されるべきである。平衡状態の添加剤流れ径は、簡単な質量バランスに基づく添加剤流れに対する主流れの体積比率に基づいて計算することができる。

伸張流れ混合装置は、主流れ粘度が添加剤流れの粘度より高くなることも低くなることもあり得る流体を混合するため効果的であることを発見した。

別の適用では、この混合システムは、触媒を加水分解し、形成された酸を中和することを目的として、反応器の下流でポリエチレン溶液工程への触媒中和剤および酸化防止剤の添加に適用されることがあり得る。オンラインで混合を測定することは容易ではない。したがって、混合は、注入点の下流にあるタンクの蒸気空間で酸を測定することによって推測され、測定された酸が高いほど、混合は悪化することになる。

本発明の混合システムは、本明細書に記載された２つまたはそれ以上の実施形態の組み合わせを備えることがある。

（概説）
後述されるすべての検討における伸張流れ混合装置（ＥＦＭ）は、２つの圧縮領域葉状部および２つの拡張領域葉状部を備えた図１に示された設計からなる。同様に、図３１のＥＦＭ要素を参照のこと。

計算流体力学（ＣＦＤ；フルーエント社（Ｆｌｕｅｎｔ Ｉｎｃ．）によるＦＬＵＥＮＴソフトウェア、バージョン６．３，２００６）が以下の条件：２つの液体流れ（バルク流れおよび添加剤流れ）が単独流体相システム内で２つの異なる種としてモデル化されるという条件を使用する添加剤注入の典型的な事例をシミュレーションするために以下の検討の一部で使用される。各ノードでの粘度は、１／３べき乗則平均：μ^１／３＝ｘ_１μ_１ ^１／３＋ｘ_２μ_２ ^１／３として取得され、ここで、ｘ_１およびｘ_２は、２つの流れの質量分率を指し、μ_１およびμ_２は、２つの流れの粘度を指す。質量分率および粘度は、ソフトウェアプログラムに入力され、望ましい事例に基づいている。「圧力出口」境界条件は、流れ導管の出口に対して選択され、大気で設定される。「質量流れ入口」境界条件は、両方の入口境界（バルク流れおよび添加剤流れ）に対して選択される。添加剤流れは、この流れの質量分率値をサイド流れ入口で「１」になるように設定することにより定義される。伸張流れ混合装置および高剪断・高圧力型静的混合要素との両方に対する構造化されていないメッシュで構成されたハイブリッド式計算グリッドが構築され、構造化されたメッシュは、螺旋型静的混合要素に対して構築される。すべての幾何学的性質（１台の伸張流れ混合装置および２３個の静的混合要素）のための適切なグリッドサイズは、最大でおよそ１０００万ノードである。

混合の度合いは、個々の事例における変動係数を使用して推定される。変動係数は、個々の混合要素の端部における軸平面での平均濃度からの局所濃度の相対偏差を使用して決定される。したがって、変動係数の値が小さいほど、混合の程度が良好である。

変動係数の定義：ＣｏＶは、以下の式１に表現されるように平均濃度からの局所濃度の相対偏差を使用して決定される。

式中、Ｃは、添加剤流れの局所濃度であり、Ｃ_ａｖｇは、混合装置内の軸平面に沿った平均濃度である。平均濃度は、２つの流れの完全な混合を仮定して計算される。局所ＣｏＶが軸平面上の個々のノードに関して計算されると、この平面に対する平均ＣｏＶは、この軸平面に対する質量加重平均として計算される。ＣｏＶの低い値は、混合装置が非常に均一であることを示唆する。

圧力損失（本セクションで検討されている通り）は、後述されるように、伸張流れ混合装置の直ぐ上流にある注入の入口から個々の混合システムにおける最後の混合要素の最終出口までの圧力差である。

（検討１−酸測定）
混合システムは、２つの葉状部をもつ伸張流れ混合装置（図１を参照のこと）付きの２インチ流れ導管（内径１．９４インチをもつパイプ）で構成され、添加剤は、２分の１インチのパイプを使用して伸張流れ混合装置（ＥＦＭ）の中央で同軸上に注入されている。混合装置の下流には、主流に対して垂直に設置された別の注入器（パイプ）があり、パイプの先端が主流の中央にあり、先端が４５°で切断され、伸張流れ混合装置から１インチの距離に設置されるように、４分の１インチから２分の１インチまでの径のパイプが設置されている。この注入器の下流には、１２個の螺旋型静的混合要素がある（図３１を参照のこと）。図３１は、同軸注入器と、２インチのギャップ（ｇ_１）と、ＥＦＭ（ｌ_２＝１．９４インチ、ｄ_２＝１．９４インチ）と、ＥＦＭと第１の螺旋状静的混合要素との間の１．０Ｄ_１のギャップｇ_２と、ギャップｇ_２内部に設置され主流に垂直な別の注入器と、１２個の螺旋状混合要素のうちの６個とを示す。個々の螺旋型混合要素は、他の混合要素と同じ寸法（ｌ_２＝２．９０インチ、ｄ_２＝１．９４インチ）を有する。流れ導管は、Ｌ_１／Ｄ_１＝２１を有する。

