JP5972883B2 - 化学物質を活性水素原子によって連続的に高温で短時間にアルコキシル化(エトキシル化、プロポキシル化)する方法及び装置 - Google Patents
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Description
(a)少なくとも1つの反応チューブを含む筒状のリアクターであって、チューブの内部に反応スペースを提供する、筒状のリアクター、及び、
(b)外側チューブと、この外側チューブ内に長手方向に挿入される内側チューブとを含む環状ギャップリアクターであって、外側チューブ及び内側チューブは環状の反応ギャップを形成し、環状の反応ギャップは、反応ギャップの外側境界を形成する、外側チューブの内面と、反応ギャップの内側境界を形成する、内側チューブの外面との間に延びる、環状ギャップリアクター、
から選択されるリアクターにおいて連続的に反応させる方法及び装置に関する。
置について別個に測定しなければならないという不都合点を有する。
(a)少なくとも1つの反応チューブを含む筒状のリアクターであって、上記チューブの内部に反応スペースを提供する、筒状のリアクター、及び、
(b)外側チューブと、この外側チューブ内に長手方向に挿入される内側チューブとを含む環状ギャップリアクターであって、外側チューブ及び内側チューブは環状の反応ギャップを形成し、環状の反応ギャップは、反応ギャップの外側境界を形成する、外側チューブの内面と、反応ギャップの内側境界を形成する、内側チューブの外面との間に延びる、環状ギャップリアクター、
から選択されるリアクターにおいて行われ、リアクター(a)又は(b)は、薄層落下膜リアクターであり、ガス状SO3/空気混合物の供給源に接続されており、
(1)ガス状SO3/空気混合物を、単一の入口ソケットを介して上記リアクターに供給し、SO3/空気混合物は、反応スペース又は反応ギャップに入る前に、第1の分量及び第2の分量に分けられ、
(2)SO3/空気混合物の上記第1の分量は第1の位置において上記リアクター(a)又は(b)の反応スペース又は反応ギャップに入り、
(3)液体有機化合物は、膜として、上記第1の位置の下流に位置するリアクターの第2の位置において、筒状のリアクター(a)の少なくとも1つの反応チューブの内面、又は環状ギャップリアクター(b)の外側チューブの内面及び/又は内側チューブの外面に供給され、ガス状SO3/空気混合物と接触し、上記表面上をリアクターの端部に向かって下流へ移動する上記反応物の反応混合物の液体膜を形成し、
(4)SO3/空気混合物は、上記第1の位置の反応スペース又は反応ギャップの断面積全体にわたって上記位置においてリアクターに入り、
(5)SO3/空気混合物の上記第2の分量は上記第1の位置において分けられ、チューブリアクター(a)の場合には上記第1の位置からチューブを通して、又は環状ギャップリアクター(b)の場合には二重のチューブそれぞれを通して反応スペース又は反応ギャップ内の第3の位置へ導かれ、チューブ又は二重チューブはリアクタースペース又はリアクターギャップ内に挿入され、上記第1の位置からリアクタースペース又はリアクターギャップの上記第3の位置へそれぞれ延び、上記反応チューブの内径又は上記反応ギャップの外側境界よりも小さい直径を有し、したがって、SO3/空気混合物の上記第2の分量は、一方では上記チューブ又は二重チューブそれぞれの外面と、他方では反応チューブの内面又は反応ギャップの外側境界それぞれとの間の反応スペースを出て、
(6)上記第3の位置は上記第2の位置の下流に位置し、
(7)SO3/空気混合物の上記第2の分量は上記第3の位置においてリアクターの反応スペース又は反応ギャップに入り、上記第3の位置において、上記表面上をリアクターの端部に向かって下流へ移動する反応混合物の液体膜と接触し、リアクターの出口に向かいながら液体膜と反応し、最終反応生成物を形成する。
(a)少なくとも1つの反応チューブを含む筒状のリアクターであって、前記チューブの内部に反応スペースを提供する、筒状のリアクター、及び、
(b)外側チューブと、該外側チューブ内に長手方向に挿入される内側チューブとを含む環状ギャップリアクターであって、前記外側チューブ及び前記内側チューブは環状の反応ギャップを形成し、該環状の反応ギャップは、該反応ギャップの外側境界を形成する、前記外側チューブの内面と、該反応ギャップの内側境界を形成する、前記内側チューブの外面との間に延びる、環状ギャップリアクター、
から選択されるリアクターにおいて行われ、
(1)前記リアクターへの液体アルキレンオキシドの供給を、単一の質量流量コントローラーによって制御し、前記液体アルキレンオキシドを、前記質量流量コントローラーを介して、液体アルキレンオキシドの供給源に接続されている単一の入口ソケットを介して前記リアクター(a)又は(b)に給送し、前記アルキレンオキシドは、前記反応スペース又は前記反応ギャップに入る前に、第1の分量及び第2の分量、また任意選択的には更なる分量に分けられ、
(2)アルキレンオキシドの前記第1の分量は第1の位置において前記リアクター(a)又は(b)の前記反応スペース又は前記反応ギャップに入り、
(3)前記液体有機物質は、前記第1の位置に位置するか又は該第1の位置の下流に位置する、前記リアクターの第2の位置において、前記筒状のリアクター(a)の前記反応スペースの内部、又は前記環状ギャップリアクター(b)の前記反応ギャップの内部に供給され、前記液体アルキレンオキシドと混ぜられて、前記リアクターの端部に向かって下流へ移動する液体反応混合物を形成し、
(4)前記液体アルキレンオキシドは、前記第1の位置において、また該位置において前記反応スペース又は前記反応ギャップの断面の全体にわたって前記リアクターに入り、
(5)アルキレンオキシドの前記第2の分量及び任意選択的には前記更なる分量は、前記第1の位置又は該第1の位置の上流において分けられ、チューブリアクター(a)の場合にはアルキレンオキシドの各分量用の別個のチューブを通して、又は環状ギャップリアクター(b)の場合には別個の二重チューブそれぞれを通して、前記第1の位置から第3の位置へ導かれ、またアルキレンオキシドの更なる分量が分けられるとき、前記反応スペース若しくは前記反応ギャップ内の更なる位置へ導かれ、前記チューブ又は前記二重チューブは前記反応スペース又は前記反応ギャップに挿入され、前記第1の位置から前記リアクタースペース又は前記リアクターギャップそれぞれの前記第3の位置若しくは前記更な
