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KR20170081353A - Continuous stirred-tank reactor with panel - Google Patents

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KR20170081353A
KR20170081353A KR1020160000286A KR20160000286A KR20170081353A KR 20170081353 A KR20170081353 A KR 20170081353A KR 1020160000286 A KR1020160000286 A KR 1020160000286A KR 20160000286 A KR20160000286 A KR 20160000286A KR 20170081353 A KR20170081353 A KR 20170081353A
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reactor
panel
raw material
continuous stirred
outlet
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윤기용
이영호
김지은
최용진
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기를 제공한다.
구체적으로 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는 일 측에 원료의 주입 및 배출을 위한 유입구 및 유출구가 각각 설치된 반응조; 상기 반응조 내부에 설치된 교반장치; 및 상기 반응조의 벽면에 수직 방향으로 설치하되, 상기 교반장치와 소정 거리로 이격되도록 설치되는 패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)를 제공한다.
상기 구조를 통하여 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는 교반 시 반응조 내 투입되는 원료의 체류 시간이 증가되고, 원료의 초기 유출량 및 초기 유출 농도가 현저히 감소된다.
The present invention provides a continuous stirred tank type reactor equipped with a panel.
Specifically, the continuous stirred tank type reactor of the present invention comprises: a reaction tank having an inlet and an outlet for introducing and discharging a raw material to one side, respectively; An agitator provided in the reaction vessel; And a continuous stirred tank reactor (CSTR) having a panel vertically installed on a wall surface of the reaction vessel, the panel being installed to be spaced apart from the stirring device by a predetermined distance.
Through the above structure, the continuous stirred tank type reactor of the present invention increases the residence time of the raw material introduced into the reaction tank during agitation, and significantly reduces the initial flow out amount and initial outflow concentration of the raw material.

Description

패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기{Continuous stirred-tank reactor with panel}[0001] The present invention relates to a continuous stirred tank reactor

본 발명은 패널을 구비함으로써 반응조 내 투입되는 원료의 체류 시간은 증가시키고, 초기 유출량 및 농도는 저감시킬 수 있는 연속 교반 탱크형 반응기에 대한 것이다.The present invention relates to a continuous stirred tank reactor capable of increasing the residence time of a raw material charged into a reaction tank and reducing initial discharge amount and concentration by having a panel.

산업적으로 많은 합성 및 가공 공정에서 원료 물질들을 균일하게 교반하기 위하여 다양한 종류의 반응기가 사용되고 있다. 공정 시에는 반응기는 반응 물질의 농도, 온도, 압력, 시간 및 촉매 등에 영향을 받으므로 이러한 공정 조건에 가장 적합한 형태의 반응기를 선택하는 것이 중요하다. Various types of reactors are used to uniformly stir raw materials in a large number of industrial synthesis and processing processes. In the process, the reactor is influenced by the concentration, temperature, pressure, time and catalyst of the reactant, so it is important to select the type of reactor most suitable for such process conditions.

일반적으로 흔히 사용되고 있는 교반 반응기로서는 대표적으로 연속 이상 반응기가 있다. 연속 이상 반응기는 다시 크게 관형반응기(PFR)와 연속 교반 탱크형 반응기(CSTR)의 두 가지 모델로 분류할 수 있다.As a generally used stirring reactor, there is typically a continuous anomaly reactor. The continuous anomaly reactor can again be divided into two models: a tubular reactor (PFR) and a continuous stirred tank reactor (CSTR).

관형 반응기는 반응기의 형태가 관의 형태인 것은 물론, 반응기 안에서의 물질의 흐름이 관에서 흐르는 것과 같은 흐름을 가지는 반응기를 말한다. 즉, 관형 반응기에 도입된 물질은 축 방향의 혼합 없이 방사 방향으로만 혼합이 일어난다. 이때 반응기 내의 상태, 이를테면 온도, 조성, 유속 등은 반응기의 한 단면을 기준으로 일정하며, 유입구(inlet)로부터의 거리에 따라서는 연속적으로 변화하게 된다.Tubular reactors are those reactors that have the same flow as the flow of material in the reactor, as well as the shape of the reactor in the form of tubes. That is, the material introduced into the tubular reactor only mixes in the radial direction without axial mixing. At this time, the conditions in the reactor, such as temperature, composition, and flow rate, are constant based on one cross section of the reactor and vary continuously depending on the distance from the inlet.

연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)는 혼류 반응기(mixed flow reactor, MFR)라고도 불리며, 반응기에 원료가 도입되면 완전히 혼합되어 공간적으로 균일한 상태를 이루고 반응기의 모든 점에서 온도와 농도, 반응속도는 동일하며, 반응기 배출 흐름의 상태는 반응기 안에서의 상태와 같고, 정상 상태(steady-state)에서 작용하는 연속 반응기로서 반응기 내부에 축적되는 물질이 없다.Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), also called mixed flow reactor (MFR), is completely mixed when the feedstock is introduced into the reactor, resulting in a spatially homogeneous state and the temperature and concentration , The reaction rates are the same, the state of the reactor discharge stream is the same as that in the reactor, and there is no accumulation of material in the reactor as a continuous reactor operating in a steady-state.

이러한 연속 교반 탱크형 반응기는 교반 탱크를 연속적으로 조작하여 사용하는데, 가장 대표적인 예는 단일 교반 탱크에서 충분히 고르게 섞고 나서 반응 원료를 연속적으로 공급하고 배출하는 형태로 사용하는 경우가 있고, 탱크의 외부에 액 순환 펌프를 설치하여 충분한 양의 액을 탱크를 통하여 순환 혼합하고 있는 경우도 있다.Such a continuously stirred tank type reactor is used by continuously operating a stirring tank. The most representative example of the continuous stirred tank type reactor is a system in which the reaction raw materials are continuously supplied and discharged after being sufficiently evenly mixed in a single stirring tank. A liquid circulation pump may be installed to circulate and mix a sufficient amount of liquid through the tank.