注入は、酸中和剤が上流（同軸注入）または下流（注入ポート迂回）のいずれかで工程に入るように実行され、その間にシステムは、定常状態条件で動いている。１組の読み取り値（以下のＧＡＳＴＥＣプローブを参照のこと）が取得され、注入が交互の位置に切り替えられる。システムが新しい定常状態に達するための十分な時間が与えられた後、別の読み取り値の組が取得され、工程がおよそ１ヶ月に亘って繰り返される。読み取り値は、これらの平均および標準偏差に関して、ＪＭＰ統計解析ソフトウェア、バージョン８（ＪＭＰは、ＳＡＳ社が提供するバージョン８統計ソフトウェアパッケージである）を使用して比較される。結果が図２３に示され、ターキー・クラマー（Ｔｕｒｋｅｙ−Ｋｒａｍｅｒ）ペア比較が表１に示される。ターキー・クラマー（Ｔｕｒｋｅｙ−Ｋｒａｍｅｒ）法は、等しくないサンプルサイズの平均値を比較する。酸測定値の平均値は、注入が伸張流れ混合装置の下流および上流で実行された事例に対して、それぞれ、およそ９体積百万分率および４体積百万分率である。

酸を測定するすべての方法は、ＧＡＳＴＥＣ ＧＶ−１０００手動気体サンプリングポンプと共にＧＡＳＴＥＣ Ｎｏ．１４Ｌ検出器管の使用を伴う。サンプリング手順は、以下の通りである。下流タンクの蒸気流れからの気体が、ラインが浄化された後にチュービング接続を介して、１または３リットルのＴＥＤＬＡＲガスバッグに集められる。管は、一端でサンプルバッグに、他端でポンプにフック留めされる。バッグが膨張されるとき、１つの試験気体サンプルがシリンジ型動作（ポンプ）を使用して管の中に引き込まれ、別の試験気体サンプルが第１のサンプルを取得してから１０〜１５分以内に引き込まれる。検出器の変色は、流れ中の塩酸（ＨＣｌ）の「体積百万分率」レベルを示唆する。すべての事例において殆ど同一である２つの読み取り値の平均が記録される。

表１に示されるように、酸中和剤が同軸注入ポートを介して伸張流れ混合装置に入ったとき、低い酸レベルが観察された。

（検討２−混合の度合い）
（概説セクションにおいて前述されたソフトウェアおよび技術を使用する）典型的なシミュレーションは、ａ）パイプの先端が主流の中央にあり、先端が４５°で切断されるように、４分の１インチから２分の１インチ径のパイプが設置されている主流に垂直な１つの注入器を収容し、１２個の螺旋型静的混合装置要素（１つずつがｌ_２＝０．６８５８ｍ、ｄ_２＝０．４５７２ｍを有する）が後に続けられ、伸張流れ混合装置を含まない混合システムと、ｂ）１台の同軸注入器を収容し、０．４Ｄ_１のギャップｇ_１が後に続けられ、１台の伸張混合器（ｌ_２＝０．４５７２ｍ、ｄ_２＝０．４５７２ｍ）が後に続けられ、１．０Ｄ_１のギャップｇ_２が後に続けられ、１２個の螺旋型静的混合装置要素（１つずつがｌ_２＝０．６８５８ｍ、ｄ_２＝０．４５７２ｍを有する）が後に続けられている混合システムと、を備える。２つの流れの密度は、７４１ｋｇ／ｍ^３であると解釈され、両方の混合構成は、Ｄ_１＝０．４５７２ｍの流れ導管内に封入される。

シミュレーションからの結果は、変動係数が螺旋型混合要素の個数に対してプロットされた図２４に示される。シミュレーションは、螺旋状静的混合装置の上流に伸張流れ混合装置を追加した状態では、変動係数が０．８０から０．１５に低下することを予測する。

（検討３−混合の度合い／最小エネルギー）
計算流体力学（前述の通り）は、圧力損失の形式で最小エネルギー要件を用いる改善された混合を達成しようとして様々な事例をシミュレーションするために使用される。図２５に実施例として示されるように、４つの事例は、様々な静的混合装置の系列が後に続く伸張流れ混合装置への同軸注入を含む混合システムの出口で最終的な変動係数を比較する。個々の構成は、全体的な圧力損失がすべての事例で殆ど同じであるように選ばれた。すべての事例で、流れ導管径Ｄ_１は、９．７５インチであり、注入器流れは、０．４８インチパイプを介して入る。バルク流れは、１４９０００ｋｇ／毎時であり、添加剤流れは、７５０ｋｇ／毎時である。バルク流れの粘度は、６０００ｃｐであり、添加剤流れの粘度は、１ｃｐである。

