KR102520181B1 - Continuous flow reactor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연속 흐름 반응기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 유체 반응물의 균일한 혼합 및 화학 반응을 위한 연속 흐름 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to continuous flow reactors, and more particularly to continuous flow reactors for uniform mixing and chemical reactions of fluid reactants.
최근 화학, 제약, 생명과학 분야에 있어서 공정 공학을 위한 마이크로 크기의 부품에 대한 중요함이 증가되고 있다. 이에 따라, 마이크로 반응기, 열교환기, 스태틱 믹서(static mixer) 등과 같은 다른 공정 기기들은 최대 밀리미터의 작은 장치로도 제작이 가능하며, 여기에는 마이크로미터 크기의 미세한 공정이 요구된다. 특히 화학 산업, 자동차 산업, 환경 기술 부문에 있어서, 마이크로 공정 공학에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며 마이크로 구조의 반응기, 열교환기 및 혼합기 등과 같은 장치들이 개발되고 있다.In recent years, the importance of micro-sized components for process engineering has increased in the fields of chemistry, pharmaceuticals and life sciences. Accordingly, other process devices such as micro reactors, heat exchangers, static mixers, etc. can be manufactured with small devices up to a millimeter in size, which require micrometer-sized processes. In particular, in the fields of chemical industry, automobile industry, and environmental technology, research on micro process engineering is being actively conducted, and devices such as micro-structured reactors, heat exchangers, and mixers are being developed.
이 중 마이크로 반응기(Micro reactor)는 연속 흐름 반응기로도 불리며, 흐를 수 있는 2종 이상의 유체들의 화학 반응을 통해 생산물을 얻기 위한 장치이다. 마이크로 반응기는 작은 크기임에도 넓은 비표면적 덕분에 유체들의 화학 반응으로 인한 열 전달 및 물질 전달에 효율적이기 때문에 많은 유동 화학 및 연속 프로세스 공정에 사용된다. 마이크로 반응기를 사용하여 생산물을 얻는데 있어서, 안전한 반응 조건에서 순도 높은 생산물을 얻는 것이 중요하다.Among them, a micro reactor is also called a continuous flow reactor, and is a device for obtaining a product through a chemical reaction between two or more fluids that can flow. Micro reactors are used in many flow chemistry and continuous process processes because they are efficient in heat transfer and mass transfer due to chemical reactions of fluids due to their large specific surface area despite their small size. In obtaining a product using a microreactor, it is important to obtain a product with high purity under safe reaction conditions.
이에 따라, 균일한 혼합 및 화학 반응이 가능하여 안전하고 높은 품질의 생산물을 획득할 수 있는 연속 흐름 반응기가 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a continuous flow reactor capable of uniform mixing and chemical reaction to obtain safe and high-quality products.
본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 유체 반응물의 균일한 혼합 및 화학 반응을 위한 연속 흐름 반응기를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to improve the problems of the prior art, and to provide a continuous flow reactor for uniform mixing and chemical reaction of fluid reactants.
본 발명은 하나의 양상에서, 반응물 통로를 포함하는 연속 흐름 반응기에 있어서, 반응물 통로는 제1 주통로, 제2 주통로, 및 챔버를 포함하며, 제1 주통로 및 제2 주통로는 반응물의 유동 경로를 따라 직렬로 배치되며, 챔버는 제1 주통로와 제2 주통로 사이에 반응물의 유동 경로를 따라 직렬로 배치되는 제1 챔버 및 제2 챔버를 포함하며, 제1 챔버는 반응물이 유입되는 입구, 반응물이 유출되는 출구, 및 반응물 통로의 방향을 변경하는 방향변경요소를 포함하며, 제1 주통로는 제1 챔버의 입구에 인접하여 위치하는 분기구역에서 방향변경요소에 의해 제1 보조통로 및 제2 보조통로로 분기되며, 분기된 제1 보조통로 및 제2 보조통로는 각각 제1 챔버 내에 위치하는 방향전환구역에서 방향이 전환되어 제1 챔버의 출구에 인접하여 위치하는 결합구역에서 서로 연결되며, 제1 주통로가 제1 보조통로 및 제2 보조통로로 분기되면서 변경되는 반응물 통로의 방향변경 각도가 90도 미만이며, 방향변경요소는 상류 측 선단부에 꼭지점이 구비되고 꼭지점을 중심으로 내각이 90도 미만이며, 제1 보조통로는 분기구역에서의 폭보다 방향전환구역에서 폭이 더 크도록 구성되는, 연속 흐름 반응기를 제공할 수 있다.In one aspect, the present invention relates to a continuous flow reactor comprising a reactant passage, wherein the reactant passage includes a first main passage, a second main passage, and a chamber, wherein the first main passage and the second main passage contain a reactant Disposed in series along the flow path, the chambers include a first chamber and a second chamber disposed in series along the flow path of the reactants between the first main passage and the second main passage, the first chamber into which the reactants flow It includes an inlet, an outlet through which the reactant flows out, and a direction changing element for changing the direction of the reactant passage, and the first main passage is first assisted by the direction changing element in a branching area located adjacent to the inlet of the first chamber. It is branched into a passage and a second auxiliary passage, and the branched first auxiliary passage and the second auxiliary passage are each changed in direction in the direction changing area located in the first chamber, and in the coupling area located adjacent to the outlet of the first chamber. They are connected to each other, and the direction change angle of the reactant passage, which is changed as the first main passage diverges into the first auxiliary passage and the second auxiliary passage, is less than 90 degrees, and the direction changing element has a vertex at the upstream side and is centered around the vertex. It is possible to provide a continuous flow reactor wherein the interior angle is less than 90 degrees and the first auxiliary passage is configured such that the width in the diverting section is greater than the width in the diverging section.