둘 다 탱크 안은 충분히 고르게 혼합 교반되어 있어 액농도는 똑같이 보이며, 이 상태에서 연속적으로 일정한 속도로 반응이 진행되므로 반응의 제어나 반응 온도 유지를 쉽게 할 수 있다는 이점이 있어, 액체상 반응 장치로서 널리 이용되고 있다. Both of the tanks are mixed and stirred sufficiently evenly so that the liquid concentration is the same. Since the reaction proceeds continuously at a constant rate in this state, the reaction can be controlled and the reaction temperature can be easily maintained. .

또, 한 개의 반응 탱크를 이용하는 대신 여러 개의 반응 탱크를 직렬 배치시켜 반응액을 차례로 보내는 방식(직렬 다단 탱크형 반응기)은 단일한 반응 탱크로 하는 경우에 비해 어떠한 반응을 수행하는 데 필요한 반응기 용적을 두드러지게 감소시킬 수 있는 이점이 있으므로, 처리량이 큰 경우에는 특히 더욱 유리한 방법으로 선택할 수 있다.In addition, instead of using one reaction tank, a method in which a plurality of reaction tanks are arranged in series to sequentially send reaction liquids (a series multistage tank-type reactor) requires a reactor volume necessary for performing a reaction It can be selected in a particularly advantageous manner when the throughput is large.

실제로도 다양한 산업 분야에서 상기 연속 교반 탱크형 반응기가 사용되고 있으며, 이를테면 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)과 같은 합성 물질들을 생성하는 과정에 많이 사용되는 메탈로센 촉매를 제조하기 위한 목적 등으로 사용되고 있다.Indeed, the continuous stirred tank type reactor is used in various industrial fields, for example, for the purpose of producing a metallocene catalyst widely used in the process of producing synthetic materials such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) have.

이러한 연속 교반 탱크형 반응기는 온도를 조절하기 용이하다는 장점 등을 가지는 반면, 전환율이 낮다는 단점도 가지고 있다. Such a continuous stirred tank type reactor has advantages such as easy temperature control and the like, but also has a disadvantage of low conversion rate.

도 1은 종래 연속 교반 탱크형 반응기의 단면도이다. 도 1을 보면, 연속 교반 탱크형 반응기(200)는 원료의 주입/배출을 위한 유입구 및 유출구(220, 230)를 구비한 반응조(210)와, 상기 반응조(210) 내부의 교반장치(211)가 구비된다. 1 is a cross-sectional view of a conventional continuously stirred tank type reactor. 1, the continuous stirred tank reactor 200 includes a reaction tank 210 having an inlet and an outlet 220 for injecting / discharging a raw material, an agitator 211 in the reaction tank 210, .

이러한 구조의 반응기(200)에 투입 초기에 투입되는 반응 원료의 일부는 볼텍스(vortex)로 교반되며 탱크 내부로 혼합되어 들어가지만(도 1의 검은색 점선, 도 2의 연두색 화살표), 또 다른 일부는 도 2에 나타낸 바와 같이, 벽을 타며(wall flow) 유출구 쪽으로 바로 유출되어(도 1의 파란색 점선) 원료의 손실 및 반응조 내의 물질 조성에 계속적인 변화가 일어나고 이로 인하여 교반 생산물의 최종 조성이 불안정해지는 문제가 발생한다.Part of the reaction starting material injected into the reactor 200 having such a structure is stirred with a vortex and mixed into the tank (black dotted line in Fig. 1, green arrow in Fig. 2) As shown in FIG. 2, flows through the wall and flows out to the outlet (blue dotted line in FIG. 1) to continuously change the material composition and the material composition in the reaction tank. As a result, the final composition of the stirring product is unstable Problems to be solved occur.

이러한 문제를 해결하고 전환율을 크게 하기 위해서는 반응기의 크기를 크게 하여야 하는데, 설비를 설치하는 데 있어서의 경제적, 공간적 한계를 고려하였을 때, 반응기의 크기를 증가시키는 것에는 한계가 있다. 아울러 완전히 새로운 형태의 반응기 구조를 개발하여 사용하는 것 또한 종래 산업 시설을 완전히 사장시는 결과를 초래할 것이므로 활용에 효율적이지 못하다.To solve this problem and increase the conversion rate, the size of the reactor must be increased. Considering the economic and spatial limitations in installing the apparatus, there is a limit to increase the size of the reactor. In addition, the development and use of a completely new reactor structure is also inefficient because it would result in a complete reuse of the existing industrial facility.

따라서 최대한의 종래 산업 시설을 활용하면서도, 제작 및 설치가 용이하고, 투입되는 원료의 초기 유출 방지 및 교반 효율의 성능은 현저히 향상되도록 할 수 있는 새로운 기술 개발이 필요한 실정이었다.Therefore, it was necessary to develop new technology that can easily manufacture and install, utilize the maximum amount of conventional industrial facilities, prevent the initial spillage of raw materials to be introduced, and significantly improve the efficiency of stirring efficiency.

교반-탱크 반응기 시스템 (대한민국 공개특허 제10-2007-0006864호)A stirring-tank reactor system (Korean Patent Laid-Open No. 10-2007-0006864)

상술한 종래의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 다각적인 연구를 수행한 끝에, 반응기 내부의 유출구 측에 패널을 설치함으로써 초기 유출 흐름에 대한 재하강 및 재혼합을 유도하여, 투입되는 원료가 반응조 내 체류하는 시간은 증가되도록 하고, 원료의 초기 유출량 및 초기 유출 농도는 감소되도록 할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.In order to solve the above-mentioned conventional problems, the inventors of the present invention have conducted various studies, and by installing a panel on the outlet side inside the reactor, it is possible to induce re-descent and remixing of the initial outflow, And the initial outflow amount of the raw material and the initial outflow concentration can be decreased. Thus, the present invention has been completed.