る位置へ延び、前記反応チューブの内径又は前記反応ギャップの外側境界よりも小さい直径を有し、一方では前記チューブ又は前記二重チューブそれぞれの外面と、他方では前記反応チューブの内面又は前記反応ギャップの外側境界それぞれとの間に、反応スペースが残り、
(6)前記第3の位置及び任意選択的な前記更なる位置は、前記第2の位置の下流に位置し、該第2の位置から、また前記リアクターにチャージする流れ方向において互いから或る距離を有し、
(7)液体アルキレンオキシドの前記第2の分量及び任意選択的な前記更なる分量は、前記第3の位置及び前記任意選択的な更なる位置において前記リアクターの前記反応スペース又は前記反応ギャップに入り、前記リアクターの端部へ下流に向かいながら前記液体反応混合物と混ぜられて該液体反応混合物と反応し、
(8)前記リアクターの内圧は、該リアクターに入るアルキレンオキシドが気化しない圧力レベルに保たれる、方法に関する。
(a)少なくとも1つの反応チューブを含む筒状のリアクターであって、前記チューブの内部に反応スペースを提供する、筒状のリアクター、及び、
(b)外側チューブと、該外側チューブ内に長手方向に挿入される内側チューブとを含む環状ギャップリアクターであって、前記外側チューブ及び前記内側チューブは環状の反応ギャップを形成し、該環状の反応ギャップは、該反応ギャップの外側境界を形成する、前記外側チューブの内面と、該反応ギャップの内側境界を形成する、前記内側チューブの外面との間に延びる、環状ギャップリアクター、
から選択されるリアクターと、
単一の質量流量コントローラーを介して、前記アルキレンオキシドのための前記筒状のリアクター(a)又は前記環状ギャップリアクター(b)の単一の入口ソケットへの前記アルキレンオキシドの管路に接続されている液体アルキレンオキシドの供給源と、
を備え、前記リアクターは、
(1)前記リアクターヘッドにある、前記少なくとも1つの反応チューブの前記反応スペースへの、又は前記環状ギャップリアクター(b)の前記反応ギャップへの前記アルキレンオキシドの入口であって、前記反応スペース又は前記反応ギャップの第1の位置において該反応スペース又は該反応ギャップの断面の全体にわたって延びる、入口と、
(2)前記液体物質を前記筒状のリアクター(a)の前記少なくとも1つの反応チューブの内部に給送するとともに、前記液体物質を、前記反応チューブ内に位置するアルキレンオキシドと混合する、前記反応スペースの前記第1の位置又は該第1の位置の下流の第2の位置に位置付けられているリングスリットノズル、又は、
前記液体物質を前記反応ギャップの前記第1の位置又は該第1の位置の下流の第2の位置において前記環状ギャップリアクター(b)の前記反応ギャップの内部に給送するとともに、前記液体物質をアルキレンオキシドと混合する2つのリングスリットノズルであって、一方のリングスリットノズルは前記外側チューブ内に位置付けられ、他方のリングスリットノズルは前記内側チューブ内に位置付けられ、前記反応ギャップの境界を形成する、2つのリングスリットノズルと、
(3)筒状のリアクター(a)の場合に前記少なくとも1つの反応チューブのそれぞれ
に挿入される第1のチューブ、又は環状ギャップリアクター(b)の場合に前記反応ギャップに挿入される第1の二重チューブであって、前記第1の位置又は該第1の位置の上流の位置から、該リアクターの、前記反応生成物の前記出口の方向に、前記第1の位置及び前記第2の位置から或る距離を有する前記反応スペース又は前記反応ギャップ内の第3の位置まで延びる、第1のチューブ又は第1の二重チューブ、及び筒状のリアクター(a)の場合に前記少なくとも1つの反応チューブのそれぞれに挿入される任意選択的な更なるチューブ、又は環状ギャップリアクター(b)の場合に前記反応ギャップに挿入される更なる二重チューブであって、該更なるチューブ又は該更なる二重チューブは、前記第1の位置又は該第1の位置の上流の位置から、該リアクターの、前記反応生成物の前記出口の方向に、前記第3の位置から、また該リアクターにチャージする流れ方向において互いから或る距離を有する前記反応スペース又は前記反応ギャップ内の他の位置まで延び、前記第1のチューブ及び前記任意選択的な更なるチューブは、液体アルキレンオキシドを前記第1の位置から前記第3の位置及び前記他の位置まで導き、該位置において前記反応スペース又は前記反応ギャップへ吐出し、前記第1のチューブ及び前記任意選択的な更なるチューブ(複数の場合もある)又は前記二重チューブ(複数の場合もある)は、前記反応チューブの内径又は前記反応ギャップの外側境界よりも小さい直径を有することにより、一方では各チューブ又は二重チューブそれぞれの外面と、他方では前記反応チューブの内面又は前記反応ギャップの外側境界それぞれとの間に反応スペースを残す、第1のチューブ又は第1の二重チューブ、及び任意選択的な更なるチューブ又は更なる二重チューブと、
(4)好ましくは、前記液体アルキレンオキシドと前記液体物質との混合をサポートする、前記第2の位置に位置付けられる1つ又は複数の静的混合要素、及び任意選択的には、前記反応スペース若しくは前記反応ギャップ内の前記第2の位置と前記第3の位置との間に位置付けられる1つ又は複数の更なる静的混合要素、及び/又は、前記液体アルキレンオキシドと、該リアクター内の前記第2の位置と前記第3の位置との間に形成される前記液体反応混合物との混合をサポートする、前記反応スペース若しくは前記反応ギャップ内の前記第3の位置及び/又は該第3の位置の下流に位置付けられる1つ又は複数の静的混合要素と、
(5)好ましくは、該リアクターの長手方向に、前記筒状のリアクター(a)の前記反応チューブ(複数の場合もある)又は前記環状ギャップリアクター(b)の前記外側チューブ及び前記内側チューブに連続的に取り付けられる2つ以上の、より好ましくは3つの別個の調節ジャケット、すなわち冷却又は加熱ジャケットであって、該調節ジャケットのうちの第1の調節ジャケットが好ましくは、前記第2の位置と前記第3の位置との間の位置に部分的に又は完全に位置付けられ、第2の調節ジャケットが好ましくは、前記第1の調節ジャケットの直後に、前記第3の位置の後に部分的に又は完全に位置付けられ、任意選択的な第3の調節ジャケット及び更なる調節ジャケットが前記第2の調節ジャケットの後に連続的に続く、調節ジャケットと、
