特許 7369179 ホスゲンと有機アミンとを混合するための静的混合装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-17

(45)【発行日】2023-10-25

(54)【発明の名称】ホスゲンと有機アミンとを混合するための静的混合装置および方法

(51)【国際特許分類】

   C07C 263/10 20060101AFI20231018BHJP

   B01F 25/433 20220101ALI20231018BHJP

   C07C 265/14 20060101ALI20231018BHJP

【ＦＩ】

C07C263/10

B01F25/433

C07C265/14

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021505706

(86)(22)【出願日】2019-07-03

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-02

(86)【国際出願番号】 US2019040554

(87)【国際公開番号】W WO2020027977

(87)【国際公開日】2020-02-06

【審査請求日】2022-06-20

(31)【優先権主張番号】62/711,652

(32)【優先日】2018-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502141050

【氏名又は名称】ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100095360

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 英二

(74)【代理人】

【識別番号】100120134

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 規雄

(74)【代理人】

【識別番号】100187964

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100104282

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康仁

(72)【発明者】

【氏名】グリス、ポール、エー．

(72)【発明者】

【氏名】ユアン、クアン

【審査官】藤代 亮

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５０４９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５３６８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１３７２４６３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５３４０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００１８５７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２３０６７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１１３５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５９３１５７９（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５３６９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３０５３５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００３２２２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２２８６３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

・ＩＰＣ

Ｃ０７Ｃ ２６３／１０

Ｂ０１Ｆ ２５／４３３

Ｃ０７Ｃ ２６５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ホスゲンを有機ポリアミンと混合するための方法であって、
外側側壁を有する導管を通る軸方向に向けられたホスゲンフローを確立することと、
複数の円周方向に整列したジェットを介して前記有機ポリアミンを前記導管に注入して、前記軸方向に向けられたホスゲンフローへの複数の有機ポリアミン流を確立することであって、そのような各ジェットが流体力学的直径Ｄ_ｊを有し、各々が前記導管の壁上の位置を有し、前記導管が前記１つ以上のジェットの前記位置に断面積Ａを有する、確立することと、
次に、前記ホスゲンおよび前記有機ポリアミンを、Ａ未満の断面積を有する前記導管の狭窄領域に通すことであって、前記狭窄部が断面積Ａの５０～９５％である最小の断面積を有し、前記狭窄領域が前記流体力学的直径Ｄ_ｊの０．０１～３倍に等しい距離で前記複数のジェットの下流から始まり、前記流体力学的な直径Ｄ_ｊの５０倍以下の距離まで前記複数のジェットの下流に延びる、通すことと、
その後、前記ホスゲンおよび前記有機ポリアミンを、少なくとも断面積Ａと同じ大きさの断面積を有する領域に通すことと、を含み、
前記狭窄領域が、前記軸方向に向けられたホスゲンフローに垂直な前記導管の前記外側側壁の内表面に位置する円周方向の突起によって生成され、前記円周方向の突起が、湾曲した前縁を有する、方法。

【請求項2】

前記導管が、環状断面を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記導管が、円形または楕円形の断面を有する、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記導管が、前記ジェットの前記位置で４～１０ｍｍの断面幅を有し、前記ジェットが各々、３～７ｍｍの直径を有する、請求項１～３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

静的混合装置であって、
ａ）外側側壁および任意選択で内側側壁によって画定される導管であって、前記導管が長手方向軸、第１の流体を導入するための入口端、および反応生成物流を除去するための出口端を有し、前記導管が流体流路を画定する、導管と、
ｂ）複数の円周方向に整列したジェットであって、各々が前記導管の前記入口端と出口端との間の前記導管の側壁上の位置を有し、各ジェットが前記外側側壁を通って前記導管に入る流体流路を提供し、そのような各ジェットが流体力学的直径Ｄ_ｊを有し、前記導管が前記ジェットの前記位置に断面積Ａを有する、ジェットと、
ｃ）前記導管の狭窄領域であって、前記狭窄領域が、前記軸方向に向けられたホスゲンフローに垂直な前記導管の前記外側側壁の内表面に位置する円周方向の突起によって生成され、前記円周方向の突起が、湾曲した前縁を有し、前記狭窄領域がＡ未満の断面積を有し、前記円周方向に整列したジェットの下流および前記導管の前記出口端の上流に位置することを特徴とし、前記狭窄領域が断面積Ａの５０～９５％である最小の断面積を有し、前記狭窄領域が直径Ｄ_ｊの０．０１～３倍に等しい距離で前記複数のジェットの下流から始まり、前記直径Ｄ_ｊの５０倍以下の距離まで前記ジェットの下流に延びる、狭窄領域と、
ｄ）少なくともＡの断面積を有する、前記導管の前記狭窄領域の下流にあり、狭窄領域と流体連絡している領域と、を備える、静的混合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホスゲンを有機アミンと混合するための方法、およびその方法に有用な静的混合装置に関する。