따라서 본 발명의 목적은 연속 교반 탱크형 반응기에 투입되는 원료의 반응조 내 체류 시간을 증가시키고, 원료의 초기 유출량 및 초기 유출 농도는 저감시키는 것이다. 아울러 본 발명의 또 다른 목적은 실용성과 경제성을 고려하여, 종래의 반응기 구조를 최대한 변경시키지 않으면서 전술한 목적을 달성하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to increase the residence time of a raw material to be fed into a continuous stirred tank type reactor and to reduce an initial runoff amount and an initial runoff concentration of the raw material. Another object of the present invention is to achieve the above-described object without changing the structure of the conventional reactor as much as possible in consideration of practicality and economical efficiency.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은In order to achieve the above object,

일 측에 원료의 주입 및 배출을 위한 유입구 및 유출구가 각각 설치된 반응조;A reaction tank provided with an inlet and an outlet for supplying and discharging the raw material to one side, respectively;

상기 반응조 내부에 설치된 교반장치; 및An agitator provided in the reaction vessel; And

상기 반응조의 벽면에 수직 방향으로 설치하되, 상기 교반장치와 소정 거리로 이격되도록 설치되는 패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)를 제공한다.A continuous stirred tank reactor (CSTR) provided with a panel vertically installed on a wall surface of the reaction tank, the panel being installed to be spaced apart from the stirring device by a predetermined distance.

상기 과제 해결수단에 제시된 구조로부터 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는,The continuous stirred tank type reactor of the present invention, from the structure shown in the above-mentioned task solution,

투입되는 원료의 초기 유출 흐름에 대하여 재하강 및 재혼합을 일으켜 반응조 내 원료의 체류 시간은 증가시키고, 초기 유출량 및 초기 유출 농도는 감소시킨다. 또한, 반응조 내 원료의 체류 시간이 증가함에 따라 투입된 원료들의 혼합 농도 및 조성을 보다 빠르게 안정화시킬 수 있다. The initial runoff of the feedstock is re-lowered and remixed to increase the residence time of the feedstock in the reactor and reduce the initial runoff and initial runoff concentration. Further, as the residence time of the raw material in the reaction vessel increases, the mixing concentration and composition of the input raw materials can be stabilized more quickly.

또한, 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는 상술한 바와 같이 현저히 개량된 효과를 가지면서도, 종래의 반응기 구조를 최대한 변경시키지 않는 선에서 간단하고 용이하게 제조 가능하므로 경제적이고 실용적이다.The continuous stirred tank type reactor of the present invention is economical and practical because it has a remarkably improved effect as described above, and can be manufactured easily and easily in a line which does not change the conventional reactor structure as much as possible.

도 1은 종래의 패널을 구비하지 않은 연속 교반 탱크형 반응기의 단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 반응조 내에서 원료 흐름을 보여주는 상부 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 패널을 구비한 연속 교반 탱크형 반응기의 투시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널을 보여주는 입체도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 비교예에 따른 반응기로부터 교반 공정을 진행하는 경우 시간에 따른 유출 원료액의 농도에 관한 각 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 비교예에 따른 반응기로부터 빠른 속도로 교반 공정을 진행하는 경우(rpm 증가) 시간에 따른 유출 원료액의 농도에 관한 각 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 반응기로부터 교반 공정을 진행하는 경우 시간에 따른 유출 원료액의 농도에 관한 각 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of a conventional continuous stirred tank reactor without a panel.
FIG. 2 is a schematic top view showing the raw material flow in the reactor of FIG. 1; FIG.
3 is a perspective view of a continuous stirred tank type reactor having a panel according to the present invention.
4 is a perspective view of a panel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the concentration of the outflow raw material liquid over time in the case of conducting the stirring process from the reactor according to Example 1 of the present invention and Comparative Example. FIG.
FIG. 6 is a graph showing the concentration of the raw material liquid flowing out from the reactor according to Example 1 of the present invention and the comparative example over time (rpm increase) when the stirring process is performed at a high speed.
FIG. 7 is a graph showing the concentration of the outflow raw material liquid over time when the stirring process is carried out from the reactor according to the first and second embodiments of the present invention. FIG.

이하, 본 발명의 구성에 대하여 도 3 및 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to Figs. 3 and 4. Fig.

상기 도 3 및 4는 후술되는 내용은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 가장 대표적인 실시 형태만을 기재하고 있으므로, 본 명세서 상에서 특정 구성에 대하여 명확히 한정하고 있지 않은 한, 본 발명의 권리 범위는 이에 제한되지 않으며 기재된 내용과 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.3 and 4, only the most representative embodiments are described in order to facilitate understanding of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited thereto unless the specific configuration is specifically defined in the present specification And should be understood to cover all ranges equivalent to those described herein.

도 3은 본 발명에 따른 연속 교반 탱크형 반응기의 일 실시예 구조이다.3 is a structure of an embodiment of a continuous stirred tank type reactor according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 연속 교반 탱크형 반응기(100)는 반응조(110), 교반장치(111), 및 패널(112)을 구비한다. Referring to FIG. 3, the continuous stirred tank type reactor 100 according to the present invention includes a reaction tank 110, a stirring device 111, and a panel 112.

본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기(100)에 있어서, 반응조(110)는 혼합을 위한 원료가 교반되는 부위로서, 본 발명의 패널(112)이 설치되는 공간에 해당한다.In the continuous stirred tank type reactor 100 of the present invention, the reaction tank 110 corresponds to a space where the panel 112 of the present invention is installed as a site where the raw materials for mixing are stirred.

상기 반응조(110)의 크기와 형태는 다양할 수 있는데, 바람직하게는 통상적으로 사용되고 있는 바와 같이 원통형의 반응조(110)를 사용할 수 있다. 상기 반응조(110)의 크기와 형태는 반응기(100)에 설정되는 온도와 유속의 설정 및 투입되는 원료의 액성 또는 농도의 선택 등에 대하여 영향을 줄 수 있다. The size and shape of the reaction vessel 110 may vary, and as is commonly used, a cylindrical reaction vessel 110 may be used. The size and shape of the reaction vessel 110 may affect the setting of the temperature and the flow rate set in the reactor 100 and the selection of the liquid or concentration of the input raw material.