基本事例は、以下の通りである：径０．４８インチの同軸注入器パイプと、後に続く０．４Ｄ_１ギャップ（ｇ_１）と、後に続く伸張流れ混合装置（ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝９．７５インチ）と、後に続く１．０Ｄ_１ギャップ（ｇ_２）と、後に続く１２個の螺旋型静的混合要素（個々の要素は、ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝１４．６２５インチである）。

事例Ｉは、以下の通りである：径０．４８インチの同軸注入器パイプと、後に続く０．４Ｄ_１ギャップ（ｇ_１）と、後に続く伸張流れ混合装置（ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝９．７５インチ）と、後に続く１．０Ｄ_１ギャップ（ｇ_２）と、管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列で構成された後に続く１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素（例えば、ＳＭＸ、ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝９．７５インチ）と、後に続く０．５Ｄ_１ギャップと、後に続く６個の螺旋型静的混合要素（個々の要素は、ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝１４．６２５インチである）。

事例ＩＩは、以下の通りである：径０．４８インチの同軸注入器パイプと、後に続く０．４Ｄ_１ギャップ（ｇ_１）と、後に続く伸張流れ混合装置（ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝９．７５インチ）と、後に続く１．０Ｄ_１ギャップ（ｇ_２）と、後に続く４個の螺旋型静的混合要素（個々の要素は、ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝１４．６２５インチである）と、後に続く１．０Ｄ_１ギャップと、後に続く１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素（例えば、ＳＭＸ、ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝９．７５インチ）と、後に続く１．０Ｄ_１ギャップと、後に続く２個の螺旋型静的混合要素（個々の要素は、ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝１４．６２５インチである）。

事例ＩＩＩは、以下の通りである：径０．４８インチの同軸注入器パイプと、後に続く０．４Ｄ_１ギャップ（ｇ_１）と、後に続く伸張流れ混合装置（ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝９．７５インチ）と、後に続く１．０Ｄ_１ギャップ（ｇ_２）と、後に続く６個の螺旋型静的混合要素（個々の要素は、ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝１４．６２５インチである）と、後に続く１．０Ｄ_１ギャップと、後に続く１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素（例えば、ＳＭＸ、ｄ_２＝９．７５インチ、ｌ_２＝９．７５インチ）。

基本事例（図２５を参照のこと）は、０．１５という推定変動係数（式１を参照のこと）を有する。事例Ｉは、０．２４という推定変動係数を有する。事例ＩＩは、０．１４という推定変動係数を有する。事例ＩＩＩは、０．０８５という推定変動係数を有する。これらの全事例は、非常に類似した圧力損失をもつので、事例ＩＩＩに示された構成がこれらの流れを混合するため最も望ましい。

（検討４−混合の度合い／様々な混合システム構成を用いるシミュレーション／２つの樹脂の混和）
混合システムの別の適用は、様々な粘度をもつ樹脂の混和である。より小さい流れとして主流の樹脂に添加された樹脂は、主流樹脂より粘性が高くなる低くなることもあり、または、主流樹脂と同じ粘度を有することがあり得る。計算流体力学（前述を参照のこと）シミュレーションは、２つのシステムが圧力損失の形式で同様のエネルギー要件で比較されたとき、伸張流れ混合装置を通る同軸注入と、後に続く螺旋型混合要素と、後に続く高剪断・高圧力損失混合要素（管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列により構成される）とを備える混合システムが螺旋型混合要素の上流で接線型注入を使用することより優れていることを示唆する。流れ導管の内径は、Ｄ_１＝９．７５インチであり、添加剤注入は、径０．４８インチを有する。伸張流れ混合装置は、径９．７５インチおよび長さ９．７５インチを有する。個々の螺旋型静的混合要素は、ｄ_２＝９．７５インチおよびｌ_２＝１４．６２５インチと同じである。個々の高剪断・高圧力損失混合要素（管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列で構成されている）は、ｄ_２＝９．７５インチおよびｌ_２＝９．７５インチを有する。さらに、混合は、２つの混合システムを同じ圧力損失要件で比較すると、混合システムが伸張流れ混合装置の上流にある同軸注入と、後に続く１パイプ径ギャップと、後に続く螺旋型混合要素とを備える方が、伸張流れ混合装置の上流にある同軸注入と、後に続く１パイプ径ギャップと、後に続く高剪断・高圧力損失混合要素（管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列で構成されている）を備えるシステムより良好であることが期待される。