【0002】

ポリイソシアネートは、ホスゲンとポリアミン化合物との反応によって工業的に作製される。大規模な工業プロセスでは、有機ポリアミンは、典型的には、流れるホスゲン流に連続的に注入される。ホスゲンは、通常、過剰である。反応は速く、非常に発熱性であり、副生成物としてＨＣｌを生成する。特定の速い反応でポリアミンを消費することを利用するには、迅速かつ完全な混合が必要である。

【0003】

このプロセスは、不要な副成物の形成の影響を受けやすくなっている。これらには、例えば、様々な尿素、カルボジイミド、ウレートニミン、および他の材料が含まれ得る。これらは、しばしば、有機ポリアミンとホスゲンとの不完全な混合の結果として、少なくとも部分的に形成される。それらは、しばしば、非常に低濃度で形成されるが、時間の経過とともに蓄積し、プロセス装置を汚す。

【0004】

そのため、これらのホスゲン化反応用の混合装置の設計に多くの努力が注がれている。かなり厳しい反応条件（例えば、ホスゲンおよび塩化水素の存在、高温、ならびに高圧）のために、一般には静的混合装置が好まれる。そのような静的混合装置の例は、例えば、米国特許第８，８２９，２３２号、米国特許第８，１７３，８３３号、米国公開特許出願第２０１１／０２３０６７９号、および米国公開特許出願第２０１３／０１７６８１４号に記載されている。

【0005】

米国公開特許出願第２０１１－０２３０６７９号のホスゲン化混合装置は、混合装置本体とともに配置される「ガイド要素」の使用を記載している。ガイド要素は、別の管状の導管の中心を占め、ホスゲンがガイド要素を通過するときに、円形のホスゲン流路を環状の流路に変換する。有機ポリアミンは、環状ホスゲン流路が存在するセクションに位置される複数のジェットを介して導入される。これにより、高い混合装置性能が促進される。この混合装置設計によって提供される改善にもかかわらず、副生成物の形成をさらに低減することが望ましい。

【0006】

本発明は、一態様では、ホスゲンを有機ポリアミンと混合するための方法であり、本方法は、
外側側壁を有する導管を通る軸方向に向けられたホスゲンフローを確立することと、
複数の円周方向に整列したジェットを介して有機ポリアミンを導管に注入して、軸方向に向けられたホスゲンフローへの複数の有機ポリアミン流を確立することであって、そのような各ジェットが流体力学的直径Ｄ_ｊを有し、各々が導管の壁上の位置を有し、導管が１つ以上のジェットの軸方向位置に断面積Ａを有する、確立することと、
次に、ホスゲンおよび有機ポリアミンを、Ａ未満の断面積を有する導管の狭窄領域に通すことであって、狭窄部が断面積Ａの５０～９５％である最小の断面積を有し、狭窄領域が流体力学的な直径Ｄ_ｊの０．０１～３倍に等しい距離で複数のジェットの下流から始まり、流体力学的直径Ｄ_ｊの５０倍以下の距離まで複数のジェットの下流に延びる、通すことと、
その後、ホスゲンおよび有機ポリアミンを、少なくとも断面積Ａと同じ大きさの断面積を有する領域に通すことと、を含む。