상기 반응조(110)의 측면부에는 반응조(110) 내부로 원료를 투입하고 배출하기 위한 유입구(120)와 유출구(130)이 구비되어 있다.An inlet 120 and an outlet 130 for injecting and discharging the raw material into the reaction tank 110 are provided on the side surface of the reaction tank 110.

상기 유출구(130)는 통상 반응조(110)의 상부 측면에 위치하고, 유입구(120)는 반응조(110)의 상부 또는 하부 측면에 위치할 수 있으며, 모두 상부 측면에 위치하는 유입구(120)와 유출구(130) 간에도 반응기(100)의 사용 용도 등을 고려하여 구체적인 높이 차이를 둘 수 있다. The outlet 130 is usually located on the upper side of the reaction tank 110 and the inlet 120 may be located on the upper or lower side of the reaction tank 110. The inlet 120 and the outlet 120, 130, the specific height difference can be set in consideration of the intended use of the reactor 100 and the like.

다만, 이러한 기재는 유입구(120)와 유출구(130)의 배치에 따라 본 발명의 효과를 제한하는 것은 아님을 명확히 하는 의미이며, 실질적으로는 기존에 사용되어 오고 있는 연속 교반 탱크형 반응기(200)가 교반 공정에서 원료 이송을 위한 펌프 등의 투자비를 절감하기 위해 높은 위치에 유입구(220)와 유출구(230)를 설치하여 원료를 투입한 후 오버 플로우(over flow) 형식으로 생산물을 유출시키고 있으므로, 이러한 구조를 크게 변경시키지 않기 위하여 바람직하게는 반응조(110)의 최상부 측면에 각각 유입구(120)와 유출구(130)을 구비할 수 있다. It should be noted that such a substrate is meant to clearly specify that the effect of the present invention is not limited by the arrangement of the inlet port 120 and the outlet port 130. In practice, the continuous stirred tank reactor 200, The inlet 220 and the outlet 230 are installed at a high position in order to reduce the investment cost of the pump for transporting the raw material in the stirring process and the product is flowed out in an over flow type after the raw material is supplied. The inlet 120 and the outlet 130 may be provided on the uppermost side of the reaction tank 110, respectively, in order not to greatly change the structure.

아울러 본 발명에서 구비되는 유입구(120)와 유출구(130)의 폭 길이 및 형태 또한, 종래의 구조에 따를 수 있고, 필요에 따라서는 적절한 형태로 변경할 수도 있다.In addition, the length and shape of the inlet 120 and the outlet 130 of the present invention may be changed according to the conventional structure and may be changed as required.

한편, 상기 반응조(110) 내에 구비된 교반 장치(111)는 반응조(110)의 하부에 일정한 유동 흐름을 발생시켜 반응조(110) 내로 투입된 각 원료 물질들을 균일하게 교반시키기 위한 막대 형태의 장치이다. 상기 교반 장치(111)는 통상 반응조(110)의 가운데에 위치하며, 투입되는 원료의 성질, 농도, 교반 정도, 반응조(110)의 크기, 반응조(110)에 설정된 온도 등 다양한 교반 조건을 고려하여 교반장치(111)가 돌아가는 회전속도(rpm)을 조절할 수 있다. The stirrer 111 provided in the reaction tank 110 is a rod-shaped device for uniformly stirring the raw materials injected into the reaction tank 110 by generating a constant flow flow in the lower portion of the reaction tank 110. The stirring device 111 is located in the middle of the reaction tank 110 and takes into consideration various stirring conditions such as the nature of the raw material to be supplied, the concentration, the degree of stirring, the size of the reaction tank 110, and the temperature set in the reaction tank 110 The rotation speed (rpm) at which the stirring device 111 rotates can be adjusted.

반응조(110) 내 상기 교반 장치(111)의 주위에는 본 발명의 효과를 나타내기 위한 패널(112)이 구비된다. A panel 112 for displaying the effect of the present invention is provided around the stirring device 111 in the reaction tank 110.

보다 구체적으로, 상기 패널(112)은 상기 반응조(110)의 벽면에 수직 방향으로 설치하되, 상기 교반 장치(111)와 소정 거리로 이격되도록 설치된다. More specifically, the panel 112 is installed in a direction perpendicular to the wall surface of the reaction tank 110, and spaced apart from the agitation device 111 by a predetermined distance.

상기 패널의 설치 위치는 유출구(130)와 교반 장치(111) 사이에 배치되며, 유입구(120) 및 유출구(130)와 수평이 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 이때 패널(112)의 유출구(130)에 대한 근접도는 패널(112)의 전체 크기 및/또는 공정 조건에 따라 상이하게 설정 가능하다.The panel is preferably installed between the outlet 130 and the agitator 111 so as to be parallel to the inlet 120 and the outlet 130. At this time, the proximity of the panel 112 to the outlet 130 can be set differently depending on the overall size of the panel 112 and / or the process conditions.

본 발명의 패널(112)은 반응조(110) 내에 배치되어 초기 유출될 수 있는 원료의 흐름을 도 3의 붉은색 점선으로 표시한 바와 같이 재하강 및 재혼합되도록 하여 반응조(110) 내 원료의 체류 시간을 증가시키고 교반 전체의 효율에 영향을 미친다.The panel 112 of the present invention is arranged in the reaction tank 110 to allow the flow of the raw materials that can be initially discharged to be re-lowered and remixed as indicated by a red dotted line in FIG. 3, Increasing the time and affecting the overall efficiency of the agitation.

본 발명에서 패널(112)의 형태, 크기, 두께 및 폭은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특정 형태로 제한되지 않으며, 반응 용기, 교반 속도, 원료의 종류 및 교반 목적 등에 따라 가장 적합한 형태로 선택될 수 있다. In the present invention, the shape, size, thickness and width of the panel 112 are not limited to the specific form so long as the object of the present invention is not impaired. For example, Can be selected.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널(112)을 보여주는 입체도이다. 도 4를 참조하면, 상기 패널(112)은 얇은 직사각형 형태의 패널일 수 있다.4 is a three-dimensional view showing a panel 112 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the panel 112 may be a thin rectangular panel.