본 발명은 하나의 구체예에서 종래 연속 흐름 반응기에 비해 유체 반응물의 균일한 혼합 및 화학 반응이 가능한 연속 흐름 반응기를 제공할 수 있다.In one embodiment, the present invention can provide a continuous flow reactor capable of uniform mixing and chemical reaction of fluid reactants compared to conventional continuous flow reactors.
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of a continuous flow reactor according to one embodiment of the present invention.
2 is an enlarged schematic view of a portion of a continuous flow reactor according to one embodiment of the present invention.
3 is an enlarged schematic view of a portion of a continuous flow reactor according to another embodiment of the present invention.
4 is an enlarged schematic view of a portion of a continuous flow reactor according to another embodiment of the present invention.
5 is an enlarged schematic view of a portion of a continuous flow reactor according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 연속 흐름 반응기(CONTINUOUS FLOW REACTOR)는 마이크로미터 또는 그 이상 크기의 미세 통로를 통과하는 1종 이상의 유체의 화학 반응 합성을 통해 생산물을 획득하기 위해 사용되는 장치일 수 있다.The CONTINUOUS FLOW REACTOR of the present invention may be a device used to obtain a product through chemical reaction synthesis of one or more fluids passing through micrometer or larger passages.
본 발명의 하나의 구체예에 따르면, 연속 흐름 반응기는 성형이 용이하고 내부식성, 불연성 및 화학 내구도가 높은 재료로 구성될 수 있다. 구체적으로, 화학 내구도가 높은 재료는 화학 반응으로 인한 폭발에도 견딜 수 있는 재료를 의미한다. 본 발명의 하나의 구체예에 따른 연속 흐름 반응기는 폭발성, 산성 및 열발생 등 가혹한 화학 반응 환경에서도 견딜 수 있는 기계적 특성을 가진 재료로 구성될 수 있다. 가혹한 화학 반응 환경에 견딜 수 있는 기계적 특성에 대해 예를 들면, 내부식성, 불연성, 높은 강도 및 화학 내구도가 높은 것 등일 수 있다. 또한, 재료에 대해 구체적인 예를 들면 금속 재료, 세라믹 재료, 플라스틱, 플라스틱 복합 재료, 세라믹 복합 재료 등의 재료일 수 있다. 또한, 내화학성 및 열에 강한 세라믹 재료로 코팅될 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, the continuous flow reactor can be made of a material that is easy to mold and has high corrosion resistance, nonflammability and chemical durability. Specifically, a material with high chemical durability means a material that can withstand an explosion due to a chemical reaction. The continuous flow reactor according to one embodiment of the present invention may be composed of a material having mechanical properties that can withstand harsh chemical reaction environments such as explosiveness, acidity, and heat generation. Regarding mechanical properties that can withstand harsh chemical reaction environments, for example, corrosion resistance, non-flammability, high strength and high chemical durability may be the like. In addition, the material may be, for example, a metal material, a ceramic material, a plastic material, a plastic composite material, or a ceramic composite material. In addition, it may be coated with a ceramic material that is resistant to chemicals and heat.
본 발명의 반응물은 1 종 이상의 유체들을 포함하는 물질을 의미한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 반응물은 물리적 또는 화학적인 혼합으로 인해 화학 반응이 일어날 수 있는 1 종 이상의 유체들로 구성된 물질을 의미할 수 있다.A reactant of the present invention means a substance comprising one or more fluids. More specifically, the reactant of the present invention may refer to a material composed of one or more fluids capable of causing a chemical reaction due to physical or chemical mixing.
본 발명의 유체는 유동 가능한 유체적인 성질을 가지는 물질일 수 있다. 구체적으로, 유체는 상이한 하나 이상의 성분 또는 입자들을 포함하여 유동 가능한 물질일 수도 있다. 예를 들어, 유체는 슬러리(slurry)와 같은 고체 입자들을 포함하는 유동 가능한 물질일 수도 있다. 전술한 슬러리는 유체의 예시일 뿐, 본 발명의 유체는 슬러리에 제한되지 않는다.The fluid of the present invention may be a material having flowable fluid properties. Specifically, a fluid may be a flowable substance comprising one or more different components or particles. For example, the fluid may be a flowable substance comprising solid particles such as a slurry. The above slurry is only an example of the fluid, and the fluid of the present invention is not limited to the slurry.
본 발명의 유체들의 종류는 유체들 각각의 구성 화학식 또는 상(phase)에 따라 구분 될 수 있다. 이에 따라 1종 이상의 유체들은 상이한 화학식을 가지거나 상이한 상을 가진 유체들을 의미할 수 있다.Types of the fluids of the present invention may be classified according to their constituent chemical formulas or phases. Accordingly, one or more fluids may mean fluids having different chemical formulas or different phases.
본 발명의 화학 반응은 생성물을 생성하는 화학적인 합성 반응으로, 예를 들어, 소화 반응, 산화 반응, 할로겐화, 질화, 독성 가스를 사용하는 반응 등일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 이에 따라, 본 발명의 반응물의 화학 반응은 반응물을 구성하는 유체들의 화학적인 합성 반응일 수 있다. 또한, 본 발명의 생성물은 반응물의 화학 반응을 통해 생산되는 물질을 의미한다.The chemical reaction of the present invention is a chemical synthesis reaction that produces a product, and may be, for example, a digestion reaction, an oxidation reaction, halogenation, nitration, or a reaction using a toxic gas, but the present invention is not limited thereto. Accordingly, the chemical reaction of the reactant of the present invention may be a chemical synthesis reaction of fluids constituting the reactant. In addition, the product of the present invention means a material produced through a chemical reaction of reactants.