【0007】

本発明はまた、
ａ）外側側壁および任意選択で内側側壁によって画定される導管であって、導管が長手方向軸、第１の流体を導入するための入口端、および反応生成物流を除去するための出口端を有し、導管が流体流路を画定する、導管と、
ｂ）複数の円周方向に整列したジェットであって、各々が導管の該入口端と出口端との間の導管の側壁上の位置を有し、各ジェットが外側側壁を通って導管に入る流体流路を提供し、そのような各ジェットが流体力学的直径Ｄ_ｊを有し、導管がジェットの位置に断面積Ａを有する、ジェットと、
ｃ）導管の狭窄領域であって、狭窄領域がＡ未満の断面積を有し、円周方向に整列したジェットの下流および導管の出口端の上流に位置することを特徴とし、狭窄領域が断面積Ａの５０～９５％である最小の断面積を有し、狭窄領域が流体力学的直径Ｄ_ｊの０．０１～３倍に等しい距離で複数のジェットの下流から始まり、流体力学的直径Ｄ_ｊの５０倍以下の距離までジェットの下流に延びる、狭窄領域と、
ｄ）少なくともＡの断面積を有する、導管の狭窄領域の下流にあり、狭窄領域と流体連絡している領域と、を備える静的混合装置である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の静的混合装置の実施形態の斜視図である。

【図2】図２は、本発明の静的混合装置の実施形態の側面断面図である。

【図3】図３は、図２の静的混合装置の詳細を示す拡大断面図である。

【図4】図４は、比較および発明のホスゲン化方法について、蒸気質量分率とフロー方向に沿った軸方向距離とを比較したグラフである。

【0009】

図１～３を見ると、ホスゲン化混合装置１は、外側側壁２および中央インサート３を含み、これらは、ジェット６の上流で、矢印５によって示される方向にホスゲンの軸方向に向けられたフローが確立される導管１５を一緒に画定する（図３）。複数の円周方向に整列したジェット６が外側側壁２を貫通し、各ジェット６が外側側壁２の外側から導管１５に有機ポリアミン流を注入するための流路を形成する。支持体１６は、ホスゲン化混合装置１内の所定の位置に中央インサート３を保持する。中央インサート３は、好ましくは、導管１５の幅が軸方向５に垂直な任意の平面上のすべての点で一定であるように、ホスゲン化混合装置１の中心軸に沿って中央に整列される。突起９は、導管１５内に狭窄領域４（図３を参照されたい）を作成する。

【0010】

円周方向に整列したジェット６の位置で、導管１５は、図１～３に示されるような環状導管の場合、次のように計算される面積Ａを有し、

【数1】

式中、Ｒ_ｏは中心軸Ｃ_Ｌからの外側側壁２の距離であり、Ｒ_ｉは中心軸Ｃ_Ｌから、ジェット６の位置で導管１５の内表面を形成するインサート３の表面までの距離である。

【0011】

断面積Ａは、例えば、０．２５ｃｍ^２～１２０ｃｍ^２であり得る。

【0012】

ジェット６は、図３のＤ_ｊによって示されている流体力学的直径を有する。ジェット６の断面形状が円形でない場合、円の直径が各ジェット６と同じ断面積を有すると直径は考えられる。直径は、ジェット６の出口、すなわち、有機ポリアミンが導管１５に排出される点での直径である。ジェット６は、それらの長さに沿って一定の直径を有さない場合がある。いくつかの実施形態では、ジェット６は先細りになっており、それらの出口で最小の直径を有する。

【0013】

ジェット直径Ｄ_ｊは、例えば、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、または少なくとも４ｍｍであり得、例えば、最大２０ｍｍ、最大１０ｍｍ、最大８ｍｍ、または最大６ｍｍであり得る。

【0014】

狭窄領域４は、ジェット６の下流の導管１５のその部分として確定され、導管１５の断面積Ａ未満の断面積を有する。したがって、図３では、狭窄領域４はライン７から始まり、突起９は導管１５に突き出て、導管１５を狭くしている。図３に示される実施形態における狭窄領域４は、ライン１４で最小断面積に達する。狭窄領域４は、導管１５の断面積が再びＡに等しくなるライン８で終了する。狭窄領域４の端の下流（すなわち、ライン８の下流）にある領域１３は、少なくともＡと同じ大きさ、好ましくはＡよりも大きい断面積を有する（図３を参照されたい）。領域１３は、図１～３に示されるように導管１５の一部を形成し得るか、または導管１５の出口端と流体連絡している別の空間であり得るかもしくはそれを含み得る。

【0015】

狭窄領域４の開始（図３のライン７として示されている）は、ジェット６の下流で０．０１～３のジェット直径である。この距離（図３ではＤ_１として示されている）は、ジェット６の下流縁から測定され、これは、図３ではライン１２によって示されている。図３では、この距離は、ジェット６の下流で約０．２５のジェット直径である。本発明の目的のための「下流」は、導管１５を通る質量フローの方向を示し、図１～３では、それは右に向かっている。「上流」は、反対方向を指し、図１～３では左に向かっている。