특히, 통상적인 연속 교반 탱크형 반응기(100)의 구조 및 활용예를 고려할 때 상기 패널(112)의 두께는 바람직하게 0.1 ~ 1cm로 할 수 있는데, 이는 두께가 상기 범위 미만이 되는 경우에는 패널(112)이 원료의 흐름에 밀려 유동에 방해를 주게 되므로 본 발명의 효과가 저감될 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 반응조(110) 내에서 지나치게 많은 부피를 차지해 공정에 적합한 구조를 가지지 못하기 때문이다. 다만, 상기 바람직한 두께 범위를 반드시 제한하는 것은 아니며, 공정 스케일 및 반응조(110)의 크기가 커질수록(scale-up) 패널(112)의 두께는 더 두껍게 제작될 수 있다. In particular, considering the structure and application examples of the conventional continuous stirred tank type reactor 100, the thickness of the panel 112 may preferably be 0.1 to 1 cm, 112 may be pushed by the flow of the raw material to interfere with the flow, so that the effect of the present invention can be reduced. When the amount exceeds the above range, it takes too much volume in the reaction tank 110, Because. However, the preferred thickness range is not necessarily limited, and as the process scale and the size of the reaction tank 110 are increased (scale-up), the thickness of the panel 112 can be made thicker.

또한, 상기 패널(112)의 폭으로 바람직하게는 유출구(130)의 폭 이상 반응조(110)의 직경 미만으로 설정할 수 있다. 이는 상기 패널(120)의 폭이 상기 범위 미만일 경우 초기 유출되는 원료 흐름을 재하강시키기에 충분한 면적을 확보할 수 없으며, 상기 범위 초과할 경우 통상 반응조의 중심에 위치하는 교반 장치(111)로 인하여 배치에 장애가 생기기 때문이다. 또한 반응조(110)의 중심에 패널(112)을 배치할 수 있다 하여도 패널(112)이 지나치게 유출구(130)에서 떨어지게 되면 초기 유출 흐름에 대하여 미치는 영향이 미미해지기 때문이다.The width of the panel 112 is preferably set to be less than the diameter of the outlet 110 of the outlet 130. If the width of the panel 120 is less than the above range, it is not possible to secure a sufficient area for re-lowering the flow of the raw material that is initially discharged. If the width exceeds the above range, the stirring device 111, This is because the placement is obstructed. In addition, even if the panel 112 can be disposed at the center of the reaction tank 110, if the panel 112 is excessively separated from the outlet 130, the influence on the initial outflow flow becomes insignificant.

상기 패널(112)의 소재로는, 반응조(110) 내로 투입되는 원료와 반응하지 않고, 원료의 성질과 교반에 영향을 미치지 않는 것이라면 어떤 것이든 제한 없이 사용할 수 있다. 패널(112)의 폭은 사용되는 반응조(110)의 크기 및 비율에 따라 달라질 수 있다. Any material may be used as the material of the panel 112, as long as it does not react with the raw material introduced into the reaction tank 110, and does not affect the properties and stirring of the raw material. The width of the panel 112 may vary depending on the size and the ratio of the reaction tank 110 used.

한편, 반응조(110) 내 상기 패널(112)을 배치할 때에는 상단부 높이를 바람직하기로 반응조(110)의 계면으로부터 반응조(110)의 총 길이의 1/10 이상으로 할 수 있으며, 이때 초기 원료 유출을 보다 적합하게 방지할 수 있다. 또한, 상기 패널(112)의 하단부 높이는 길수록 바람직하고, 최소한 계면을 포함하여 반응조(110)의 하부 길이 방향으로 1/4의 이상을 덮는 것이 좋다. 이는 패널(112)이 반응조(110) 내에서 지나치게 높게 떠있으면 반응조(110)의 아래쪽에서 진행되는 교반에 대하여 미치는 영향이 미미하고, 유출구(130)로 초기 유출되는 원료 흐름에 대해서도 효과적인 방지가 어렵기 때문이다.When the panel 112 is arranged in the reaction tank 110, the height of the upper end may be set to 1/10 or more of the total length of the reaction tank 110 from the interface of the reaction tank 110, Can be more suitably prevented. The height of the lower end of the panel 112 is preferably as long as possible, and it is preferable to cover at least 1/4 of the lower portion of the reaction tank 110 including the interface. This is because when the panel 112 floats too high in the reaction tank 110, the influence of agitation at the lower part of the reaction tank 110 is insignificant and it is difficult to effectively prevent the flow of the raw material initially flowing out to the outlet 130 .

본 발명의 패널(112)을 반응조(110) 내에 설치하는 방법에는 제한이 없으며 다양한 체결 방식을 활용할 수 있다. 이를테면 반응조(110) 내벽에 슬라이딩 홈을 구비하여 이를 통한 슬라이딩 방식으로 체결하거나 나사로 인한 고정 체결 방식 등을 활용할 수 있다.There is no limitation to the method of installing the panel 112 of the present invention in the reaction tank 110, and various fastening methods can be utilized. For example, a sliding groove may be provided on the inner wall of the reaction tank 110 so as to be fastened by a sliding method or a screw fastening method.

정리하면, 연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR, 100)란 투입되는 원료 물질들을 완전히 혼합시켜 공간적으로 균일한 상태로 만들기 위한 연속반응기로서, 반응기(100) 내의 모든 점에서 온도와 농도, 반응속도는 동일하며 반응기(100) 배출 흐름의 상태는 반응조(110) 내의 상태와 같다. 상기 연속 교반 탱크형 반응기(100)는 정상상태(steady-state)에서 작용하며 반응기(100) 내부에 축적되는 물질을 남기지 않는다.In summary, a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR, 100) is a continuous reactor for thoroughly mixing raw materials to be injected into a uniform state in space, , The reaction rate is the same and the state of the exhaust stream of the reactor 100 is the same as the state in the reaction tank 110. The continuous stirred tank type reactor 100 operates in a steady-state and does not leave any material accumulating in the reactor 100.