또한, 본 발명의 화학 반응은 연속적으로 발생되는 둘 이상의 단계들을 가지는 여러 단계의 화학 반응일 수 있다. 구체적으로, 연속적인 둘 이상의 단계들을 가지는 화학 반응에서는 순차적이며 연속적인 단계를 거쳐 중간 생성물 및 최종 생성물을 생성한다. 보다 구체적으로, 둘 이상의 단계들을 가지는 화학 반응에서는 최종 단계 이전의 단계들 각각에서 중간 생성물들을 생성하며, 최종 단계에서 생성되는 최종 생성물은 이전 단계에서 생성된 중간 생성물의 화학 반응을 통해 생성될 수 있다.Further, the chemical reaction of the present invention may be a multi-step chemical reaction having two or more steps occurring consecutively. Specifically, in a chemical reaction having two or more successive steps, intermediate and final products are produced through sequential and successive steps. More specifically, in a chemical reaction having two or more steps, intermediate products are produced in each of the steps preceding the final step, and the final product produced in the final step may be produced through a chemical reaction of the intermediate product produced in the previous step. .
본 발명의 생성물은 반응물의 화학 반응을 통해 생산되는 임의의 물질을 의미한다. 또한, 생성물은 유체로 한정되지 않으며, 고체, 액체, 기체 등의 상(phase)을 가질 수 있다. 둘 이상의 단계들의 화학 반응에서, 생성물은 최종 생성물 또는 중간 생성물 중 적어도 하나를 포함하는 생성물일 수 있다. 중간 생성물은 짧은 시간에 강한 에너지를 가지며 불완전한 분자를 의미할 수 있으며, 반응 중간체(reaction intermediate) 또는 중간체일 수 있다. 이에 따라, 중간 생성물은 반응성이 높아 안정적이지 못 하며, 안정적인 최종 생성물로 전환되기 위해 다른 물질 또는 다른 분자와의 화학 반응이 빨리 일어날 수 있다. 즉, 본 발명에서 최종 생성물은 화학적으로 안정한 상태이고, 중간 생성물은 불안정한 상태이다. 이후 생성물에 대한 설명은 최종 생성물 또는 중간 생성물로 따로 구분하여 기재하지 않는 한, 모든 생성물에 대한 설명일 수 있다.A product of the present invention refers to any substance produced through a chemical reaction of reactants. In addition, the product is not limited to a fluid, and may have a solid, liquid, or gas phase. In a chemical reaction of two or more stages, a product may be a product comprising at least one of an end product or an intermediate product. Intermediate products may refer to incomplete molecules with strong energy in a short time, and may be reaction intermediates or intermediates. Accordingly, the intermediate product is not stable due to its high reactivity, and a chemical reaction with another substance or other molecule may quickly occur in order to be converted into a stable final product. That is, in the present invention, the final product is in a chemically stable state, and the intermediate product is in an unstable state. The following description of the product may be a description of all products unless separately described as a final product or an intermediate product.
본 발명의 유동이란 유체가 확산(Diffusion) 또는 외부 힘에 의해 유체가 흐르면서 이동하는 것을 의미할 수 있다. 여기서 외부 힘이란 예를 들어 중력 또는 모세관 현상의 부착력 등을 의미할 수도 있으나, 본 발명의 유동과 관련된 외부 힘은 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 본 발명에서 1종 이상의 유체를 포함하는 반응물이 유동하는 것은 일정한 방향으로 흐르면서 이동하는 것을 의미할 수 있다.The flow of the present invention may mean that a fluid moves while flowing due to diffusion or an external force. Here, the external force may mean, for example, gravity or capillary adhesion, but the external force related to the flow of the present invention is not limited thereto. Specifically, in the present invention, flowing a reactant including one or more fluids may mean moving while flowing in a certain direction.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 하나의 구체예에 따라 균일한 혼합 및 화학 반응이 가능한 연속 흐름 반응기에 대해 설명한다.Hereinafter, a continuous flow reactor capable of uniform mixing and chemical reaction according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of a continuous flow reactor according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 연속 흐름 반응기(100)는 1종 이상의 반응물이 주입될 수 있는 제1 주입구(110) 및 제2 주입구(120), 주입된 반응물이 통과하는 반응물 통로(200), 그리고 반응물 통로(200)를 통과한 생성물 또는 유체가 배출될 수 있는 배출구(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
한편 반응물 통로(200)는 반응물의 유동 경로를 따라 직렬로 배치된 제1 주통로(201) 및 제2 주통로(202)를 포함할 수 있다. 본 발명의 하나의 구체예에서, 제1 주통로(201)는 제1 주입구(110) 및 제2 주입구(120)에 인접하고, 제2 주통로(202)는 배출구(130)에 인접하게 배치될 수 있으나 여기에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 구체예에서, 이하에서 상세하게 설명하듯이, 제1 주통로(201)는 제1 챔버(도2, 310)의 상류에 배치되고, 제2 주통로(202)는 제2 챔버(도2, 320)의 하류에 배치될 수도 있다.Meanwhile, the
또한 반응물 통로(200)는 제1 주통로(201)와 제2 주통로(202) 사이에 연속하여 직렬로 배치된 복수의 챔버(300)를 포함할 수 있다.In addition, the
도 2는 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)와 (b)는 본 발명의 연속 흐름 반응기의 동일한 부분을 명확한 설명을 위하여 별도로 제시한 도면이다.2 is an enlarged schematic view of a portion of a continuous flow reactor according to one embodiment of the present invention. Figure 2 (a) and (b) is a view separately presented for a clear description of the same part of the continuous flow reactor of the present invention.