【0016】

狭窄領域４の端（図３のライン８として示されている）は、ジェット６の下流で５０以下のジェット直径である。この距離（図３ではＤ_２として示されている）は、ジェット６の下流縁から測定され、これは、図３ではライン１２によって示されている。狭窄領域４の端は、ジェット６の下流で、２５以下、２０以下、１８以下、１５以下、１２以下、１０以下、または８以下のジェット直径であり得る。図３では、狭窄領域４の端は、ジェット６の下流で約４のジェット直径である。

【0017】

図３に示されるように、狭窄領域４の断面積は、その長さに沿って一定ではない可能性がある。図３では、狭窄領域４の断面積は、ライン１４で最小に達する。狭窄領域４の最小断面積は、断面積Ａの少なくとも５０％、断面積Ａの最大８５％である。それは、断面積Ａの最大７５％であり得る。

【0018】

狭窄領域４の断面積がその長さに沿って一定ではない実施形態では、狭窄領域４の断面積が最初にその最小に達する点は、好ましくはジェット６の下流で０．５～５、特に１～３のジェット直径である。

【0019】

図１～３は、軸方向に向けられたホスゲンフロー５に垂直な、導管１５の外側側壁２の内表面に位置する円周方向の突起９によって狭窄領域が生成される好ましい実施形態を例示する。ただし、そのような環状突起をインサート３の表面（すなわち、図１～３に例示されるタイプの環状導管の内側側壁）に配置するか、または導管１５の内側側壁および外側側壁の両方に配置することによって、狭窄を生成することが可能である。

【0020】

図３に示される実施形態では、環状突起９は、湾曲した前縁１１を有する。円周方向の突起の「前縁」は、導管１５の上流端に向かって配置され、すなわち、対向するホスゲン／有機アミンフローに面する。

【0021】

図３に示されるように、ジェット６の各々で導管１５に注入された有機ポリアミンは、有機ポリアミン流を形成する。ホスゲンは導管１５を通って同時に流れているため、その運動量によって有機ポリアミン流が下流方向に曲がり、図３の参照番号１０によって示されているような湾曲した流路が生成される。好ましい実施形態では、狭窄領域４は、外側側壁に配置された円周方向の突起によって形成され、円周方向の突起は、湾曲した前縁を有し、前縁の曲率は、有機ポリアミン流の湾曲した流路に近似し、すなわち、図３の前縁１１の曲率は、有機ポリアミン流の湾曲した流路１０の曲率に近似する。前縁は、フローの流線と整列する放物線、楕円、円弧、または双曲線の曲率を有し得る。

【0022】

狭窄エリア４の下流で、導管１５は再び広がって、少なくとも断面積Ａと同じ大きさの断面積を有する領域１３を形成する。前述のように、領域１３は、必要に応じて、導管１５の一部ではなく、別個の装置であり得る。領域１３の断面積は、断面積Ａよりも大きいことが好ましい。領域１３の断面積は、その長さに沿って一定である場合、例えば、断面積Ａの少なくとも１．５倍、少なくとも２倍、少なくとも３倍、少なくとも５倍、または少なくとも１０倍であり得る。図３に示されるように、領域１３の断面積は、その長さに沿って一定ではない可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、領域１３の断面積は、質量フローの方向にその長さに沿って、Ａから断面積Ａの少なくとも１．５倍、少なくとも２倍、少なくとも３倍、少なくとも５倍、または少なくとも１０倍で増加し得る。領域１３は、いずれかの任意の長さを有し得る。

【0023】

図１～３は、導管１５が環状断面を有する本発明の実施形態を例示する。他の実施形態では、導管１５は、円形の断面を有する。他の実施形態では、導管１５は、楕円形、長方形もしくは他の正多角形、または楕円形の断面を有する可能性がある。

【0024】

動作中、ホスゲンフローは、ジェット６の上流の導管１５に確立され、このフローは、ジェット６を通過して、狭窄領域４を通って導管１５の領域１３に順次移動する。有機ポリアミンは、ジェット６を介して導管１５に注入される。有機ポリアミンは、軸方向に向けられたホスゲンフローに対して直角に、またはそれに対してある角度、例えば、それに対して±４５°～±８９．９°の角度で注入され得る。各ジェットで、有機ポリアミンの注入は、軸方向に向けられたホスゲンフロー内に有機ポリアミン流を生成する。