図２６は、主流樹脂がおよそ３０５００ポイズの粘度を有し、サイド流れ樹脂がおよそ２００００ポイズの粘度を有する２つの樹脂の混和に対する変動係数（式１に定義される通り）を表す。主流れに対するサイド流れの流れ比率は、質量の観点では、８．３である。これらの事例は、図２６において比較され、すべてが同じ圧力損失での混合の度合いを示し、変動係数が個々の混合システムの端部で示される。

図２６における事例（ａ）は、バルク流れの中に突出しないパイプを備えたバルク流れに垂直な注入と、後に続く０．５Ｄ１ギャップと、後に続く１４個の螺旋型混合要素とにより構成された混合システムを備え、変動係数０．０４７を示す。図２６における事例（ｂ）は、同軸注入と、伸張流れ混合装置（ｄ_２＝９．７５インチおよびｌ_２＝９．７５インチ）の上流にある後に続く２インチギャップ（ｇ_１）と、１パイプ径ギャップ（１．０Ｄ_１、ｇ_２）と、後に続く１３個の螺旋型混合要素（個々の要素がｄ_２＝９．７５およびｌ_２＝１４．６２５インチを有する）とを備える。事例（ｂ）は、変動係数０．０１７を有する。図２６における事例（ｃ）は、同軸注入と、後に続く２インチギャップ（ｇ_１）と、１パイプ径ギャップ（１．０Ｄ_１、ｇ_２）が後に続く伸張流れ混合装置（ｄ_２＝９．７５およびｌ_２＝９．７５インチ）の上流にある後に続く２インチギャップ（ｇ_１）と、後に続く高剪断・高圧力損失混合要素（管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列で構成されている（ＳＭＸ型混合要素、個々の要素がｄ_２＝９．７５インチおよびｌ_２＝９．７５インチを有し、第２の要素が第１の要素に対して９０度回転している））と、により構成された混合システムを備える。事例（ｃ）は、変動係数０．２３を有する。

これらのシミュレーションは、２台の混合システムがおおよそ同じ圧力損失を提示するように、螺旋型混合要素の個数が調節された設備が螺旋型混合要素の上流に設置されたとき、伸張流れ混合装置の上流での同軸注入が混合を改善することを示す。さらに、管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列で構成された高剪断・高圧力損失混合要素は、類似した圧力損失で比較されたとき、螺旋型混合要素と同様に様々な粘度をもつ樹脂を混合するために効果的ではない。

（検討５−混合の度合い／様々な粘度の樹脂／シミュレーション）
バルク流れ粘度が５０００ポイズであり、少量流れ粘度が２００００ポイズであり、少量流れの量が流れ全体の７．５重量パーセントになる２つの樹脂を混和する事例を比較する別のシミュレーションの組が実行される。２つの事例が混合の度合いに関して比較され、シミュレーションは、図２７に示される。

図２７における事例（ａ）は、内径Ｄ_１が２．３インチである流れ導管の中への０．２５インチパイプの同軸注入を含む混合システムを備える。同軸注入は、伸張流れ混合装置（ｄ_２＝２．３インチ、ｌ_２＝２．３インチ）の上流にある１インチギャップ（ｇ_１）が後に続き、１．０Ｄ_１ギャップが後に続き、その後、１８個の螺旋型混合要素（ｄ_２＝２．３インチ、ｌ_２＝３．０インチ）が後に続き、すべてが２．３インチ内径Ｄ_１の中にある。

図２７における事例（ｂ）は、内径Ｄ_１が２．３インチである流れ導管の中への０．２５インチパイプの同軸注入を含む混合システムを備える。同軸注入は、伸張流れ混合装置（ｄ_２＝２．３インチ、ｌ_２＝２．３インチ）の上流にある１インチギャップ（ｇ_１）が後に続き、１．０Ｄ_１ギャップが後に続き、その後、９個の螺旋型混合要素（ｄ_２＝２．３インチ、ｌ_２＝３．０インチ）が後に続き、すべてが２．３インチ内径Ｄ_１の中にあり、径アダプタが導管径を内径２．３インチから３．２インチまで増大し、管軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列により構成された３個の高剪断・高圧力損失混合要素（ＳＭＸ型要素、１つずつがｄ_２＝３．２インチ、ｌ_２＝３．２インチであり、１つずつが前の要素に対して９０度回転し、すべてが３．２インチ導管の内側にある）が後に続く。

図２７における事例（ａ）は、混合システムの端部で（式１に定義される通り）変動係数０．００６３を有し、１平方インチ当たり９１ポンド・力の推定圧力損失を有する。図２７における事例（ｂ）は、混合システムの端部で変動係数０．００１９を有し、１平方インチ当たり８０ポンド・力の推定圧力損失を有する。