(6)全ての前記他の位置から下流の、前記反応スペース又は前記反応ギャップ内の位置にある前記反応生成物の出口と、
を備える、装置に関する。
る多くの分量に分けることは一般的に可能であるが、2つ以上の分量に分けることは通常は必要ではなく、この理由は、必要なアルキレンオキシド全体の最高約95パーセントを通常は1つの位置でリアクタースペース又はリアクターギャップに供給することができ、次に残りを第2の位置において容易に供給することができるためである。例えば、液体物質と反応する液体アルキレンオキシドの総量を、例えばアルキレンオキシドの10%〜90%が第1の位置において反応スペース又は反応ギャップに入り、100%までの残りが上記第3の位置において入るように分けることが可能である。実際、アルキレンオキシドの必要な総量を2つの分量にのみ分ければ十分であることが本発明による方法のまさに特定の利点であり、この理由は、講じることができる後述する1つ又は複数の措置によって、必要なアルキレンオキシド全体がリアクタースペース又はリアクターギャップの2つの異なる位置でのみ供給されるが、高温ピーク、ジオキサン等の望ましくない副生成物の形成の危険性、暗色の最終生成物、リアクター内で100barを超える圧力を用いるという要件、及び/又は、液体有機原料化合物1molあたり4mol〜6molのみのアルキレンオキシドのアルコキシル化グレードへの制限を回避することができるように反応を制御することが可能であるためである。アルキレンオキシドのための位置を2つに限定すること、したがってインサートチューブ又は二重チューブを1つのみに限定することによって、リアクター設計も簡略化され、したがって、リアクターの設計及び構築を考慮しても好ましい。2つ以上のインサートチューブ又は二重チューブの使用は、他方では、リアクターの長さを更に縮小することができる。
はリアクターギャップへの液体アルキレンオキシドの入口(アルキレンオキシドのメイン入口)は、アルキレンオキシドと反応する触媒された液体原材料のリアクタースペース若しくはギャップの入口に、又はこの入口の上流に位置付けられる。アルキレンオキシドの上記メイン入口と液体化合物の入口との間の距離は重要ではないが、やや小さいか又は更にはゼロであることが好ましく、それによって、アルキレンオキシドと上記原材料とが反応するゾーンは、可能な限りリアクターの長さにわたって延びる。リアクターへの更なるアルキレンオキシドの供給は、筒状のリアクターの反応チューブ(単数又は複数)に挿入され、反応チューブ(複数の場合もある)よりも直径が小さい1つのチューブ、若しくは任意選択的には複数のチューブにわたって、又は環状ギャップリアクターの場合には環状ギャップに挿入される1つの二重チューブ、若しくは任意選択的には複数の二重チューブにわたって行われる。2つ以上のインサートチューブ又は二重チューブを用いる場合、これらのチューブ又は二重チューブは好ましくは同心であり、異なるチューブ又は二重チューブの外径はそれぞれのチューブの長さの増大とともに縮小する。これらの挿入されるチューブ(複数の場合もある)又は二重チューブ(複数の場合もある)は、これらのチューブ又は二重チューブへの液体アルキレンオキシドの入口も、リアクターの反応スペース又は反応ギャップへの触媒された液体原材料の入口に、又は好ましくはこの入口の上流に位置付けられ、好ましくはアルキレンオキシドのメイン入口と一致するが、一方でそれらの出口は触媒された原材料の入口の下流に位置付けられ、それによって、未反応の(fresh)アルキレンオキシドが、これらのチューブの出口において、触媒された原材料の少なくとも部分的に反応した混合物に、またアルキレンオキシドのメイン入口において、及び任意の直前に終端する任意選択的に存在するインサートチューブ又は二重チューブの出口において上流の反応スペース又は反応ギャップに既に供給されたアルキレンオキシドに供給されるように、配置される。このリアクター設計は、アルキレンオキシドの添加を自動分配(self-portioned)することを可能にし、この理由は、反応スペース又は反応ギャップ内の異なる供給地点において反応生成量に供給されるアルキレンオキシドの量の分散が、最も小さい直径のインサートチューブの断面と、インサートチューブ及びその隣接するより大きいインサートチューブすなわち筒状のリアクターの場合には反応チューブ自体のそれぞれの間の環状の断面との比によって、又は、挿入される二重チューブの環状の断面と、挿入される二重チューブ間の全ての環状の断面、環状ギャップの内側境界とインサート二重チューブの最も小さい内径との間の環状の断面、及びインサート二重チューブの最も大きい直径とリアクターの環状ギャップの外側境界との間の環状の断面の和に相当する面積との比によって規定されるためである。したがって、リアクターへのアルキレンオキシドの添加を制御するには好適に選択された寸法のインサートチューブ又は二重チューブを選択すれば十分であり、それによって、アルキレンオキシドの高価な質量流量コントローラーは各入口地点には必要ではなく、リアクターに供給されるアルキレンオキシドの全体量の制御に1つのみの質量流量コントローラーが必要である。本発明による挿入されるチューブ(複数の場合もある)又は二重チューブ(複数の場合もある)による反応スペース又は反応ギャップ内の更なる位置へのアルキレンオキシドの分散は、アルキレンオキシドの供給を、液体アルキレンオキシドをリアクターヘッド内のアルキレンオキシドのメイン入口に送達する単一のポンプによって行うことができることを可能にする。
応性が低くなっている材料と、このアルキレンオキシドとの更なる反応を簡単に高めることができる。同時に、インサートチューブ内のより低温のアルキレンオキシドが、反応混合物からの反応熱の除去をサポートする。
セントの範囲である。
(a)少なくとも1つの反応チューブを含む筒状のリアクターであって、チューブの内部に反応スペースを提供する、筒状のリアクター、及び、