상기 연속 교반 탱크형 반응기(100)를 이용해 균일 혼합물을 만들기 위하여 반응기(100)의 유입구(120)로 원료를 투입하면 반응조(110) 내부로 교반되어 들어간다.When the raw material is supplied to the inlet 120 of the reactor 100 to make a homogeneous mixture using the continuous stirred tank reactor 100, the raw material is stirred into the reactor 110.

이때 종래 연속 교반 탱크형 반응기(200)에 유입되는 원료의 흐름을 도 1의 푸른색 화살표 및 검은색 화살표로 나타내었다. 도 1을 보면, 푸른색 화살표와 같이 유입되는 원료 중 일부가 벽을 타며(wall-flow) 유출구(230) 쪽으로 초기 유출되는 현상이 나타나고, 이에 따라 고농도의 원료가 유입 초기에 거의 교반되지 않은 채로 유출되는 문제가 있었던 반면, 본 발명의 패널(1120)이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기(100)를 이용하는 경우에는 상기 패널(112)에 의해 유동 흐름이 방해를 받게 되어 원료 물질이 도 3의 붉은색 점선으로 표시되는 흐름과 같이 일종의 리사이클링이 일어난다. 따라서 유출구(130)에서 교반 영역으로 다시 한 번 원료의 흐름이 생성되고 이에 따라 원료의 반응조(110) 내 체류 시간(RTD)이 증가하게 된다. 결과적으로, 원료의 초기 유출량을 저감시킬 수 있고, 초기 유출 농도를 보다 균일하게 할 수 있다.At this time, the flow of the raw material flowing into the conventional continuously stirred tank type reactor 200 is indicated by the blue arrow and the black arrow in FIG. As shown in FIG. 1, some of the raw materials flowing into the vessel are wall-flowed and flow out toward the outlet 230 as shown by a blue arrow. Accordingly, the high-concentration raw material is hardly stirred at the initial stage When the continuous stirring tank type reactor 100 equipped with the panel 1120 of the present invention is used, the flow of the flow is disturbed by the panel 112, A kind of recycling occurs as indicated by the color dotted line. Accordingly, the flow of the raw material once again from the outlet 130 to the agitation region is generated, thereby increasing the retention time (RTD) of the raw material in the reaction tank 110. As a result, it is possible to reduce the initial outflow amount of the raw material and make the initial outflow concentration more uniform.

아울러 본 발명의 반응기(100)는 성능이 현저히 향상되면서도, 기존의 반응기 구조를 최대한 활용하여 제조가 간편하므로 매우 경제적이고 실용적이다.In addition, the reactor 100 of the present invention is remarkably improved in performance and is very economical and practical because it maximally utilizes the existing reactor structure and is easy to manufacture.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 1 ~ 2 및 비교예 및 이들을 이용한 실험예 1 ~ 4를 기재한다. 다만, 하기 실시예 내지 실험예는 본 발명의 구성 및 효과에 관한 일 예들에 해당할 뿐, 본 발명의 권리 범위 및 효과가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, Examples 1 to 2 and Comparative Examples and Experimental Examples 1 to 4 using them are described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples and experiments are only examples of the constitution and effect of the present invention, and the scope and effect of the present invention are not limited thereto.

<< 실시예Example >>

실시예Example 1 One

본 발명에 따른 연속 교반 탱크형 반응기 구조(100)의 일 실시 형태는 도 1에 제시된 바와 같다. 원통형의 반응조(110) 내 유출구(130) 전면부에 패널(112)이 구비되어 있는데, 이때 패널(112)의 길이는 계면을 포함하고 반응조(110)의 하부 바닥면에 접촉하지 않도록 하면서, 길이 방향으로 반응조(110) 길이의 2/4를 덮도록 설치하였다. 유입구(120)와 유출구(130)는 반응조(110)의 상부 양 측면에 위치해 있으며, 반응조(110)의 가운데에는 유입되는 원료 물질들의 교반을 위한 교반 장치(111)가 구비되어 있다.One embodiment of the continuous stirred tank reactor structure 100 according to the present invention is as shown in FIG. A panel 112 is provided on the front surface of the outlet 130 in the cylindrical reaction tank 110. The length of the panel 112 includes the interface and does not contact the bottom surface of the reaction tank 110, 4 of the length of the reaction vessel 110 in the direction of the arrow. The inlet 120 and the outlet 130 are located on both sides of the upper part of the reaction vessel 110 and a stirrer 111 for stirring the raw materials flowing into the reaction vessel 110 is provided in the center of the reaction vessel 110.

실시예Example 2 2

본 실시예 2에 따른 연속 교반 탱크형 반응기(100)는 상기 실시예 1의 반응기의 구조와 동일한 구성을 가지되, 패널(112)의 길이는 계면을 포함하고 반응조(110)의 하부 바닥면에 접촉하지 않도록 하면서, 길이 방향으로 반응조(110) 길이의 3/4을 덮도록 설치하였다.The continuous stirred tank type reactor 100 according to the second embodiment has the same structure as that of the reactor of the first embodiment. The length of the panel 112 includes an interface, and the bottom surface of the reaction tank 110 And was set so as to cover 3/4 of the length of the reaction tank 110 in the longitudinal direction while not contacting.

<비교예 > < Comparative Example >

본 비교예는 상기 실시예 1 및 2에 대한 종래의 통상적인 연속 교반 탱크형 반응기(200)로서, 도 2에 제시된 바와 같다. 본 비교예의 반응기(200)의 구조는 상기 실시예 1에 제시된 반응기(100)와 동일하게 제작하였으나, 반응조(210) 내 패널을 구비하고 있지 않은 것에 차이가 있다. This comparative example is a conventional continuous stirred tank type reactor 200 for the above Examples 1 and 2, as shown in Fig. The structure of the reactor 200 of this comparative example is the same as that of the reactor 100 shown in the first embodiment but differs from that of the reactor 100 in that a panel is not provided in the reactor 210.