（検討６−混合の度合い／様々な粘度の樹脂／室内実験）
上記検討５に示されたシミュレーションは、室内設備において前述された設備と同じ設備を用いてさらに試験された。重合体が水中ペレタイザを用いて取得され、結果として得られた重合体ペレットが様々な分析技術を使用して試験された。混合設備の端部には、開放されているダイバータバルブが存在し、重合体は、連続的な円筒状「ロープ」としてシステムから流出することが許容される。流れ可視化の目的のため、添加剤注入流れ中のおよそ２０重量パーセント ペレットは、カーボンブラック １重量パーセントが混合されたペレットで置換された。その結果、２つの流れが混和されるので、条痕を観察し、混合の度合いを推定することが可能である。混合を観察する１つの方法は、軸方向と垂直に切断され、かつ、パイプの軸に沿って切断された重合体円筒状「ロープ」の薄い銀を取得し、光の下でサンプルを調べることである。

図２８は、前述された検討５における同じ物理特性および流速と、３つの構成とに関して３つの事例を比較する。事例（ａ）は、流れの方向に垂直であるが、２．３インチ内径Ｄ_１のバルク流れ導管の中へ突出しない０．２５インチパイプの注入を含む混合システムを備える。垂直注入は、伸張流れ混合装置（ｄ_２＝２．３インチ、ｌ_２＝２．３インチ）の上流にある１インチギャップ（ｇ_１）が後に続き、１．０Ｄ_１ギャップが後に続き、その後、１８個の螺旋型混合要素（ｄ_２＝２．３インチ、ｌ_２＝３．０インチ）が後に続き、すべてが２．３インチ内径の導管の中にある。

事例（ｂ）は、図２７の事例（ａ）の場合と全く同じ混合構成である。事例（ｃ）は、図２７の事例（ｂ）の場合と全く同じ混合構成である。図２８は、前述された３事例に関する混合の度合いを表す軸方向条痕および縦方向条痕を示す。図２８では、黒色材料（２次流れ）および白色材料（１次流れ）のいずれかを収容するドメインは、事例（ａ）と比べると事例（ｂ）の場合より小さくなる。さらに、これらのドメインは、事例（ｂ）と比べると事例（ｃ）の導管の全径に沿ってより均一に分散される。図２８における事例（ｃ）は、事例（ｂ）を上回る僅かな改善を提供する。図２８における事例（ａ）の場合の推定圧力損失は、１平方インチ当たり８６．５ポンド・力であり、図２８における事例（ｂ）の場合、圧力損失は、１平方インチ当たり９１ポンド・力で推定される。図２８における事例（ｃ）の場合の圧力損失は、１平方インチ当たり８０ポンド・力で推定される。

（検討７−様々な混合構成のシミュレーション）
以下の検討は、物理特性および運転条件が表２に示された５つの混合構成のシミュレーションを提示し、前述のソフトウェアおよび技術を使用する。添加剤粘度は、以下の式を使用してシミュレーションされる。
但し、λ＝４７．９６５（ｓ）；ｎ＝０．５６２４；コード中で計算されたγ＝剪断速度（ｓ^−１）；η_０＝３８８７３．４；η_∞＝１
である。

比較構成Ａは、流れの方向に垂直であり、そして、パイプの先端が主流の中央にあり、内径Ｄ_１が２３インチである流れ導管の内部で先端が４５°に切断されるように設置されている２インチパイプの注入と、後に続く０．５Ｄ_１ギャップと、後に続く１８個の螺旋型静的混合要素（個々の要素がｄ_２＝２３インチおよびｌ_２＝１７．７インチを有する）とを含み、すべてが内径Ｄ_１をもつ流れ導管の内部にある混合システムを備える。

比較構成Ｂは、流れの方向に垂直であり、そして、パイプの先端が主流の中央にあり、内径Ｄ_１が２３インチである流れ導管の内部で先端が４５°に切断されるように設置されている２インチパイプの注入と、後に続く０．５Ｄ_１ギャップと、後に続く２３個の螺旋型静的混合要素（個々の要素がｄ_２＝２３インチおよびｌ_２＝１７．７インチを有する）とを含み、すべてが内径Ｄ_１をもつ流れ導管の内部にある混合システムを備える。

本発明の構成（１）は、流れの方向をもち、そして、流れの中に４インチの長さを有し、内径Ｄ_１が２３インチの流れ導管の内部に設置されている２インチパイプの同軸注入と、後に続く０．５Ｄ_１ギャップと、後に続く伸張流れ混合装置（ｄ_２＝２３インチ、ｌ_２＝２３インチ）と、後に続く１．０Ｄ_１ギャップと、後に続く１８個の螺旋型静的混合要素（個々の要素がｄ_２＝２３およびｌ_２＝１７．７インチを有する）とを含み、すべてが内径Ｄ_１をもつ流れ導管の内部にある混合システムを備える。