(b)外側チューブと、この外側チューブ内に長手方向に挿入される内側チューブとを
含む環状ギャップリアクターであって、外側チューブ及び内側チューブは環状の反応ギャップを形成し、環状の反応ギャップは、反応ギャップの外側境界を形成する、外側チューブの内面と、反応ギャップの内側境界を形成する、内側チューブの外面との間に延びる、環状ギャップリアクター、
から選択されるリアクターにおいて行われ、
(1)リアクターへの液体アルキレンオキシドの供給を、単一の質量流量コントローラーによって制御し、液体アルキレンオキシドを、質量流量コントローラーを介して、液体アルキレンオキシドの供給源に接続されている単一の入口ソケットを介してリアクター(a)又は(b)に給送し、アルキレンオキシドは、反応スペース又は反応ギャップに入る前に、第1の分量及び第2の分量に分けられ、
(2)アルキレンオキシドの第1の分量は第1の位置においてリアクター(a)又は(b)の反応スペース又は反応ギャップに入り、
(3)液体有機物質は、反応スペースの上記第1の位置又は第1の位置の下流の第2の位置において上記反応チューブのそれぞれに位置付けられている、上記液体物質筒状のリアクター(a)の少なくとも1つの反応チューブの内部に給送するとともに、液体物質をアルキレンオキシドと混合するリングスリットを介して、又は、上記液体物質を上記環状ギャップリアクター(b)の反応ギャップの内部に給送するとともに、液体物質をアルキレンオキシドと混合する2つのリングスリットノズルであって、一方のリングスリットノズルは外側チューブ内に位置付けられ、他方のリングスリットノズルは内側チューブ内に位置付けられる、反応ギャップの境界を形成する2つのリングスリットノズルを介して、上記第1の位置に位置するか又は第1の位置の下流に位置する、リアクターの第2の位置において上記筒状のリアクター(a)の反応スペースの内部に供給され、液体アルキレンオキシドと混ぜられて、リアクターの端部に向かって下流へ移動する液体反応混合物を形成し、
(4)液体アルキレンオキシドは、上記第1の位置において、また上記位置において反応スペース又は反応ギャップの断面の全体にわたってリアクターに入り、
(5)アルキレンオキシドの第2の分量は、第1の位置又は第1の位置の上流において分けられ、チューブリアクター(a)の場合にはチューブを通して、又は環状ギャップリアクター(b)の場合には二重チューブそれぞれを通して、反応スペース若しくは反応ギャップ内の第1の位置から第3の位置へ導かれ、チューブ又は二重チューブは反応スペース又は反応ギャップに挿入され、第1の位置からリアクタースペース又はギャップそれぞれの第3の位置へ延び、反応チューブの内径又は反応ギャップの外側境界よりも小さい直径を有し、一方ではチューブ又は二重チューブそれぞれの外面と、他方では反応チューブの内面又は反応ギャップの外側境界それぞれとの間に、反応スペースが残り、
(6)上記第3の位置は、リアクターにチャージする流れ方向において上記第2の位置の下流に位置し、
(7)液体アルキレンオキシドの上記第2の分量は、第3の位置においてリアクターの反応スペース又は反応ギャップに入り、リアクターの端部へ下流に向かいながら上記液体反応混合物と混ぜられて液体反応混合物と反応し、この場合、反応生成物の出口を通って出て、
(8)リアクターの内圧は、リアクターに入るアルキレンオキシドが気化しない圧力レベル、特に約20bar〜70barに保たれる。
(9)反応混合物の温度が、本発明による方法の上記特定の好ましい実施形態では、好適な温度の液体調節媒体を、リアクターの長手方向に、上記筒状のリアクター(a)の反応チューブ(複数の場合もある)又は環状ギャップリアクター(b)の外側チューブ及び内側チューブに連続的に取り付けられる2つ又は3つの別個の調節ジャケットを通して搬送することによって制御され、上記調節ジャケットのうちの第1の調節ジャケットが、上記第2の位置と上記第3の位置との間の位置に部分的に又は完全に位置付けられ、第2の調節ジャケットが、上記第1の調節ジャケットの直後に、上記第3の位置の後に部分的に又は完全に位置付けられ、任意選択的な第3の調節ジャケットが上記第2の調節ジャケットの後に連続して続き、
(10)液体アルキレンオキシドと上記液体物質との混合が、上記第2の位置に位置付けられる1つ又は複数の静的混合要素、また任意選択的には反応スペース若しくは反応ギャップ内の上記第2の位置と上記第3の位置との間に位置付けられる1つ又は複数の更な
る静的混合要素によって更にサポートされ、及び/又は、液体アルキレンオキシドと、リアクター内の上記第2の位置と上記第3の位置との間に形成される上記液体反応混合物との混合が、反応スペース若しくは反応ギャップ内の上記第3の位置、及び/又は上記第3の位置の下流に位置付けられる1つ又は複数の静的混合要素によって更にサポートされ、
(11)リアクター内の反応混合物の温度が、140℃〜250℃、好ましくは170℃〜220℃に維持され、
(12)反応混合物が、リアクターを出る前に、筒状のリアクターの場合は反応チューブの後に、又は環状ギャップリアクター(b)の場合はメイン反応ギャップに続くリアクターのゾーン内の上記環状反応ギャップの後に位置付けられる付加的な後反応スペースを通り、この場合、環状ギャップは上記メイン反応ギャップよりも大きい内幅を有し、
(13)リアクターを出る材料の残留アルキレンオキシド含量が好ましくは1ppm未満である。
ば3mol〜9molのトリブチルフェノール、及び例えば2mol〜3molのエチレンオキシドと反応する天然及び合成の第一級脂肪族アルコールが生成され、この生成物は、更なるスルホン化のために産業的実施において頻繁に用いられる。この後者の生成物は、世界的にエトキシル化物質の主要な量を占めるものであり、SO3によるエーテル硫酸塩(ラウリルエーテル硫酸塩)、2mol〜molのEOを含むLES C12〜C14、アルコールエーテル硫酸塩、2mol〜3molのEOを含むAES C12〜C14/15への後続のスルホン化によって生成される。これらのエーテル硫酸塩は、例えば家庭用品、パーソナルケア製品、化粧品、液体食器洗剤、シャンプー及びバブルバスにおいて用いられている。そのようなスルホン化された陰イオン界面活性剤の世界的な1年間の総生産量は、約4000000トンである。