도 2를 참조하면, 챔버(300)는 제1 주통로(201)와 제2 주통로(202) 사이에 반응물의 유동 경로를 따라 직렬로 배치되는 제1 챔버(310) 및 제2 챔버(320)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
제1 챔버(310)는 반응물이 유입되는 입구(311), 반응물이 유출되는 출구(312), 및 반응물 통로의 방향을 변경하는 방향변경요소(313)를 포함할 수 있다.The
제1 주통로(201)는 제1 챔버(310)의 입구(311)에 인접하여 위치하는 분기구역(410)에서 방향변경요소(313)에 의해 제1 보조통로(210) 및 제2 보조통로(220)로 분기될 수 있다. 이하에서는 본 발명에 대하여 주로 제1 보조통로(210)를 중심으로 설명하며, 제2 보조통로(220)는 별도의 설명이 없는 한 제1 주통로(201)의 중심선을 기준으로 좌우 대칭 구조로 이루어진 것으로 이해될 수 있다.The first
분기된 제1 보조통로(210) 및 제2 보조통로(220)는 각각 제1 챔버(310) 내에 위치하는 방향전환구역(420)에서 방향이 전환되어 제1 챔버(310)의 출구(312)에 인접하여 위치하는 결합구역(430)에서 서로 연결될 수 있다.The branched first
도 2의 (b)를 참조하면, 제1 주통로(201)가 제1 보조통로(210) 및 제2 보조통로(220)로 분기되면서 변경되는 반응물 통로의 방향변경 각도(α)는 90도 미만, 10도 이상 90도 미만, 20도 이상 90도 미만, 또는 30도 이상 90도 미만일 수 있다. 반응물 통로의 방향변경 각도(α)가 상기 범위 이내인 경우 반응물 유동에 대한 방향변경요소(313)의 저항이 최소화되어, 반응물의 원활한 유동을 보장할 수 있다. 반면, 반응물 통로의 방향변경 각도(α)가 상기 범위를 초과하는 경우, 반응물 유동에 대한 방향변경요소(313)의 저항이 커져서 반응물의 원활한 유동을 방해하여 분기구역(410)에서의 반응물 유동의 정체가 발생하는 문제가 있을 수 있다. 각도(α)의 크기는 공차범위 내에서는 본 발명에 포함될 수 있다.Referring to (b) of FIG. 2, the direction change angle α of the reactant passage, which is changed while the first
방향변경요소(313)는 상류 측 선단부에 꼭지점(A)이 구비될 수 있다. 방향변경요소(313)는 꼭지점(A)을 중심으로 내각(β)이 90도 미만, 10도 이상 90도 미만, 20도 이상 90도 미만, 30도 이상 80도 미만, 40도 이상 70도 미만, 또는 50도 이상 60도 미만일 수 있다. 방향변경요소(313)가 선단부에 꼭지점(A)을 포함하고, 꼭지점(A)을 중심으로 내각이 90도 미만인 쐐기형 구조를 형성함으로써, 제1 주통로(201)를 따라 유동하는 반응물이 쐐기형 구조의 방향변경요소(313)에 의해 제1 보조통로(210)와 제2 보조통로(220)로 효과적으로 분리될 수 있다. 즉 선단이 쐐기형 구조인 방향변경요소(313)에 의해 분기구역(410)에서 반응물은 와류 현상 없이 효과적으로 분리될 수 있다.The
도 2의 (b) 및 도 3의 (b)를 참조하면, 제1 보조통로(210)는 분기구역(410)에서의 폭(w1)보다 방향전환구역(420)에서의 폭(w2)이 더 크도록 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 제1 보조통로(210)를 통과하는 반응물의 유속이 분기구역(410)에서 상대적으로 더 빠르고, 방향전환구역(420)에서 상대적으로 더 느리게 된다.Referring to FIGS. 2(b) and 3(b) , the first
한편 또 다른 구체예에서, 도 2의 (b)를 참조하면, 제1 보조통로(210)는 폭(w1)이 분기구역(410)에서부터 방향전환구역(420) 직전까지 일정하게 유지되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 제1 보조통로(210)를 통과하는 반응물의 유속은 분기구역(410)에서부터 방향전환구역(420) 직전까지 일정하게 유지되다가, 방향전환구역(420)에 도달하면 급격히 느려지게 된다.On the other hand, in another embodiment, referring to (b) of FIG. 2, the first
도 3은 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)와 (b)는 본 발명의 연속 흐름 반응기의 동일한 부분을 명확한 설명을 위하여 별도로 제시한 도면이다.3 is an enlarged schematic view of a portion of a continuous flow reactor according to another embodiment of the present invention. Figure 3 (a) and (b) is a view separately presented for a clear description of the same part of the continuous flow reactor of the present invention.
도 3을 참조하면, 제1 보조통로(210)는 폭(w)이 분기구역(410)에서 방향전환구역(420)으로 가면서 점점 커지도록 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 제1 보조통로(210)를 통과하는 반응물의 유속은 분기구역(410)에서부터 방향전환구역(420)으로 가면서 점차적으로 느려지게 된다.Referring to FIG. 3 , the width w of the first
또 다른 구체예에서, 도 2의 (b) 및 도 3의 (b)을 참조하면, 제1 보조통로(210)는 분기구역(410)에서의 폭(w1), 방향전환구역(420)에서의 폭(w2), 및 결합구역(430)에서의 폭(w3) 중 방향전환구역(420)에서의 폭(w2)이 가장 크도록 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 제1 보조통로(210)를 통과하는 반응물의 유속은 분기구역(410)에서 상대적으로 빠르고, 이후 방향전환구역(420)에서 가장 느리게 되며, 이후 다시 결합구역(430)에서 상대적으로 빠르게 된다.In another embodiment, referring to FIGS. 2 (b) and 3 (b), the first
전술한 바와 같이, 제2 보조통로(220)는 별도의 설명이 없는 한 제1 주통로(201)의 중심선을 기준으로 좌우 대칭 구조로 이루어진 것으로 이해될 수 있다. 따라서 제2 보조통로(220)를 통과하는 반응물의 유속 또한 분기구역(410)에서 상대적으로 빠르고, 이후 방향전환구역(420)에서 가장 느리게 되며, 이후 다시 결합구역(430)에서 상대적으로 빠르게 된다.As described above, it can be understood that the second
이러한 구성으로 인하여, 제1 보조통로(210)를 통과하는 반응물과 제2 보조통로(220)를 통과하는 반응물은 방향전환구역(420)에서 유속이 느려졌다가 결합구역(430)에서 유속이 급증하면서 서로 강하게 충돌하면서 합류하게 된다. 이와 같이 반응물이 결합구역(430)에서 강하게 충돌하면서 합류하게 되므로, 2종 이상의 유체로 이루어진 반응물의 균일한 혼합 및 화학 반응이 가능할 수 있다.Due to this configuration, the flow rate of the reactants passing through the first