【0025】

有機ポリアミン流は、軸方向に向けられたホスゲンフローによって下流に運ばれ、最終的にはそれに混合される。ただし、出願人は、本発明の前に、ホスゲン／アミン反応で形成されたホスゲン、溶媒、および／またはＨＣｌの気化が、気相および液相の混合物を形成するための混合の初期段階中に発生することを発見した。気相は、有機ポリアミン流とホスゲンフローとの境界近くに形成され、それらの混合を阻害し得る。混合が不十分だと、不純物および不要な副生成物の形成がもたらされる。この気相の形成、ならびにそれに伴う混合および不純物形成の阻害は、有機ポリアミンがホスゲン流に注入された後、非常に短い時間および距離内で発生する。

【0026】

本発明はいかなる理論によっても制限されないが、本明細書に記載されるようにホスゲンフローおよび有機アミン流を狭窄エリアに通すことによって、気化は不純物および副生成物形成の臨界時に少なくとも部分的に抑制されると考えられる。気化を抑制すると、混合の初期段階中に形成される気相の体積が低減され、したがって、ホスゲンと有機ポリアミンとの混合が改善され、それによって副生成物および不純物の形成が低減される。この有益な効果は、狭窄領域の長さが短いため、動作圧力をわずかに増加させるだけで達成される。

【0027】

軸方向に向けられたホスゲンフローおよび注入された有機ポリアミン流の流量は、好ましくは、混合されたホスゲン流および有機ポリアミン流が狭窄エリア４を通ってジェット６から移動する時間が２０ミリ秒以下になるものである。

【0028】

軸方向に向けられたホスゲンフローは、それ自体でホスゲンを含有し得る。あるいは、ホスゲンは、本発明のプロセスにおいてポリイソシアネートを形成する混合および反応ステップの条件下で液体かつ非反応性である溶媒に溶解され得る。溶媒は、ホスゲンおよび有機ポリアミンの両方のための溶媒である必要がある。好適な溶媒には、モノクロロベンゼンまたはジクロロベンゼンなどの塩素化芳香族炭化水素、およびトルエンなどの非ハロゲン化芳香族炭化水素が含まれる。溶媒は、軸方向に向けられたホスゲンフローの総体積の少なくとも５０％、少なくとも７５％、または少なくとも８０％、および最大９５％または最大９０％を構成し得る。

【0029】

有機ポリアミン流は、少なくとも１つの有機ポリアミンおよび任意選択で溶媒を含む。有機ポリアミンは、少なくとも２つの一級アミノ基を有することを特徴とする。

【0030】

有機ポリアミンは、一級アミノ基が芳香族環の炭素原子に直接結合している芳香族ポリアミンであり得る。そのような芳香族ポリアミンの例には、２，４－および／もしくは２，６－トルエンジアミン（ＴＤＡ）、４，４’－、２，４’－、および２，２’－ジフェニルメタンジアミン（ＭＤＡ）、またはそれらの任意の２つ以上の混合物、様々なポリメチレンポリフェニルアミン（ＰＭＤＡ）；ＭＤＡとＰＭＤＡとの混合物；ナフタレン－１，５－もしくは１，８－ジアミンなどが含まれる。

【0031】

有機ポリアミンは、水素化ＭＤＡ、１－メチル－２，４－ジアミノシクロヘキサン、１－メチル－２，６－ジアミノシクロヘキサンなどの脂環式ポリアミンであり得る。

【0032】

有機ポリアミンは、テトラメチレン－１，４－ジアミン、ヘキサメチレン－１，６－ジアミン、テトラメチルキシリレンジアミン、トリメチルヘキサンジアミン、テトラメチルヘキサンジアミン、イソホロンジアミン、１，３－および／または１，４－ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ならびに２，４－または２，６－ジアミン－１－メチルエシクロヘキサンなどの脂肪族ポリアミンであり得る。

【0033】

有機ポリアミン流中に存在する場合、溶媒は、ホスゲン流に関して記載された通りであり得る。溶媒は、有機ポリアミン流の総体積の少なくとも５０％、少なくとも７５％、または少なくとも８０％、および最大９５％または最大９０％を構成し得る。