一部が、挿入される二重チューブの外壁及び外側反応チューブの内壁と内側反応チューブの外壁及び挿入される二重チューブの内壁とによって画定される第1の合流(junction)地点において反応ギャップの2つの環状の断面15I及び15IIを介して直接給送される。二重チューブは好ましくは内部が安定化される(22)。残りのアルキレンオキシドの量は、挿入される二重チューブ16の入口を形成する第3の環状の断面にわたって上記二重チューブに入り、反応ギャップ7内への二重チューブの挿入距離に応じて上記二重チューブを通して反応ギャップ内の下側地点まで導かれる。
本発明による、原材料投入部の下流及び第2のエチレンオキシド投入部に静的混合要素を有し、1.750mの長さ(リアクター全長の35%)の挿入される二重チューブを有する、2008トン/年に相当する250.8kg/時の容量を有する5m長の5インチ環状ギャップリアクターにおける、n−ノニルフェノールと7molのエチレンオキシドとの反応。
クションがジャケット全長の35%を占め、中間ジャケットも同様に35%を占め、下側ジャケットが30%を占めている。環状ギャップ(環状スペース)は薄壁インサート二重チューブを収容している。リアクターの肉厚は10mmであり(図2を参照のこと)、冷却/加熱ゾーンのギャップは6mmになり、ポストリアクター(post reactor)の容積は0.02m3になる。インサート二重チューブ(内側チューブシェル及び外側チューブシェル)の肉厚は0.5mmになり、外径=122.67mm、内径=118.33mmであり、外側のジャケット付きチューブ及び内側のジャケット付きチューブからインサート二重チューブの壁までの距離は、それぞれ(127−122.67)/2=2.17mm及び(118.33−114)/2=2.17mmになり(図1を参照のこと)、インサート二重チューブの長さは1.75m(=リアクター全長の35%)である。組み込まれる二重チューブの直径は、この場合は、エチレンオキシドの約82.25%が外側リアクターチューブと内側リアクターチューブとの間の2つの断面を通して供給され、最後に17.75%が組み込まれている二重チューブの断面を通して供給されるような寸法とした。
5%)では25%であり、第2のセクション(リアクターの長さの35%)では35%であり、第3のセクション(リアクターの長さの30%)では40%であるはずである。
水酸基価(mgKOH/g) :106 換算分子量=528
=7.0molのEO
色(目視) :淡黄色
色(APHA) :20max.
50℃の密度 :およそ1.04g/cm3
流動点 :7℃
50℃の動的粘度 :およそ65mPas
ジオキサン含量(ヘッドスペースGC):最高1ppm
エチレンオキシド :最高1ppm
ポリグリコール :1%
水分(カールフィッシャー法) :0.05重量%
本発明による、原材料投入部の下流及び第2のエチレンオキシド投入部に静的混合要素を有し、1.750mの長さ(リアクター全長の35%)の挿入される二重チューブを有する、2008トン/年に相当する260kg/時の容量を有する5m長の5インチ環状ギャップリアクターにおける、n−ノニルフェノールと15molのエチレンオキシドとの反応。
膜蒸発器を用いる。
水酸基価(mgKOH/g) :63 換算分子量=880
=15.0molのEO
色(目視) :淡黄色
色(APHA) :20max.
50℃の密度 :およそ1.07g/cm3
流動点 :25℃
50℃の動的粘度 :およそ80mPas
ジオキサン含量(ヘッドスペースGC):最高1ppm
エチレンオキシド :最高1ppm
ポリグリコール :1%
水分(カールフィッシャー法) :0.05重量%
本発明による、原材料投入部の下流及び第2のエチレンオキシド投入部に静的混合要素を有し、1.750mの長さ(リアクター全長の35%)の挿入される二重チューブを有する、5653トン/年に相当する704kg/時の容量を有する5m長の5インチ環状ギャップリアクターにおける、3molのエチレンオキシドを用いたn−ノニルフェノールエトキシレートの調製。
の断面(直径di=114mm、douter=127mm)を通して、82.25%=217.14kg/時のエチレンオキシドがチャージされる。インサート二重チューブの断面を通して、46.86kg/時=17.75%に等しいエチレンオキシドの残りの量がチャージされる(第1の給送位置から1.75m)。エチレンオキシド転化率は、リアクターの第1のセクション(リアクターの長さの35%)では20%であり、第2のセクション(リアクターの長さの35%)では40%であり、第3のセクション(リアクターの長さの30%)では40%であるはずである。
水酸基価(mgKOH/g) :159.4 換算分子量=352
=3.0molのEO
色(目視) :淡黄色
色(APHA) :20max.
ジオキサン含量(ヘッドスペースGC):最高1ppm
エチレンオキシド :最高1ppm
ポリグリコール :1%
水分(カールフィッシャー法) :0.05重量%
本発明による、原材料投入部の下流及び第2のエチレンオキシド投入部に静的混合要素を有し、6mの長さ(リアクター全長の60%)の挿入される二重チューブ及び触媒として0.6mol%のNaOHを有する、5653トン/年に相当する704kg/時の容量を有する10m長の5インチ環状ギャップリアクターにおける、3molのエチレンオキシドを用いたn−ノニルフェノールの調製。
を通して、46.86kg/時=17.75%のエチレンオキシドが、また内側反応チューブ及び外側反応チューブによって形成される環状の断面にわたって、217.14kg/時=82.25%のエチレンオキシドがチャージされる。エチレンオキシド転化率は、リアクターの第1のセクション(リアクターの長さの35%)では40%であり、第2のセクション(リアクターの長さの35%)では40%であり、第3のセクション(リアクターの長さの30%)では20%であるはずである。
水酸基価(mgKOH/g) :159.4 換算分子量=352
=3.0molのEO
色(APHA) :20max.