또 다른 구체예에서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 챔버(310) 및 제2 챔버(320)는 챔버 연결통로(330)에 의해 상호 연결될 수 있다. 구체적으로 제1 챔버(310)의 출구가 챔버 연결통로(330)의 제1 끝단에 연결되고, 제2 챔버(320)의 입구가 챔버 연결통로(330)의 제2 끝단에 연결될 수 있다. 여기서 챔버 연결통로(330)의 일단이 제1 끝단이고, 타단이 제2 끝단이다.In another embodiment, referring to FIGS. 2 and 3 , the
한편 제1 보조통로(210)의 최소 크기의 폭이 챔버 연결통로(320)의 최소 크기의 폭(w4)보다 크거가 같도록 구성될 수 있다. 구체적으로 챔버 연결통로(320)는 제1 챔버(310)와 연결되는 제1 끝단 및 제2 챔버(320)와 연결되는 제2 끝단에서 최소 크기의 폭(w4)을 가질 수 있다. 이러한 경우, 챔버 연결통로(320)의 제1 끝단과 제2 끝단의 폭(w4)이 제1 보조통로(210)의 분기구역(410)에서의 폭(w1) 및 결합구역(430)에서의 폭(w3)보다 작거나 같게 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 챔버 연결통로(320)의 제1 끝단과 제2 끝단에서의 반응물의 유속이 분기구역(410)과 결합구역(430)에서의 반응물의 유속보다 빠르거나 같게 될 수 있다. 특히 챔버 연결통로(320)의 제2 끝단에서 상대적으로 빠르게 흐르던 반응물이 제2 보조통로(220)의 분기구역으로 빠르게 들어가게 되므로 방향변경요소에 의해 효과적으로 분리될 수 있다.Meanwhile, the minimum width of the first
도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is an enlarged schematic view of a portion of a continuous flow reactor according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 챔버 연결통로(330)는 볼록부(335)를 포함하며, 볼록부(335)의 최대 크기의 폭(w5)이 제1 보조통로(210)의 최소 크기의 폭보다 크고 제1 보조통로(210)의 최대 크기의 폭보다 작도록 구성될 수 있다. 챔버 연결통로(330)가 볼록부(335)를 포함함으로써, 챔버 연결통로(330)로 유입되는 반응물의 유속이 볼록부(335)에서 느려지게 된다. 느려진 유속에 의해 볼록부(335)의 가장자리에서 와류가 발생하여 반응물이 더욱 효율적으로 혼합될 수 있다. Referring to FIG. 4 , the
또 다른 구체예에서, 도 2의 (b) 및 도 4의 (a)를 참조하면, 제1 챔버(310)의 출구(312)와 챔버 연결통로(330)가 서로 연결되는 제1 챔버의 내벽(R)이 곡면 형상이 되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인하여 제1 챔버(310)의 내벽에 가해지는 압력을 줄일 수 있다.In another embodiment, referring to FIG. 2 (b) and FIG. 4 (a), the inner wall of the first chamber in which the
도 5는 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 연속 흐름 반응기의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.5 is an enlarged schematic view of a portion of a continuous flow reactor according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 방향변경요소(313)의 선단부에 구비된 꼭지점(A)은 제1 챔버(310)의 입구(311)의 최선단(F) 또는 그 하류에 위치하도록 구성될 수 있다. 도 5(a)의 (a1)과 도 5b의 (b1)은 방향변경요소(313)의 꼭지점(A)이 가장 상류에 위치할 때 그 위치가 제1 챔버(310)의 입구(311)의 최선단(F)인 상태를 개략적으로 나타낸 것이다. 방향변경요소(313)의 꼭지점(A)이 제1 챔버(310)의 입구(311)의 최선단(F)에 위치할 때 제1 챔버(310)로 유입되는 반응물이 효과적으로 분리될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the vertex A provided at the front end of the
또 다른 구체예에서, 도 2, 도 4의 (a), 및 도 5a를 참조하면, 분기된 제1 보조통로(210) 및 제2 보조통로(220) 중 적어도 하나는 방향전환구역(420)에서 90도 미만으로 방향을 전환하여 결합구역(430)에서 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 도 2, 도 4의 (a), 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 보조통로(210) 및 제2 보조통로(220) 둘 모두의 방향전환구역(420)에서의 방향전환 각도가 90도 미만인 것이 제시되어 있다. 이러한 구성으로 인하여, 전체적으로 제1 챔버(310) 내에서 반응물은 각각 90도 미만으로 방향이 변경된다. 반응물을 저속으로 흘려보내면서 혼합 및 반응을 진행하는 공정에서는 챔버 내에서 반응물 통로(200)의 방향 변화가 전체적으로 90도 미만인 경우 예컨대 침전물 발생 등의 문제가 발생하지 않으면서 반응물이 챔버를 효과적으로 통과할 수 있다. In another embodiment, referring to FIGS. 2, 4(a), and 5a, at least one of the branched first
또 다른 구체예에서, 도 3, 도 4의 (b), 및 도 5b를 참조하면, 분기된 제1 보조통로(210) 및 제2 보조통로(220) 중 적어도 하나는 방향전환구역(420)에서 90도 이상으로 방향을 전환하여 결합구역(430)에서 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 도 3, 도 4의 (b), 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 보조통로(210) 및 제2 보조통로(220) 둘 모두의 방향전환구역(420)에서의 방향전환 각도가 90도 이상인 것이 제시되어 있다. 반응물을 고속으로 흘려보내면서 혼합 및 반응을 진행하는 공정에서는, 챔버 내에서 90도 이상으로 반응물 통로(200)의 방향을 변화시켜 예컨대 와류 생성에 의해 반응물이 효과적으로 혼합되도록 구성할 수 있다. 반응물 통로(200)의 방향 변화가 90도 이상이더라고 고속으로 반응물을 흘려보내기 때문에 예컨대 침전물 생성 등의 문제가 발생하지 않을 수 있다. In another embodiment, referring to FIGS. 3, 4(b), and 5b, at least one of the branched first