<< 실험예Experimental Example >>

실험예Experimental Example 1 - 패널의 구비 유무에 따른 효과 차이 1 - Difference in effect according to presence or absence of panel

본 실험예 1에서는 상기 실시예 1 및 비교예의 연속 교반 탱크형 반응기를 각각 사용하여 원료를 교반하는 경우 초기 유출 속도 및 유출되는 원료의 농도를 확인하기 위한 실험을 수행하였다.In Experimental Example 1, experiments were conducted to confirm the initial runoff velocity and the concentration of the outflow materials when the raw materials were stirred using the continuous stirred tank type reactors of Example 1 and Comparative Example, respectively.

먼저, 실험을 위하여 연속 교반 탱크형 반응기를 안정화시킨 상태에서 일정 성분의 원료를 유입구를 통하여 1분간 투입하여 교반하였다.First, in order to carry out the experiment, the continuous stirring tank type reactor was stabilized, and the raw materials of certain components were put into the reactor through the inlet for 1 minute and stirred.

이후 유출 구로 유출되는 물질의 샘플을 시간대별로 나누어 UV 분석을 진행하였다. 다만, UV detector를 사용하는 것은 반응기 내 원료 물질의 경향성을 용이하게 살펴보기 위한 것일 뿐, 원료를 반드시 특정 성분으로 한정하는 것은 아니다.Subsequently, samples of the substances flowing into the outflow port were divided by time zone and UV analysis was performed. However, the use of the UV detector is intended only to easily check the tendency of the raw materials in the reactor, and the raw materials are not necessarily limited to specific components.

상기 UV 분석을 통해 얻어진 각각의 실험 결과는 정량화하여, 도 5와 같이 시간에 따른 농도 분포 변화의 그래프로 변환하였다. 도 5의 (a)는 실시예 1, (b)는 비교예의 결과에 해당한다.The results of each experiment obtained through the above UV analysis were quantified and converted into a graph of concentration distribution change over time as shown in FIG. 5 (a) corresponds to the results of the first and (b) comparative examples.

도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 실시예 1의 반응기를 이용한 경우는 비교예의 경우에 비하여 전체적인 그래프의 기울기가 완만하다.5 (a) and 5 (b), when the reactor of Example 1 is used, the slope of the overall graph is gentler than that of the comparative example.

구체적으로 살펴보면, 초기 농도 증가 속도가 느리고, 유출되는 원료 물질의 농도 최고점을 나타내는데 걸리는 시간 또한 약 4분으로서 비교예 대비 2분 가량이 느리다. 이는 유출 대상 원료가 패널 구조에 의하여 유출 전 리사이클링 되기 때문으로, 상기한 결과로부터 실시예의 반응기에 따를 경우 투입되는 원료 물질이 반응조 내 체류하는 시간이 보다 증가하고 교반 효율이 증가할 수 있음을 확인할 수 있다.Specifically, the initial concentration increase rate is slow, and the time taken to show the peak concentration of the outgoing raw material is also about 4 minutes, which is about 2 minutes slower than the comparative example. This is because the raw material to be discharged is recycled before being discharged by the panel structure. From the above results, it can be seen that when the reactor according to the embodiment is used, the time during which the raw materials to be supplied stay in the reactor is increased and the stirring efficiency is increased have.

또한, 상기 실시예 1의 농도 최고점의 값은 비교예에 비하여 현저히 낮은 값을 나타내고, 상기 농도 최고점으로부터 감소하는 농도의 기울기 또한 비교예에 비하여 완만하게 나타나고 있는데, 이로부터 실시예 1에서는 원료 물질이 반응조 내 오래 체류하게 됨에 따라 빠른 농도 안정화가 이루어질 수 있음을 확인할 수 있다.In addition, the concentration peak of Example 1 exhibited a significantly lower value than that of the Comparative Example, and the gradient of the concentration decreasing from the concentration maximum was also gentler than that of the Comparative Example. From this, in Example 1, It can be confirmed that rapid concentration stabilization can be attained as it stays in the reactor for a long time.

더욱 정확한 비교 분석을 위하여 상기 실시예 1 및 비교예의 결과 그래프에 대하여 각 농도 최대점까지의 표준 편차와 반응기 내의 체류 시간을 수학적으로 계산하면 하기 표 1과 같은 결과를 얻을 수 있다.For a more accurate comparative analysis, the standard deviation up to the maximum concentration point and the residence time in the reactor for the graphs of Example 1 and Comparative Example are mathematically calculated as shown in Table 1 below.

최대값까지의 표준편차Standard deviation to maximum value 체류시간Residence time 실시예 1Example 1 0.1170.117 7.5min7.5 min 비교예Comparative Example 0.16790.1679 5.1min5.1 min

상기 표 1에 따르면 도 5의 각 그래프에서 예측한 바와 같이 실시예 1의 반응기를 이용할 때 반응조 내 체류시간이 보다 높게 나타나며, 최대값 전후로의 표준 편차도 실시예 1에서 더 작은 값을 가짐을 확인할 수 있다.As shown in the graph of FIG. 5, the residence time in the reactor is higher when the reactor of Example 1 is used, and the standard deviation before and after the maximum value is smaller in Example 1 .

본 실험예의 결과를 종합하면, 반응조 내 패널의 구비만으로도 반응기의 초기 원료 유출을 효과적으로 방지할 수 있고, 이에 따라 반응조 내부의 원료 농도를 조절하기 용이해지는 것은 물론, 전반적인 교반 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.According to the results of the present experimental example, it is possible to effectively prevent the outflow of the initial raw material from the reactor only by the provision of the panel in the reaction tank, thereby making it easy to control the concentration of the raw material in the reaction tank and to significantly improve the overall stirring efficiency .