ジオキサン含量(ヘッドスペースGC):最高1ppm
エチレンオキシド :最高1ppm
ポリグリコール :1%
本発明による、原材料投入部の下流及び第2のエチレンオキシド投入部に静的混合要素を有し、6mの長さ(リアクター全長の60%)のインサート二重チューブを有する、6816トン/年に相当する852kg/時の容量を有する10m長の5インチ環状ギャップリアクターにおける、2molのエチレンオキシドを用いた脂肪族アルコールC12〜C14エトキシレートの調製。
aOH=0.0180kmol/時を、およそ50℃の温度で予め混合した後で、0.125m2の蒸発器表面を有する薄膜蒸発器(TFE)内へ給送する。TFEのジャケット温度は、圧力蒸気によって、150℃=およそ4barに調整される(圧力制御)。苛性ソーダ溶液及び蒸留される反応水からの水量(合わせておよそ1.04kg/時)を、水封式ポンプ(およそ30mbarの真空)によって排出する。残りの水分の含量が0.05%未満である形成されたナトリウムC12〜C14脂肪族アルコラートを、固有のポンプによって真空から取り出し、不純物を分離するためにスリットフィルターに通す。次に、濾液を、静的ミキサーにおいて、547.78kg/時=2.705kmol/時の未反応の脂肪族アルコールC12〜C14と混合する(このブレンドはこの場合、触媒として0.6mol%のナトリウムC12〜C14アルコラートを含有する)。
本発明による、原材料投入部の下流及び第2のエチレンオキシド投入部に静的混合要素を有し、6mの長さ(リアクター全長の60%)のインサート二重チューブ及び1mol%の触媒を有する、39360トン/年に相当する4920kg/時の容量を有する10m長の36インチ環状ギャップリアクターにおける、3molのエチレンオキシドを用いた脂肪族アルコールC12〜C14エトキシレートの調製。
含む)の量で、2つの分散スリット(リングスリットノズル)を通して内側反応チューブ壁と外側反応チューブ壁との間にチャージされる。リアクター上部のマニホルドから、1980kg/時=45.00kmol/時のエチレンオキシド(脂肪族アルコラートC12〜C14対エチレンオキシド=1:3)が圧力ポンプによってチャージされる。インサート二重チューブ(リアクター全長の60%=6.000m)を通して、また前述した挿入される二重チューブの内側及び外側の環状ギャップの断面にわたって、エチレンオキシドが環状ギャップにわたってチャージされる(77.08%=1526.18kg/時)。エチレンオキシドの残りの量453.82kg/時=22.92%は、インサート二重チューブを通っておよそ6.000m下側から進む。エチレンオキシド転化率は、リアクターの第1の部分(リアクターの長さの35%)では57%であり、第2の部分(リアクターの長さの35%)では28%であり、第3の部分(リアクターの長さの30%)では15%であるはずである。反応混合物は次に、圧力制御弁(50barに調整される)を介してポストリアクター(リングチャンバー、およそ0.08m3)を出て、脱気(EOからの、ジオキサン等の副生成物によって形成される不活性ガス)のためにサイクロンに入る。水封式真空ポンプによって排気される排ガスは燃焼されるか又はスクラバーに導かれることができる。その後、サイクロンへの再循環ループにおいて熱交換器内でおよそ60℃への冷却が行われる。
本発明による、原材料投入部の下流及び第2のエチレンオキシド投入部において静的混合要素を有し、5.500mの長さ(リアクター全長の55%)のインサート二重チューブ及び1mol%の触媒を有する、45656トン/年に相当する5707kg/時の容量を有する10m長の36インチ環状ギャップリアクターにおける、3molのエチレンオキシドを用いたn−ノニルフェノールエトキシレートの調製。
ージされるように寸法決めされる。
Claims (23)
- 液体アルキレンオキシドと、1つ又は複数の活性水素原子を有する有機化合物並びにアルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属アルコラートから選択される触媒を含む液体物質とを、
(a)少なくとも1つの反応チューブを含む筒状のリアクターであって、前記反応チューブの内部に反応スペースを提供する、筒状のリアクター、及び、
(b)外側チューブと、該外側チューブ内に長手方向に挿入される内側チューブとを含む環状ギャップリアクターであって、前記外側チューブ及び前記内側チューブは環状の反応ギャップを形成し、該環状の反応ギャップは、該反応ギャップの外側境界を形成する前記外側チューブの内面と、該反応ギャップの内側境界を形成する前記内側チューブの外面と、の間に延びる、環状ギャップリアクター、
から選択されるリアクターにおいて連続的に反応させる方法であって、
(1)前記リアクターへの前記液体アルキレンオキシドの供給を、単一の質量流量コントローラーによって制御し、前記液体アルキレンオキシドを、前記質量流量コントローラーを介して、前記液体アルキレンオキシドの供給源に接続されている単一の入口ソケットを介して前記リアクター(a)又は(b)に給送し、前記液体アルキレンオキシドは、前記反応スペース又は前記反応ギャップに入る前に、第1の分量及び第2の分量に分けられ、
(2)前記液体アルキレンオキシドの前記第1の分量は第1の位置において前記リアクター(a)又は(b)の前記反応スペース又は前記反応ギャップに入り、
(3)前記液体物質は、前記第1の位置に位置するか又は該第1の位置の下流に位置する、前記リアクターの第2の位置において、前記リアクター(a)の前記反応スペースの内部、又は前記リアクター(b)の前記反応ギャップの内部に供給され、前記液体アルキレンオキシドと混ぜられて、前記リアクターの端部に向かって下流へ移動する液体反応混合物を形成し、
(4)前記液体アルキレンオキシドは、前記第1の位置において、前記反応スペース又は前記反応ギャップの断面の全体にわたって前記リアクターに入り、
(5)前記液体アルキレンオキシドの前記第2の分量は、前記第1の位置において分け
られ、
前記リアクター(a)の場合には、前記反応チューブのそれぞれにおいて別個のチューブを通して、又は、前記リアクター(b)の場合には、別個の二重チューブそれぞれを通して、前記反応スペース若しくは前記反応ギャップ内の前記第1の位置から第3の位置へ導かれ、
前記別個のチューブ又は前記別個の二重チューブは、前記反応スペース又は前記反応ギャップに挿入され、前記第1の位置から前記反応スペース又は前記反応ギャップそれぞれの前記第3の位置へ延び、
前記別個のチューブ又は前記別個の二重チューブが、前記反応チューブの内径又は前記反応ギャップの外側境界よりも小さい直径を有することにより、
前記別個のチューブ又は前記別個の二重チューブそれぞれの外面と、前記反応チューブの内面又は前記反応ギャップの外側境界それぞれとの間に、前記液体アルキレンオキシド及び前記液体物質の反応のためのスペースが残り、