또 다른 구체예에서, 도 2, 도 4의 (a), 및 도 5a를 참조하면, 방향변경요소(313)의 하류측 면은 하류측 방향으로 철면(凸面)을 갖도록 구성될 수 있다. 바람직하게는 철면은 곡면이다. 전술한 바와 유사하게, 반응물을 저속으로 흘려보내면서 혼합 및 반응을 진행하는 공정에서는 반응물이 챔버 내에서 전체적으로 90도 미만의 방향 변화로 챔버를 통과하여야 예컨대 침전물 발생 등의 문제가 발생하지 않을 수 있다. 또한 철면이 곡면인 경우 반응물의 흐름을 방해하지 않을 수 있다.In another embodiment, referring to FIGS. 2, 4(a), and 5a, the downstream side of the
또 다른 구체예에서, 도 3, 도 4의 (b), 및 도 5b를 참조하면, 방향변경요소(313)의 하류측 면은 하류측 방향으로 요면(凹面)을 갖도록 구성될 수 있다. 바람직하게 요면은 곡면이다. 전술한 바와 유사하게, 반응물을 고속으로 흘려보내면서 혼합 및 반응을 진행하는 공정에서는, 반응물이 챔버 내에서 90도 이상의 방향 변화를 거치면서 예컨대 와류 등에 의해 효과적으로 혼합될 수 있다. 한편 반응물 흐름의 방향 변화가 90도 이상이더라고 고속으로 반응물을 흘려보내기 때문에 예컨대 침전물 생성 등의 문제가 발생하지 않을 수 있다. 반응물의 흐름이 90도 이상의 방향 변화를 거치는 경우 방향변경요소(313)의 하면이 철면이며 결합구역이 너무 작아질 수 있으므로, 결합구역의 폭을 넓게 유지하기 위해 요면으로 구성될 수 있다. 또한 요면이 곡면인 경우 반응물의 흐름을 방해하지 않을 수 있다.In another embodiment, referring to FIGS. 3, 4(b), and 5b, the downstream surface of the
본 발명에서는 예컨대 약 0.2 mL/min 이하의 반응물의 유속을 저속이라 하고, 예컨대 약 5 mL/min 이상의 반응물의 유속을 고속이라 한다.In the present invention, for example, a flow rate of about 0.2 mL/min or less is referred to as a low rate, and a flow rate of, for example, about 5 mL/min or more is referred to as a high rate.
또 다른 구체예에서, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 방향전환구역(420)에서 제1 챔버(310)의 내벽이 곡면 형상이 되도록 구성될 수 있다. 방향전환구역(420)에서 제1 챔버(310)의 내벽이 곡면 형상을 형성함으로써, 반응물 흐름에 의해 챔버 내벽에 가해지는 압력을 줄일 수 있다.In another embodiment, referring to FIGS. 2 to 5 , the inner wall of the
이하 본 발명의 다양한 실시 형태를 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described.
(1) 반응물 통로를 포함하는 연속 흐름 반응기에 있어서, 반응물 통로는 제1 주통로, 제2 주통로, 및 챔버를 포함하며, 제1 주통로 및 제2 주통로는 반응물의 유동 경로를 따라 직렬로 배치되며, 챔버는 제1 주통로와 제2 주통로 사이에 반응물의 유동 경로를 따라 직렬로 배치되는 제1 챔버 및 제2 챔버를 포함하며, 제1 챔버는 반응물이 유입되는 입구, 반응물이 유출되는 출구, 및 반응물 통로의 방향을 변경하는 방향변경요소를 포함하며, 제1 주통로는 제1 챔버의 입구에 인접하여 위치하는 분기구역에서 방향변경요소에 의해 제1 보조통로 및 제2 보조통로로 분기되며, 분기된 제1 보조통로 및 제2 보조통로는 각각 제1 챔버 내에 위치하는 방향전환구역에서 방향이 전환되어 제1 챔버의 출구에 인접하여 위치하는 결합구역에서 서로 연결되며, 제1 주통로가 제1 보조통로 및 제2 보조통로로 분기되면서 변경되는 반응물 통로의 방향변경 각도가 90도 미만이며, 방향변경요소는 상류 측 선단부에 꼭지점이 구비되는, 연속 흐름 반응기.(1) In a continuous flow reactor including a reactant passage, the reactant passage includes a first main passage, a second main passage, and a chamber, the first main passage and the second main passage in series along the reactant flow path. The chamber includes a first chamber and a second chamber disposed in series along the flow path of the reactant between the first main passage and the second main passage, the first chamber is an inlet through which the reactant is introduced, the reactant is It includes an outflow outlet and a direction change element for changing the direction of the reactant passage, and the first main passage is a first auxiliary passage and a second auxiliary passage by a direction change element in a branch area located adjacent to the inlet of the first chamber. The branched first auxiliary passage and the second auxiliary passage are each changed in direction in a direction changing zone located in the first chamber and connected to each other in a coupling zone located adjacent to the outlet of the first chamber. A continuous flow reactor, wherein the direction change angle of the reactant passage, which is changed as the first main passage diverges into the first auxiliary passage and the second auxiliary passage, is less than 90 degrees, and the direction change element is provided with a vertex at an upstream end.
(2) 방향변경요소는 상류 측 선단부에 구비되는 꼭지점을 중심으로 내각이 90도 미만인, 연속 흐름 반응기.(2) The continuous flow reactor, wherein the direction changing element has an internal angle of less than 90 degrees with respect to a vertex provided at an upstream tip.
