(57)【要約】  反応媒体をシート状に維持しながら、大量の反応媒体を処理するためのシステム。このシステムは、反応媒体が反応条件に付されながら、それを越えて反応媒体が流れる、複数個の垂直に間隔を空けて配置された下方に傾斜したトレイを有する反応器を含む。トレイの傾斜は、反応媒体が反応器を通って下方に流れる間に、反応媒体の増加する粘度に適合するように、下方に増加する。トレイ群の上部分は一方向形状を有し、一方、トレイ群の下部分は二方向形状を有する。更に、一方向トレイを越える流れの配向は、反応媒体が一方向トレイを下に流れるとき、少なくとも一個所で９０度ほど回転される。
2009513349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の垂直に間隔を空けて配置された一方向に傾斜したトレイ及び複数個の垂直に間隔を空けて配置された二方向に傾斜したトレイを含んでなり、前記一方向トレイの傾斜が下方に向って増加している反応器。
【請求項２】
前記二方向トレイの傾斜が下方に向って増加している請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記一方向トレイの少なくとも一部が前記二方向トレイの少なくとも一部の上方に配置されている請求項１に記載の反応器。
【請求項４】
前記一方向トレイの全部が前記二方向トレイの全部の上方に配置されている請求項１に記載の反応器。
【請求項５】
前記一方向トレイの隣接するトレイが反対方向に傾斜している請求項１に記載の反応器。
【請求項６】
前記二方向トレイが、交互にルーフトレイ及びトラフトレイを含み、前記ルーフトレイが、一対の下方向に広がっているルーフ部材を含み、前記トラフトレイが、一対の下方向に収束しているトラフ部材を含む請求項１に記載の反応器。
【請求項７】
前記複数個の一方向トレイが、第一の方向に於いて前後に傾斜している一方向トレイの上方グループ並びに第二の方向に於いて前後に傾斜している一方向トレイの下方グループを含み、前記第一の方向及び第二の方向が、互いに対して実質的に垂直である請求項１に記載の反応器。
【請求項８】
前記反応器内の全てのトレイの少なくとも１０％が一方向トレイであり、そして前記反応器内の全てのトレイの少なくとも１０％が二方向トレイである請求項１に記載の反応器。
【請求項９】
前記一方向トレイの傾斜が少なくとも約２度まで変化し、そして前記二方向トレイの傾斜が少なくとも約４度まで変化する請求項１に記載の反応器。
【請求項１０】
前記一方向トレイが上方に向いた傾斜面を示す実質的に平坦な主部材を含み、前記主部材が実質的に開口を有さない請求項１に記載の反応器。
【請求項１１】
前記一方向トレイの少なくとも一部が前記主部材に結合し、前記上方に向いた傾斜面から上方に伸びている堰を含む、請求項１０に記載の反応器。
【請求項１２】
前記堰が少なくとも約２．５インチの高さを有する請求項１１に記載の反応器。
【請求項１３】
前記一方向トレイの全部の少なくとも１０％が前記堰を設け、前記堰が３〜１２インチの範囲内の高さを有する請求項１１に記載の反応器。
【請求項１４】
前記反応器が前記一方向トレイの下方で且つ前記二方向トレイの上方に配置された転移部材を含み、前記転移部材が分割ラインを規定し、開口の第一グループが前記分割ラインの一方の側に配置され、開口の第二グループが前記分割ラインの他方の側に配置され、前記開口の第一グループによって規定される累積開口面積が前記開口の第二グループによって規定される累積開口面積と実質的に同じである請求項１に記載の反応器。
【請求項１５】
前記転移部材が前記分割ラインの方向に収束する一対の下方に収束する壁を含み、前記開口の第一グループ及び第二グループが前記下方に収束する壁の底部付近に配置されている請求項１４に記載の反応器。
【請求項１６】
前記一方向トレイの少なくとも一部が後部端及び末端を表し、前記後部端及び末端が、前記一方向トレイの一般的に反対端部に配置され、前記トレイが前記後部端から前記末端の方に下方に向って傾斜しており、前記反応器が前記後部端に隣接して配置された後部間隙及び前記末端に隣接して配置された末端間隙を規定している請求項１に記載の反応器。
【請求項１７】
前記反応器が、複数個の垂直に間隔を空けて配置された傾斜したトレイを含んでなり、前記トレイの少なくとも幾らかに、前記反応媒体の少なくとも一部がその上を流れて、直ぐ下に配置されている次のトレイの方に通過する、上方に伸びている堰を含む反応媒体を処理する反応器。
【請求項１８】
前記堰が少なくとも約２．５インチの高さを有する請求項１７に記載の反応器。