(6)前記第3の位置は、前記第2の位置の下流に位置し、該第2の位置から、前記リアクターにチャージする流れ方向において或る距離を有し、
(7)前記液体アルキレンオキシドの前記第2の分量は、前記第3の位置において前記リアクターの前記反応スペース又は前記反応ギャップに入り、前記リアクターの端部へ下流に向かいながら前記液体反応混合物と混ぜられて該液体反応混合物と反応し、
(8)前記リアクターの内圧は、該リアクターに入る前記液体アルキレンオキシドが気化しない圧力レベルに保たれ、
(9)前記液体物質を前記リアクター(a)の前記反応スペースの内部へ、又は前記リアクター(b)の前記反応ギャップの内部へ、給送して、前記液体アルキレンオキシドと混合するのにリングスリットノズルを用い、
(10)前記液体アルキレンオキシドと前記液体物質との混合が、前記第2の位置に位置付けられる1つ又は複数の静的混合要素によって、任意選択的には前記反応スペース若しくは前記反応ギャップ内の前記第2の位置と前記第3の位置との間に位置付けられる1つ又は複数の更なる静的混合要素によって、更にサポートされ、及び/又は、
前記液体アルキレンオキシドと、前記リアクター内の前記第2の位置と前記第3の位置との間に形成される前記液体反応物質との混合が、前記反応スペース若しくは前記反応ギャップ内の前記第3の位置、及び/又は該第3の位置の下流に位置付けられる1つ又は複数の静的混合要素によって更にサポートされ、
(11)前記リアクター内の前記反応混合物の温度が、好適な温度の液体調節媒体を、前記リアクターの長手方向に、前記リアクター(a)の前記反応チューブ又は前記リアクター(b)の前記外側チューブ及び前記内側チューブに連続的に取り付けられる2つ以上の別個の調節ジャケットを通して搬送することによって、140〜250℃の間で維持されるように制御され、
前記調節ジャケットのうちの第1の調節ジャケットが、前記第2の位置と前記第3の位置との間の位置に部分的に又は完全に位置付けられ、第2の調節ジャケットが、前記第1の調節ジャケットの直後に、前記第3の位置の後に部分的に又は完全に位置付けられ、任意選択的な更なる調節ジャケットが前記第2の調節ジャケットの後に連続的に続き、
(12)前記別個のチューブ又は前記別個の二重チューブの長さは、前記反応スペース又は前記反応ギャップの総長さの4〜90%の範囲にあり、
(13)前記リアクターが、5〜20mの長さを有し、
(14)前記リアクター(b)の前記別個の二重チューブは環状の断面を有し、前記別個の二重チューブを通じて導入される前記液体アルキレンオキシドのための前記別個の二重チューブの入口を形成し、そして、
前記第1の位置における前記別個の二重チューブの前記環状の断面の面積が、(A)前記第1の位置における前記別個の二重チューブの前記環状の断面の面積、(B)前記別個の二重チューブの外面から前記反応ギャップの外側境界に至る環状の断面の面積(I)、及び、(C)前記反応ギャップの内側境界から前記別個の二重チューブの内面に至る環状
の断面の面積(II)、の和の90%〜10%である、方法。 - 前記リアクター内の前記反応混合物の温度が、170℃〜220℃に維持される、請求項1に記載の方法。
- 前記反応混合物が、前記リアクターを出る前に付加的な後反応ゾーンを通る、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記液体アルキレンオキシドの50%〜95%が前記反応スペース又は前記反応ギャップに入り、100%までの残りが前記第3の位置に導かれ、該第3の位置において前記反応スペース又は前記反応ギャップに入り、該位置の上流で形成される前記反応混合物と反応するように、
前記液体物質と反応する前記液体アルキレンオキシドの総量が、前記第1の位置において分けられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記リアクターが、前記筒状のリアクター(a)である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記リアクター(a)が、複数の前記反応チューブを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記リアクターが、前記環状ギャップリアクター(b)である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反応ギャップ内に挿入される前記別個の二重チューブが、該反応ギャップの長さの4%〜70%の長さを有する、請求項7に記載の方法。
- 前記リアクターが筒状のリアクター(a)であり、該リアクターの前記反応チューブ(複数の場合もある)に挿入される前記別個のチューブ(複数の場合もある)は、前記反応チューブ(複数の場合もある)の長さの10%〜50%の長さを有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記リアクターの内圧は20bar〜70barである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記液体アルキレンオキシドを、前記リアクター内に給送する前に20℃〜60℃の温度に予熱する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1、2及び3の全ての特徴の組み合わせを含む、請求項5〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 液体アルキレンオキシドと、1つ又は複数の活性水素原子を有する有機化合物並びにアルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属アルコラートから選択される触媒を含む液体物質とを連続的に反応させる装置であって、
(a)少なくとも1つの反応チューブを含む筒状のリアクターであって、前記反応チューブの内部に反応スペースを提供する、筒状のリアクター、及び、
(b)外側チューブと、該外側チューブ内に長手方向に挿入される内側チューブとを含む環状ギャップリアクターであって、前記外側チューブ及び前記内側チューブは環状の反応ギャップを形成し、該環状の反応ギャップは、該反応ギャップの外側境界を形成する前記外側チューブの内面と、該反応ギャップの内側境界を形成する前記内側チューブの外面と、の間に延びる、環状ギャップリアクター、
から選択されるリアクターと、
単一の質量流量コントローラーを介して、前記液体アルキレンオキシドのための前記リアクター(a)又は前記リアクター(b)の単一の入口ソケットへの前記液体アルキレンオキシドの管路に接続されている前記液体アルキレンオキシドの供給源と、
を備え、
前記リアクターは、
(1)前記リアクターヘッドにある、前記リアクター(a)の前記反応スペースへの、又は、前記リアクター(b)の前記反応ギャップへの、前記液体アルキレンオキシドの入口であって、前記入口ソケットに接続し、前記反応スペース又は前記反応ギャップの第1の位置において該反応スペース又は該反応ギャップの断面の全体にわたって延びる、入口と、