【0034】

軸方向に向けられたホスゲンフローおよび注入された有機ポリアミン流の流量は、ホスゲンが過剰になるようなものである。反応に提供される一級アミノ基に対するホスゲンの当量比は、例えば、少なくとも１．５であり得るか、例えば、最大１５であり得る。

【0035】

ホスゲン流および有機ポリアミン流は、高温で接触し得る。ホスゲン流および有機ポリアミン流は各々、例えば、３５０～６００°Ｋの温度に予熱され、そのような温度で互いに接触し得る。ホスゲン流および有機ポリアミン流が組み合わされると、発熱反応によりさらに温度の増加がもたらされ得る。

【0036】

狭窄エリアの存在は、狭窄エリアがそこにないときにジェット６の下流に存在する傾向がある停滞領域を低減または排除すると考えられる。停滞領域は、下流の低圧が上流に連絡され得るエリアであり、すなわち、下流の低圧エリアへの直接経路がある。

【0037】

狭窄はこの連絡を遮断し、ホスゲン流および有機ポリアミン流が通るときに有機アミンジェットのすぐ下流でより高い圧力境界条件を生成し、それによって不要な気化を低減または排除する。これによって、より良好、かつより速いホスゲンと有機ポリアミンとの混合が促進され、それによって副生成物および不純物の形成が低減される。

【0038】

導管１５内の任意の長手方向平面内（狭窄エリア４内を含む）には、最小圧力および最大圧力に及ぶ圧力の範囲が存在する。つまり、ホスゲン流および有機ポリアミン流が組み合わされ始めるときの速度の局所的な差に少なくとも部分的に起因して、圧力はそのような任意の長手方向平面のすべての点で一定ではない。また、そのような任意の平面内には平均圧力が存在し、これは、その軸方向平面上のすべての測定／予測値での質量フロー加重平均である。

【0039】

最小圧力と平均圧力との間の差は、一般に、ジェット６の位置またはそのすぐ下流で最大になる。反応器の内容物が下流に移動するにつれて、圧力の局所的な変動はより小さくなり、最小圧力および平均圧力は、同じ値に向かって移動する傾向がある。揮発性成分の気化は、これらの最小圧力のエリアで主に発生する傾向があると考えられる。

【0040】

本発明により、最小圧力と平均圧力との間の差は、ジェット６のすぐ下流の領域、すなわち、狭窄領域内で低減される。これは、反応物を狭窄ゾーンに通すことによって、狭窄エリアが存在しない（すなわち、ジェットの下流の導管１５の断面積が、断面積Ａ以上のままである）場合と比較して、狭窄エリア内に見られる最小圧力が増加するために達成される。平均圧力も一般に増加するが、その量は少ないため、制限エリア内の任意の長手方向平面での圧力の変動はより小さくなる。最小圧力の増加は気化を低減し、これによって、より良好、かつより速いホスゲンと有機ポリアミンとの混合が促進され、それによって副生成物および不純物の形成が低減されると考えられる。

【0041】

狭窄領域４内の最小圧力は、狭窄領域が存在しない場合と比較して、狭窄領域４内の少なくとも１つの長手方向平面内で、例えば、少なくとも０．２５ａｔｍ（２５ｋＰａ）、少なくとも０．５ａｔｍ（５０ｋＰａ）、少なくとも１．０ａｔｍ（１０１ｋＰａ）、または少なくとも１．５ａｔｍ（１５２ｋＰａ）～例えば、最大３ａｔｍ（３０４ｋＰａ）または最大２．５ａｔｍ（２５３ｋＰａ）だけ増加させることができる。特定の実施形態では、最小圧力は、狭窄領域４内のすべての点で、少なくとも３ａｔｍ（３０４ｋＰａ）ゲージ、少なくとも４ａｔｍ（４０５ｋＰａ）、または少なくとも４．５ａｔｍ（４５６ｋＰａ）である。