比較構成Ｃは、流れの方向に垂直であり、そして、パイプの先端が主流の中央にあり、内径Ｄ_１が９インチである流れ導管の内部で先端が４５°に切断されるように設置されている１インチパイプの注入と、後に続く０．５Ｄ_１ギャップと、後に続く１８個の螺旋型静的混合要素（個々の要素がｄ_２＝９インチおよびｌ_２＝１３．５インチを有する）とを含み、すべてが内径Ｄ_１をもつ流れ導管の内部にある混合システムを備える。

比較構成Ｄは、流れの方向に垂直であり、そして、パイプの先端が主流の中央にあり、内径Ｄ_１が９インチである流れ導管の内部で先端が４５°に切断されるように設置されている１インチパイプの注入と、後に続く０．５Ｄ_１ギャップと、後に続く１８個の螺旋型静的混合要素（個々の要素がｄ_２＝９インチおよびｌ_２＝６．９インチを有する）とを含み、すべてが内径Ｄ_１をもつ流れ導管の内部にある混合システムを備える。

混合システムの出口での変動係数ＣｏＶ（式１において定義去れている通り）は、様々な構成において混合の度合いを決定するために使用される。比較構成Ａは、この比較構成Ａが最も悪い混合を有することを示唆する最高ＣｏＶを有する。シミュレーションは、比較構成Ｂが本発明の構成１より多くの静的混合要素を備える場合であっても本発明の構成１が比較構成ＡまたはＢより優れていることを示す。さらに、より優れた混合は、比較構成Ａより僅かに高く、かつ、比較構成Ｂより遙かに低い圧力損失だけを用いて達成される。比較構成ＣおよびＤは、混合の度合いが同じ物理特性および流れ条件を有するが、しかし、流れ導管がより大きい径を有するか、または、混合要素がより低いＩ_２／ｄ_２を有する構成より優れていることを示唆する。本発明の構成１は、本発明の構成１が比較構成Ｄより大きい流れ導管径と、比較構成Ｃより低いＩ_２／ｄ_２を有する場合であっても、すべての比較事例より優れた混合を示す。

（検討８−２種類の混合構成を用いた酸測定）
酸測定は、上記検討１と同じ実験技術、器具、および、等価的な場所を使用して行われた。流れ導管は、１０インチ流れ導管（内径９．３インチ）であり、添加剤注入器サイズは、１インチパイプであり、バルク流れは、およそ４８ｋｇ／毎秒であり、添加剤流れは、およそ０．２０ｋｇ／毎秒であり、２つの流れの密度は、およそ７８０ｋｇ／ｍ^３であり、バルク流れの粘度は、１０００ｃｐ未満からおよそ６０００ｃｐまで変化し、添加剤流れの粘度は、およそ１ｃｐである。

比較構成Ｅ：バルク流れに垂直であり、そして、パイプの先端がバルク流れ導管の中央にあり、先端が４５°に切断されるように設置されている添加剤注入器と、後に続く０．４Ｄ_１ギャップと、後に続く６個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１４．６２５インチというｌ_２を有する）と、後に続く１Ｄ_１ギャップと、後に続く６個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１４．６２５インチというｌ_２を有する）。

本発明の構成２：バルク流れに同軸状であり、流れに沿って長さ４インチをもつ添加剤注入器と、後に続く０．２Ｄ_１ギャップｇ１_１と、後に続くＥＦＭ（ｄ_２＝９．３インチおよびｌ_２＝９．３インチ）と、後に続く１Ｄ_１ギャップと、第１の螺旋状要素の前縁部がＥＦＭの出口の主軸（長軸）と垂直に設置された、後に続く１３個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１２．１インチというｌ_２を有する）。

図３２は、ＪＭＰソフトウェア（定義済み）およびターキー・クラマー（Ｔｕｒｋｅｙ−Ｋｒａｍｅｒ）試験を使用して描かれるような２つの事例（比較Ｅおよび本発明２）に対する酸測定を示す。ターキー・クラマー（Ｔｕｒｋｅｙ−Ｋｒａｍｅｒ）試験は、比較構成および本発明の構成における酸測定の平均値が信頼区間９５％で著しく相違することを示す。以下の表３は、これらの構成に対する平均値および標準偏差に関する詳細を示す。本発明の構成２の場合、平均値は、比較構成２と比較しておよそ６５％低減され、標準偏差は、比較構成Ｅと比べて、本発明の構成２ではおよそ５０％低減される。これらの結果は、本発明の構成２が比較構成Ｅと比べて２つの流れの混合に優れていることを示唆する。

（検討９−添加剤注入のための様々な混合構成のシミュレーション）
以下の検討は、前述のソフトウェアおよび技術を使用して、表４に示された物理特性および運転条件を使用する６つの混合構成のための８つの事例のシミュレーションを提示する。２つの比較構成と４つの本発明の構成とが存在する。すべての事例に対し、流れ導管は、１０インチパイプ（内径９．３インチ）であり、注入器は、１インチパイプである。バルク流速および添加剤流速は、表４に示される。バルク流れの粘度は、表４に示され、添加剤流れの粘度は、１ｃｐであるとみなされる。