(2)前記液体物質を、前記リアクター(a)の前記反応チューブの内部に給送するとともに、前記液体物質を、前記反応チューブ内に位置する前記液体アルキレンオキシドと混合する、前記反応スペースの前記第1の位置又は該第1の位置の下流の第2の位置に位置付けられているリングスリットノズル、又は、
前記液体物質を、前記反応ギャップの前記第1の位置又は該第1の位置の下流の第2の位置において前記リアクター(b)の前記反応ギャップの内部に給送するとともに、前記液体物質を、前記液体アルキレンオキシドと混合する2つのリングスリットノズルであって、一方のリングスリットノズルは前記外側チューブ内に位置付けられ、他方のリングスリットノズルは前記内側チューブ内に位置付けられ、前記反応ギャップの境界を形成する、2つのリングスリットノズルと、
(3)前記リアクター(a)の場合に、前記反応チューブのそれぞれに挿入される別個のチューブ、又は、前記リアクター(b)の場合に、前記反応ギャップに挿入される別個の二重チューブであって、
前記第1の位置から、前記液体アルキレンオキシドと前記液体物質との反応の生成物の該リアクターの出口の方向に、前記第1の位置及び前記第2の位置から或る距離を有する前記反応スペース又は前記反応ギャップ内の第3の位置まで延び、
前記別個のチューブ又は前記別個の二重チューブは、前記液体アルキレンオキシドを前記第1の位置から前記第3の位置まで導き、該位置において前記反応スペース又は前記反応ギャップへ吐出し、
前記リアクター(a)の場合の前記別個のチューブ、又は、前記リアクター(b)の場合の前記別個の二重チューブが、前記反応チューブの内径又は前記反応ギャップの外側境界よりも小さい直径を有することにより、
前記別個のチューブ又は前記別個の二重チューブそれぞれの外面と、前記反応チューブの内面又は前記反応ギャップの外側境界それぞれとの間に、前記液体アルキレンオキシド及び前記液体物質の反応のためのスペースが残る、前記別個のチューブ又は前記別個の二重チューブと、
(4)前記液体アルキレンオキシドと前記液体物質との混合をサポートする、前記第2の位置に位置付けられる1つ又は複数の静的混合要素、及び任意選択的には前記反応スペース若しくは前記反応ギャップ内の前記第2の位置と前記第3の位置との間に位置付けられる1つ又は複数の更なる静的混合要素、及び/又は、
前記液体アルキレンオキシドと、前記リアクター内の前記第2の位置と前記第3の位置との間に形成される前記液体反応混合物との混合をサポートする、前記反応スペース若しくは前記反応ギャップ内の前記第3の位置及び/又は該第3の位置の下流に位置付けられる1つ又は複数の静的混合要素と、
(5)前記リアクターの長手方向に、前記リアクター(a)の前記反応チューブ(複数の場合もある)又は前記リアクター(b)の前記外側チューブ及び前記内側チューブに連続的に取り付けられる2つ以上の別個の調節ジャケットであって、該調節ジャケットのうちの第1の調節ジャケットが、前記第2の位置と前記第3の位置との間の位置に部分的に又は完全に位置付けられ、第2の調節ジャケットが、前記第1の調節ジャケットの直後に
、前記第3の位置の後に部分的に又は完全に位置付けられ、更なる調節ジャケットが前記第2の調節ジャケットの後に連続的に続く、調節ジャケットと、
(6)前記全ての位置よりも下流の、前記反応スペース又は前記反応ギャップ内の位置にある前記液体アルキレンオキシドと前記液体物質との反応の生成物の、該リアクターの前記出口と、
(7)前記反応スペース又は前記反応ギャップの総長さの4〜90%の範囲にある、前記別個のチューブ又は前記別個の二重チューブの長さと、
(8)5〜20mの長さを有する前記リアクターと、
を備え、
(9)前記リアクター(b)の前記反応ギャップに挿入された前記別個の二重チューブは、環状の断面を有し、前記別個の二重チューブを通じて導入される前記液体アルキレンオキシドのための前記別個の二重チューブへの入口を形成し、
前記第1の位置における前記別個の二重チューブの前記環状の断面の面積が、(A)前記第1の位置における前記別個の二重チューブの前記環状の断面の面積、(B)前記別個の二重チューブの外面から前記反応ギャップの外側境界に至る環状の断面の面積(I)、及び、(C)前記反応ギャップの内側境界から前記別個の二重チューブの内面に至る環状の断面の面積(II)、の和の90%〜10%である、装置。 - 前記別個の調節ジャケットを3つ含む、請求項13に記載の装置。
- 前記反応チューブと前記液体アルキレンオキシドと前記液体物質との反応の生成物の該リアクターの前記出口との間に位置付けられた、付加的な後反応スペースを含む、前記リアクター(a)を含む、請求項14に記載の装置。
- 付加的な後反応スペースを含む前記リアクター(b)であって、前記後反応スペースの内幅は前記反応ギャップの内幅よりも大きい、前記リアクター(b)を含む、請求項14に記載の装置。
- 前記反応ギャップに続く前記リアクターのゾーンに、付加的な後反応スペースを含む前記リアクター(b)を含み、
前記後反応スペースの内幅は増大せず、
前記反応ギャップの長さは、前記反応ギャップへの前記液体物質の入口の位置と、前記リアクターの出口の方向における、前記リアクターに取り付けられた前記調節ジャケットのうちの最後の前記調節ジャケットの端部と、の間の距離に相当する、請求項14に記載の装置。 - 前記リアクター(a)の場合の前記別個のチューブ、又は、前記リアクター(b)の場合の前記別個の二重チューブの断面積が、該断面積と、前記第1の位置における前記反応スペース又は前記反応ギャップの断面積と、の和の50%〜5%である、請求項13〜17のいずれか一項に記載の装置。
- 前記リアクター(b)の場合に、前記別個の二重チューブが、前記反応ギャップの長さの4%〜70%の長さを有する、請求項13〜17のいずれか一項に記載の装置。
- 前記リアクターは前記リアクター(a)である、請求項13〜18のいずれか一項に記載の装置。
- 前記リアクター(a)の前記反応チューブ(複数の場合もある)に挿入される前記別個のチューブ(複数の場合もある)が、前記反応チューブ(複数の場合もある)の長さの10%〜50%の長さを有する、請求項20に記載の装置。
- 5メートル〜15メートルの全長を有する前記リアクターを備える、請求項13〜21のいずれか一項に記載の装置。
- 前記リアクター(a)又は前記リアクター(b)の前記液体アルキレンオキシドのための前記単一の入口ソケットが、液体エチレンオキシドの供給源、液体プロピレンオキシドの供給源、又は液体エチレンオキシドと液体プロピレンオキシドとの混合物の供給源に接続された、請求項13〜22のいずれか一項に記載の装置。
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