(3) 제1 보조통로는 분기구역에서의 폭보다 방향전환구역에서 폭이 더 크도록 구성되는, 연속 흐름 반응기(3) the first auxiliary passage is configured such that the width in the diverting section is greater than the width in the branching section, the continuous flow reactor
(4) 제1 보조통로는 폭이 분기구역에서부터 방향전환구역 직전까지 일정하게 유지되도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.(4) The continuous flow reactor is configured so that the width of the first auxiliary passage is kept constant from the diverging section to immediately before the turning section.
(5) 제1 보조통로는 폭이 분기구역에서 방향전환구역으로 가면서 점점 커지도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.(5) The continuous flow reactor, wherein the first auxiliary passage is configured such that the width gradually increases from the diverging section to the turning section.
(6) 제1 보조통로는 분기구역에서의 폭, 방향전환구역에서의 폭, 및 결합구역에서의 폭 중 방향전환구역에서 폭이 가장 크도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.(6) The first auxiliary passage is configured such that the width in the diverting zone is the largest among the width in the diverging zone, the width in the diverting zone, and the width in the coupling zone.
(7) 제1 챔버 및 제2 챔버는 챔버 연결통로에 의해 상호 연결되며, 제1 보조통로의 최소 크기의 폭이 챔버 연결통로의 최소 크기의 폭보다 크거가 같도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.(7) The continuous flow reactor, wherein the first chamber and the second chamber are interconnected by a chamber connecting passage, and the minimum width of the first auxiliary passage is greater than or equal to the minimum width of the chamber connecting passage.
(8) 제1 챔버 및 제2 챔버는 챔버 연결통로에 의해 상호 연결되며, 챔버 연결통로는 볼록부를 포함하며, 볼록부의 최대 크기의 폭이 제1 보조통로의 최소 크기의 폭보다 크고 제1 보조통로의 최대 크기의 폭보다 작도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.(8) The first chamber and the second chamber are interconnected by a chamber connecting passage, the chamber connecting passage includes a convex portion, and the maximum width of the convex portion is greater than the minimum width of the first auxiliary passage. A continuous flow reactor configured to be less than the maximum size width of the passageway.
(9) 제1 챔버 및 제2 챔버는 챔버 연결통로에 의해 상호 연결되며, 제1 챔버의 출구와 챔버 연결통로가 서로 연결되는 제1 챔버의 내벽이 곡면 형상인 것을 특징으로 하는, 연속 흐름 반응기.(9) The first chamber and the second chamber are interconnected by a chamber connecting passage, and the inner wall of the first chamber where the outlet of the first chamber and the chamber connecting passage are connected to each other has a curved shape, a continuous flow reactor. .
(10) 방향변경요소의 선단부에 구비된 꼭지점은 제1 챔버 입구의 최선단 또는 그 하류에 위치하는, 연속 흐름 반응기.(10) A continuous flow reactor in which the apex provided at the front end of the direction changing element is located at the front end of the first chamber inlet or downstream thereof.
(11) 분기된 제1 보조통로 및 제2 보조통로 중 적어도 하나는 방향전환구역에서 90도 미만으로 방향을 전환하여 결합구역에서 서로 연결되는, 연속 흐름 반응기.(11) A continuous flow reactor, wherein at least one of the branched first auxiliary passage and the second auxiliary passage is connected to each other in a coupling section by changing direction at less than 90 degrees in the diverting section.
(12) 분기된 제1 보조통로 및 제2 보조통로 중 적어도 하나는 방향전환구역에서 90도 이상으로 방향을 전환하여 결합구역에서 서로 연결되는, 연속 흐름 반응기.(12) A continuous flow reactor, wherein at least one of the branched first auxiliary passage and the second auxiliary passage is connected to each other in a coupling section by turning at least 90 degrees in the diverting section.
(13) 방향변경요소의 하류측 면은 하류측 방향으로 곡면 형상의 철면(凸面)을 갖는 것을 특징으로 하는, 연속 흐름 반응기.(13) A continuous flow reactor characterized in that the downstream face of the direction changing element has a curved convex surface in the downstream direction.
(14) 방향변경요소의 하류측 면은 하류측 방향으로 곡면 형상의 요면(凹面)을 갖는 것을 특징으로 하는, 연속 흐름 반응기.(14) A continuous flow reactor characterized in that the downstream face of the direction changing element has a curved concave surface in the downstream direction.
(15) 방향전환구역에서 제1 챔버의 내벽이 곡면 형상인 것을 특징으로 하는, 연속 흐름 반응기.(15) A continuous flow reactor characterized in that the inner wall of the first chamber in the turning zone is curved.