比較構成Ｆは、以下の通りである：バルク流れに垂直であり、そして、パイプの先端がバルク流れ導管の中央にあり、先端が４５°に切断されるように設置されている添加剤注入器と、後に続く０．４Ｄ_１ギャップと、後に続く９個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１４．６２５インチというｌ_２を有する）とであり、すべてが１４．０というＬ_１／Ｄ_１を有する流れ導管の中にある。

比較構成Ｇは、以下の通りである：バルク流れに垂直であり、そして、パイプの先端がバルク流れ導管の中央にあり、先端が４５°に切断されるように設置されている添加剤注入器と、後に続く０．４Ｄ_１ギャップと、後に続く１２個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１４．６２５インチというｌ_２を有する）とであり、すべてが１８．５というＬ_１／Ｄ_１を有する流れ導管の中にある。

本発明の構成３：バルク流れに同軸状であり、流れに沿って長さ４インチをもつ添加剤注入器と、後に続く０．２Ｄ_１ギャップｇ_１と、後に続くＥＦＭ（ｄ_２＝９．３インチおよびｌ_２＝９．３インチ）と、後に続く１Ｄ_１ギャップｇ_２と、第１の螺旋状要素の前縁部がＥＦＭの出口ポートの主軸（長軸）と垂直に設置された、後に続く８個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１１．２インチというｌ_２を有する）とであり、すべてが１１．０というＬ_１／Ｄ_１を有する流れ導管の中にある。

本発明の構成４：バルク流れに同軸状であり、流れに沿って長さ４インチをもつ添加剤注入器と、後に続く０．２Ｄ_１ギャップｇ_１と、後に続くＥＦＭ（ｄ_２＝９．３インチおよびｌ_２＝９．３インチ）と、後に続く１Ｄ_１ギャップｇ_２と、第１の螺旋状要素の前縁部がＥＦＭの出口ポートの主軸（長軸）と垂直に設置された、後に続く１３個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１１．２インチというｌ_２を有する）とであり、すべてが１７．０というＬ_１／Ｄ_１を有する流れ導管の中にある。

本発明の構成５：バルク流れに同軸状であり、流れに沿って長さ４インチをもつ添加剤注入器と、後に続く０．２Ｄ_１ギャップｇ_１と、後に続くＥＦＭ（ｄ_２＝９．３インチおよびｌ_２＝９．３インチ）と、後に続く１Ｄ_１ギャップｇ_２と、第１の螺旋状要素の前縁部がＥＦＭの出口ポートの主軸（長軸）と垂直に設置された、後に続く１８個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１１．２インチというｌ_２を有する）とであり、すべてが２３．０というＬ_１／Ｄ_１を有する流れ導管の中にある。

本発明の構成６：バルク流れに同軸状であり、流れに沿って長さ４インチをもつ添加剤注入器と、後に続く０．２Ｄ_１ギャップｇ_１と、後に続くＥＦＭ（ｄ_２＝９．３インチおよびｌ_２＝９．３インチ）と、後に続く１Ｄ_１ギャップｇ_２と、第１の螺旋状要素の前縁部がＥＦＭの出口ポートの主軸（長軸）と垂直に設置された、後に続く１１個の螺旋型静的混合装置要素（すべてが同様に９．３インチというｄ_２および１１．２インチというｌ_２を有する）とであり、すべてが１７．９というＬ_１／Ｄ_１を有する流れ導管の中にある。

前述の５つの構成に対する８つの事例が表４に提示される。表４に示されるように、本発明の構成３は、同じ条件および圧力損失に対して、比較構成Ｆより遙かに優れたＣｏＶを示す。本発明の構成４および５は、比較構成Ｆと比べて、最低限の圧力損失の増大で混合の度合いがさらに改善できることを実証する。事例６および７にそれぞれ対応する本発明の構成６および本発明の構成４は、これらの構成が、より低い圧力損失、または、全体として同じ圧力損失と、同じ処理条件とに対して、比較構成Ｇより優れた混合の度合いを有することを実証する。事例８における本発明の構成５は、同じ処理条件に対して、最低限の圧力損失の増大で比較構成Ｇより遙かに優れた混合の度合いを実証する。

本発明は、処理実施例の中でかなり詳細に説明されているが、この詳説は、例証の目的であり、請求項に記載されるように本発明の制限として解釈されるべきではない。

Claims (17)