실험예Experimental Example 2 - 패널의 길이 차이에 따른 효과 차이 2 - Difference of effect according to panel length difference

상술한 실험예 1에서는 반응기에 패널을 구비하는 경우 교반 효율 및 성능이 향상됨을 확인하였다.In the above-described Experimental Example 1, it was confirmed that the stirring efficiency and performance were improved when the panel was provided in the reactor.

이에 대하여 본 실험예 2에서는 패널을 구비하되, 구비된 패널의 길이를 달리할 경우 발생할 수 있는 효과 차이에 대하여 확인하는 실험을 수행하였다.On the other hand, in Experiment 2, an experiment was conducted to confirm differences in the effect of panels having different lengths of panels.

실험을 위하여는, 패널의 길이가 서로 다르게 설치된 상기 실시예 1 및 실시예 2의 반응기를 이용하였다. 실험 방법은 상술한 실험예 1과 동일하며, UV 분석을 통하여 얻어진 각 실험 결과는 도 6과 같이 시간에 따른 농도 분포 변화 그래프로 변환하여 비교 제시한다. 도 6(a)는 실시예 1의 반응기를 이용한 결과, (b)는 실시예 2의 반응기를 이용한 결과에 해당한다.For the experiment, the reactors of Examples 1 and 2 were used, in which the lengths of the panels were different from each other. The experimental method is the same as that of Experimental Example 1 described above, and each experiment result obtained through UV analysis is converted into a graph of concentration distribution change over time as shown in FIG. 6 (a) is a result of using the reactor of Example 1, and (b) is a result of using the reactor of Example 2. Fig.

도 6을 참조하면, 설치된 패널의 길이가 상대적으로 짧은 실시예 1의 반응기를 이용한 경우(a)에 비하여 설치된 패널의 길이가 상대적으로 긴 실시예 2의 반응기(b)를 이용한 경우, 더 완만한 경사의 그래프를 가짐을 확인할 수 있다. 즉, 설치된 패널의 길이가 길 때 초기 유출 속도가 느리고 유출된 원료액의 최고 농도값을 작게 가지는 동시에 최고 농도점으로부터 감소하는 농도 기울기는 거의 수평을 이룰 정도로 반응조 내 교반 효율이 현저히 향상됨을 확인할 수 있다.  Referring to FIG. 6, in the case of using the reactor (b) of Embodiment 2 in which the length of the panels installed is relatively longer than that of (a) in the case of using the reactor of Embodiment 1, It can be confirmed that the graph has a slope graph. That is, when the length of the installed panel is long, it is confirmed that the efficiency of stirring in the reaction vessel is remarkably improved because the initial discharge rate is slow, the maximum concentration value of the discharged raw material liquid is small and the concentration gradient, which decreases from the maximum concentration point, have.

본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기는 현저히 향상된 교반 효율을 가지므로 메탈로센 촉매 제조 등 교반 생성물을 필요로 하는 다양한 산업 분야 전반에 걸쳐 유용하게 활용할 수 있다.Since the continuously stirred tank type reactor of the present invention has remarkably improved stirring efficiency, it can be usefully used in various industrial fields requiring stirring products such as the production of metallocene catalysts.

100 : 본 발명의 연속 교반 탱크형 반응기
110 : 반응조
111 : 교반 장치
112 : 패널
120 : 유입구
130 : 유출구
200 : 종래의 연속 교반 탱크형 반응기
210 : 반응조
211 : 교반 장치
220 : 유입구
230 : 유출구
100: continuous stirred tank type reactor of the present invention
110: Reactor
111: stirring device
112: Panel
120: inlet
130: Outlet
200: Conventional continuous stirring tank type reactor
210: Reactor
211: stirring device
220: inlet
230: Outlet

Claims (7)

일 측에 원료의 주입 및 배출을 위한 유입구 및 유출구가 각각 설치된 반응조;
상기 반응조 내부에 설치된 교반장치; 및
상기 반응조의 벽면에 수직 방향으로 설치되되, 상기 교반장치와 소정 거리로 이격되도록 설치되는 패널이 구비된 연속 교반 탱크형 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR).
A reaction tank provided with an inlet and an outlet for supplying and discharging the raw material to one side, respectively;
An agitator provided in the reaction vessel; And
A continuous stirred tank reactor (CSTR) provided in a vertical direction on a wall surface of the reaction tank, and having a panel installed at a predetermined distance from the stirring device.
제1항에 있어서,
상기 유입구와 유출구는 반응조의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 연속 교반 탱크형 반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the inlet and the outlet are located at an upper portion of the reaction tank.
제1항에 있어서,
상기 패널의 설치 위치는 유입구와 유출구와 수평이 되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 연속 교반 탱크형 반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the installation position of the panel is arranged to be horizontal with the inlet and the outlet.
제1항에 있어서,
상기 패널은 상단 높이가 반응조 내 원료 계면으로부터 반응조 길이의 1/10 ~ 9/10만큼 위로 설치되고, 전체 길이는 반응조 길이의 1/4 ~ 3/4인 것을 특징으로 하는 연속 교반 탱크형 반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the panel is installed at a height of 1/10 to 9/10 of the length of the reactor from the raw material interface in the reactor, and the total length is 1/4 to 3/4 of the length of the reactor.
제1항에 있어서,
상기 패널은 유출구와 교반장치 사이에 배치하는 것을 특징으로 하는 연속 교반 탱크형 반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the panel is disposed between an outlet and an agitating device.
제1항에 있어서,
상기 패널의 폭은 유출구의 폭 이상 반응조의 직경 미만인 것을 특징으로 하는 연속 교반 탱크형 반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the panel is less than the diameter of the reaction vessel outside the width of the outlet.
제1항에 있어서,
상기 패널의 두께는 0.1 ~ 1cm인 것을 특징으로 하는 연속 교반 탱크형 반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the panel is 0.1 to 1 cm.
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