100: 연속 흐름 반응기, 200: 반응물 통로, 201: 제1 주통로, 202: 제2 주통로, 210: 제1 보조통로, 220: 제2 보조통로, 300: 챔버, 310: 제1 챔버, 320: 제2 챔버, 330: 침버 연결통로, 410: 분기구역, 420: 방향전환구역, 430: 결합구역100: continuous flow reactor, 200: reactant passage, 201: first main passage, 202: second main passage, 210: first auxiliary passage, 220: second auxiliary passage, 300: chamber, 310: first chamber, 320 : Second chamber, 330: chimber connection passage, 410: branch area, 420: direction change area, 430: coupling area
Claims (15)
반응물 통로는 제1 주통로, 제2 주통로, 및 챔버를 포함하며,
제1 주통로 및 제2 주통로는 반응물의 유동 경로를 따라 직렬로 배치되며,
챔버는 제1 주통로와 제2 주통로 사이에 반응물의 유동 경로를 따라 직렬로 배치되는 제1 챔버 및 제2 챔버를 포함하며,
제1 챔버는 반응물이 유입되는 입구, 반응물이 유출되는 출구, 및 반응물 통로의 방향을 변경하는 방향변경요소를 포함하며,
제1 주통로는 제1 챔버의 입구에 인접하여 위치하는 분기구역에서 방향변경요소에 의해 제1 보조통로 및 제2 보조통로로 분기되며,
분기된 제1 보조통로 및 제2 보조통로는 각각 제1 챔버 내에 위치하는 방향전환구역에서 방향이 전환되어 제1 챔버의 출구에 인접하여 위치하는 결합구역에서 서로 연결되며,
제1 주통로가 제1 보조통로 및 제2 보조통로로 분기되면서 변경되는 반응물 통로의 방향변경 각도가 90도 미만이며,
방향변경요소는 상류 측 선단부에 꼭지점이 구비되며,
제1 보조통로는 분기구역에서의 폭, 방향전환구역에서의 폭, 및 결합구역에서의 폭 중 방향전환구역에서 폭이 가장 크도록 구성되며,
방향전환구역에서 제1 챔버의 내벽이 곡면 형상인 것을 특징으로 하는, 연속 흐름 반응기.In a continuous flow reactor comprising a reactant passage,
The reactant passage includes a first main passage, a second main passage, and a chamber,
The first main passage and the second main passage are arranged in series along the flow path of the reactants,
The chamber includes a first chamber and a second chamber disposed in series along the flow path of the reactant between the first main passage and the second main passage,
The first chamber includes an inlet through which the reactant flows, an outlet through which the reactant flows out, and a direction change element for changing the direction of the passage of the reactant,
The first main passage is branched into a first auxiliary passage and a second auxiliary passage by a direction changing element in a branching area located adjacent to the inlet of the first chamber,
The branched first auxiliary passage and the second auxiliary passage are each changed in direction in a direction changing zone located in the first chamber and connected to each other in a coupling zone located adjacent to the outlet of the first chamber;
The direction change angle of the reactant passage, which is changed as the first main passage diverges into the first auxiliary passage and the second auxiliary passage, is less than 90 degrees,
The direction change element is provided with a vertex at the front end of the upstream side,
The first auxiliary passage is configured to have the largest width in the direction change area among the width in the branch area, the width in the direction change area, and the width in the coupling area,
A continuous flow reactor, characterized in that the inner wall of the first chamber in the turning zone is curved.
방향변경요소는 상류 측 선단부에 구비되는 꼭지점을 중심으로 내각이 90도 미만인, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
The direction changing element is a continuous flow reactor in which an internal angle is less than 90 degrees with respect to a vertex provided at an upstream front end.
제1 보조통로는 폭이 분기구역에서부터 방향전환구역 직전까지 일정하게 유지되도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
The continuous flow reactor of claim 1 , wherein the first auxiliary passageway is configured to have a width constant from the diverging section to just before the turning section.
제1 보조통로는 폭이 분기구역에서 방향전환구역으로 가면서 점점 커지도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
wherein the first auxiliary passage is configured to gradually increase in width from the diverging section to the turning section.
제1 챔버 및 제2 챔버는 챔버 연결통로에 의해 상호 연결되며,
제1 보조통로의 최소 크기의 폭이 챔버 연결통로의 최소 크기의 폭보다 크거가 같도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
The first chamber and the second chamber are interconnected by a chamber connection passage,
The continuous flow reactor is configured so that the smallest width of the first auxiliary passage is greater than or equal to the smallest width of the chamber connecting passage.
제1 챔버 및 제2 챔버는 챔버 연결통로에 의해 상호 연결되며,
챔버 연결통로는 볼록부를 포함하며,
볼록부의 최대 크기의 폭이 제1 보조통로의 최소 크기의 폭보다 크고 제1 보조통로의 최대 크기의 폭보다 작도록 구성되는, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
The first chamber and the second chamber are interconnected by a chamber connection passage,
The chamber connection passage includes a convex portion,
The continuous flow reactor is configured so that the maximum width of the convex portion is larger than the minimum width of the first auxiliary passage and smaller than the maximum width of the first auxiliary passage.
제1 챔버 및 제2 챔버는 챔버 연결통로에 의해 상호 연결되며,
제1 챔버의 출구와 챔버 연결통로가 서로 연결되는 제1 챔버의 내벽이 곡면 형상인 것을 특징으로 하는, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
The first chamber and the second chamber are interconnected by a chamber connection passage,
A continuous flow reactor, characterized in that the inner wall of the first chamber, through which the outlet of the first chamber and the chamber connection passage are connected to each other, has a curved shape.
방향변경요소의 선단부에 구비된 꼭지점은 제1 챔버 입구의 최선단 또는 그 하류에 위치하는, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
The apex provided at the front end of the direction change element is located at the front end of the first chamber inlet or downstream thereof, the continuous flow reactor.
분기된 제1 보조통로 및 제2 보조통로 중 적어도 하나는 방향전환구역에서 90도 미만으로 방향을 전환하여 결합구역에서 서로 연결되며,
방향변경요소의 하류측 면은 하류측 방향으로 곡면 형상의 철면(凸面)을 갖는 것을 특징으로 하는, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
At least one of the branched first auxiliary passage and the second auxiliary passage is connected to each other in the coupling section by changing the direction at less than 90 degrees in the direction changing area,
The continuous flow reactor, characterized in that the downstream side of the direction change element has a curved convex surface in the downstream direction.
분기된 제1 보조통로 및 제2 보조통로 중 적어도 하나는 방향전환구역에서 90도 이상으로 방향을 전환하여 결합구역에서 서로 연결되며,
방향변경요소의 하류측 면은 하류측 방향으로 곡면 형상의 요면(凹面)을 갖는 것을 특징으로 하는, 연속 흐름 반응기.The method of claim 1,
At least one of the branched first auxiliary passage and the second auxiliary passage is connected to each other in the coupling section by changing the direction at 90 degrees or more in the direction changing section,
The continuous flow reactor, characterized in that the downstream side of the direction changing element has a curved concave surface in the downstream direction.
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