1. 混合システムであって、
   Ａ）起伏のある外面を有し、かつ、単独の入口ポートおよび単独の出口ポートを有する全体として開口し中空状の本体部と、
   流れの方向に前記全体として開口し中空状の本体部の中を流れるバルク流れおよび前記流れの方向に前記単独の入口ポートで取り入れられた少なくとも１つの注入された添加剤流れを圧縮する手段と、
   前記バルク流れと前記少なくとも１つの注入された添加剤流れとの混合を促進するために、前記バルク流れおよび前記少なくとも１つの注入された添加剤流れが前記流れの方向に前記全体として開口し中空状の本体部の中を流れるときに、前記バルク流れと前記少なくとも１つの注入された添加剤流れとの間の界面面積が増大されるように、前記バルク流れおよび前記少なくとも１つの注入された添加剤流れを拡張する手段と、
   を備える少なくとも１台の伸張流れ混合装置と、
   Ｂ）軸を有し、全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部が内部に固定される流れ導管と、
   Ｃ）前記全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部の前記入口ポートに位置合わせされ、前記伸張流れ混合装置の出口で前記バルク流れおよび前記１次添加剤流れの混合を実現し易くさせるために、前記バルク流れが前記全体として開口し中空状の流れ混合装置本体部の中を流れるとき、前記伸張流れ混合装置の内部で前記バルク流れおよび前記添加剤流れの一体とした圧縮および拡張を可能にさせるために添加剤流れを、前記流れの方向に前記流れ混合装置の注入器の内部に注入する１次添加剤流れ注入器と、を備えており、
   前記伸張流れ混合装置には、Ｄ）少なくとも１個の螺旋型静的混合要素が続いており、当該螺旋型静的混合要素は、前記伸張流れ混合装置の出口の下流で、「前記流れ導管の径の半分（１／２Ｄ _１ ）」から「前記流れ導管の径の２倍（２Ｄ _１ ）」までの距離に位置する、混合システム。
2. 前記圧縮する手段および前記拡張する手段は、それぞれ、起伏のある複数の葉状部を含み、個々の葉状部は、全体的に起伏のある表面を有し、前記圧縮する手段の中の前記起伏のある複数の葉状部は、前記流れの方向にサイズが減少し、前記拡張する手段の中の前記起伏のある複数の葉状部は、前記流れの方向にサイズが増大する、請求項１に記載の混合システム。
3. 前記圧縮する手段は、圧縮平面にあり、前記拡張する手段は、前記圧縮平面に垂直な拡張平面にある、請求項１に記載の混合システム。
4. 前記圧縮する手段は、前記流れの方向に圧縮平面に沿ってサイズが減少し、前記拡張する手段は、前記流れの方向に拡張平面に沿って同時にサイズが増大する、請求項１に記載の混合システム。
5. 前記軸に対して４５°の角度で配置された交差棒状の配列を備え、連続的な混合要素が軸周りに９０°回転し、前記少なくとも１個の螺旋状静的混合要素の下流に設置されるように配置される少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素をさらに備える、請求項１に記載の混合システム。
6. 前記１次添加剤流れ注入器は、前記入口ポートの中心に位置合わせされる、請求項１に記載の混合システム。
7. 前記１次添加剤流れ注入器は、前記全体として中空状の流れ混合装置本体部の縦軸に沿って位置合わせされる、請求項１に記載の混合システム。
8. 前記添加剤流れ注入器は、前記単独の入口ポートの前記中心にさらに位置合わせされる、請求項７に記載の混合システム。
9. 前記単独の入口ポートによって受け入れられた前記バルク流れは、重合体と重合体溶液とのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の混合システム。
10. 前記単独の入口ポートによって受け入れられた前記添加剤流れは、単量体と単量体溶液とのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の混合システム。
11. 前記単独の入口ポートによって受け入れられた前記添加剤流れは、添加剤または溶液中の添加剤のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の混合システム。
12. 前記単独の入口ポートによって受け入れられた前記添加剤流れは、酸化防止剤と、酸掃去剤と、触媒失活剤と、これらの溶液とからなる群から選択される、請求項１１に記載の混合システム。
13. 前記添加剤流れは、単量体溶液を備え、前記単量体溶液は、溶媒中に溶解したエチレンである、請求項１０に記載の混合システム。
14. 前記圧縮領域は、収縮中心入口部に集まる２つの圧縮領域葉状部を備え、前記拡張領域は、収縮中心出口部に集まる２つの拡張領域葉状部を備える、請求項１に記載の混合システム。
15. 前記伸張流れ混合装置の前記出口の長軸は、前記少なくとも１個の螺旋状静的混合要素の前縁部に垂直である、請求項１に記載の混合システム。
16. 前記流れ導管は、７またはそれ以上である長さ対径の比率（Ｌ_１／Ｄ_１）を有する円筒体である、請求項１から１５のいずれかに記載の混合システム。
17. 少なくとも１個の高剪断・高圧力損失静的混合要素が後に続く少なくとも１個の螺旋状静的混合要素を備える、請求項１から１６のいずれかに記載の混合システム。