【0042】

狭窄エリアが存在しない場合と比較して、狭窄エリア内で平均圧力のわずかな増加が見られる。この平均圧力の増加は、典型的には、０．１～１．２５気圧（１０．１～１２６．６ｋＰａ）の順番であり、より典型的には、最大約１気圧（１０１ｋＰａ）である。絶対的には、圧力は、狭窄領域４内の少なくとも１つの長手方向平面内で最大で少なくとも５ａｔｍ（５０７ｋＰａ）ゲージ、少なくとも８ａｔｍ（８１１ｋＰａ）、少なくとも１０ａｔｍ（１０１３ｋＰａ）、少なくとも１３ａｔｍ（１３１７ｋＰａ）少なくとも１４ａｔｍ（１４１９ｋＰａ）ゲージ、または少なくとも１４．５ａｔｍ（１４６９ｋＰａ）に達する可能性があり、最大で最大２０ａｔｍ（２０２７ｋＰａ）、最大１８ａｔｍ（１８２４ｋＰａ）、最大１６ａｔｍ（１６２１ｋＰａ）、最大１５．５ａｔｍ（１５７０ｋＰａ）、または最大１５ａｔｍ（１５２０ｋＰａ）に達する可能性がある。

【0043】

図１～３に示されるように静的混合装置の性能を、米国公開特許出願第２０１１－０２３０６７９号の図３および４に記載されている性能と比較するためにシミュレーションを実行する。これらの混合装置は、本発明の静的混合装置が、本明細書の図３に示されるように、狭窄領域４を含むという点でのみ異なる。
シミュレーションは、次のパラメーターを使用して実行する。
ホスゲン流の組成：９４％ホスゲン、６％溶媒。
ホスゲン流の供給速度：０．７ｋｇ／秒。
ホスゲン流の温度：３７０°Ｋ。
断面積Ａ：０．６ｃｍ^２。
ジェット直径（Ｄ_ｊ）：４ｍｍ。
有機ポリアミン流組成：２８％ジフェニルメタンジアミン、７２％溶媒。
有機ポリアミン流の供給速度：０．６ｋｇ／秒。
有機ポリアミン／溶媒の温度：４４０°Ｋ。
狭窄領域４の最小断面積：０．４２ｃｍ^２。

【0044】

定常状態条件が確立されると、ジェット６からさまざまな距離にある狭窄領域４内で最小圧力および平均圧力を決定する。結果を表１に示す。

【表1】

【0045】

表１のデータは、平均圧力および最小圧力に対する狭窄領域の影響を例示している。

【0046】

どちらの場合も、ジェット６のすぐ下流の平均圧力はやや高くなっている。表１のデータが示すように、平均圧力は、各々の場合も、ジェット６からさらに下流に移動するにつれてやや緩和される。平均圧力に対する狭窄エリアの影響は、狭窄エリア４の前縁近くで０．８～１．０ａｔｍ（８０～１０１ｋＰａ）もわずかに増加することである。平均圧力の増加は、狭窄エリア４内のさらに下流でより小さくなる。

【0047】

表１がさらに示すように、ジェット６のわずかに下流のエリアでは、平均圧力と最小圧力との間に非常に大きな差がある。下流の０．５のジェット直径では、この差は、狭窄領域４がない場合、１１．３気圧になる。平均圧力と最小圧力との間の差は、ジェット６から下流の距離が増加するにつれて減少する。

【0048】

狭窄領域４の存在は、その領域全体で見られる最小圧力を増加させ、狭窄領域の存在のために低圧下流エリアとの「連絡」が中断されることを証明する。この影響は、狭窄領域４の上流部分、すなわちジェット６に最も近い領域で最も顕著である。ジェット６の下流の０．５～１のジェット直径の場合、最小圧力は、ちょうど２気圧（１０２ｋＰａ）、または７５％も増加する。

【0049】

本発明の場合および比較の場合の両方について、ジェット６からの軸方向距離の関数として、狭窄領域４内に存在する気化した材料の量を決定する。結果を図５にグラフで示す。

【0050】

図４では、ｘマーカーは、比較の場合の蒸気質量分率（蒸気質量を総質量で割ったもの）を示している。円形の点は、本発明の場合の蒸気質量分率を示している。

【0051】

図５で見ることができるように、比較の場合（狭窄領域４なし）、ジェットのすぐ下流に大きな蒸気分率が発生する。この大きな蒸気分率は、狭窄領域４が存在する本発明の場合には生成されない。図５は、狭窄領域４の有益な影響、およびその領域の存在によって見られる最小圧力の増加を明確に示している。

【0052】

２つのシミュレーションの各々について、生成される副生成物の量を決定する。本発明の場合の副生成物は、比較の場合と比較して１４％低減する。この利点を達成するために必要な圧力降下の増加はわずか８％である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】