【請求項１９】
前記堰が３〜１２インチの範囲内の高さを有する請求項１７に記載の反応器。
【請求項２０】
前記トレイの全部の少なくとも１０％に前記堰が設けられている請求項１７に記載の反応器。
【請求項２１】
前記トレイが複数個の一方向トレイを含む請求項１７に記載の反応器。
【請求項２２】
前記一方向トレイの隣接するトレイが反対方向に傾斜している請求項２１に記載の反応器。
【請求項２３】
前記一方向トレイの傾斜が下方に向って増加している請求項２２に記載の反応器。
【請求項２４】
前記トレイが複数個の二方向トレイを含む請求項２１に記載の反応器。
【請求項２５】
前記二方向トレイが、交互にルーフトレイ及びトラフトレイを含み、前記ルーフトレイが、一対の下方向に広がっているルーフ部材が含まれており、前記トラフトレイが一対の下方向に収束しているトラフ部材を含む請求項２４に記載の反応器。
【請求項２６】
前記二方向トレイの傾斜が下方に向って増加している請求項２５に記載の反応器。
【請求項２７】
前記二方向トレイが前記一方向トレイの下方に配置されている請求項２４に記載の反応器。
【請求項２８】
前記反応器が、少なくとも５個の前記一方向トレイ及び少なくとも５個の前記二方向トレイを含む請求項２４に記載の反応器。
【請求項２９】
前記傾斜したトレイの少なくとも一部が後部端を表し、前記トレイが前記後部端から前記堰の方に下方向に傾斜し、前記反応器が前記後部端に隣接して配置される後部間隙を規定し、前記反応媒体の少なくとも一部が前記後部端を越えて前記後部間隙を通って下方に流れて、直ぐ下に配置されている次のトレイまで通過する請求項１７に記載の反応器。
【請求項３０】
（ａ）反応媒体を、複数個の垂直に間隔を空けて配置された傾斜したトレイを含む重合反応器中に、導入する工程、（ｂ）前記反応媒体を、前記重合反応器内で、前記垂直に間隔を空けて配置されたトレイを越えて、下方に流す工程（ここで、前記垂直に間隔を空けて配置されたトレイ上を流れる前記反応媒体の平均厚さは約２．５インチ又はそれ以上に維持する）並びに（ｃ）前記重合反応器から前記反応媒体を取り出す工程（ここで、前記重合反応器から取り出される前記反応媒体の重合度（ＤＰ）は、前記重合反応器中に導入される前記反応媒体のＤＰよりも少なくとも約２５％大きい）を含んでなる重合方法。
【請求項３１】
前記垂直に間隔を空けて配置されたトレイ上を流れる反応媒体の平均厚さを約３〜１２インチの範囲内に維持する請求項３０に記載の重合方法。
【請求項３２】
前記重合反応器中に導入される反応媒体のＤＰが約２０〜約７５の範囲内である請求項３０に記載の重合方法。
【請求項３３】
前記重合反応器から取り出される反応媒体がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む請求項３０に記載の重合方法。
【請求項３４】
前記反応媒体を、前記重合反応器内で、約２５０〜約３２５℃の範囲内の温度及び約０．１〜約４トルの範囲内の圧力で維持する請求項３０に記載の重合方法。
【請求項３５】
前記トレイの少なくとも幾らかが、前記反応媒体の少なくとも一部が、その上を流れて直ぐ下に配置されている次のトレイの方に通過する、上方に伸びている堰を含む請求項３０に記載の重合方法。
【請求項３６】
前記堰が少なくとも約２．５インチの高さを有する請求項３５に記載の重合方法。
【請求項３７】
前記トレイの全部の少なくとも１０％に前記堰が設けられている請求項３５に記載の重合方法。
【請求項３８】
前記トレイが複数個の一方向トレイを含む請求項３０に記載の重合方法。
【請求項３９】
前記一方向トレイの隣接するトレイが反対方向に傾斜している請求項３８に記載の重合方法。
【請求項４０】
前記一方向トレイの傾斜が下方向に増加している請求項３９に記載の重合方法。
【請求項４１】
前記トレイが複数個の二方向トレイを含む請求項３８に記載の重合方法。
【請求項４２】
前記二方向トレイが、交互にルーフトレイ及びトラフトレイを含み、前記ルーフトレイが、一対の下方向に広がっているルーフ部材を含み、前記トラフトレイが、一対の下方向に収束しているトラフ部材を含む請求項４１に記載の重合方法。
【請求項４３】
前記二方向トレイの傾斜が下方に向って増加している請求項４２に記載の重合方法。
【請求項４４】
前記二方向トレイが前記一方向トレイの下方に配置されている請求項４１に記載の重合方法。
【請求項４５】
前記反応器が少なくとも５個の前記一方向トレイ及び少なくとも５個の前記二方向トレイを含む請求項４１に記載の重合方法。
【請求項４６】
前記トレイが複数個の一方向トレイを含み、前記方法が、前記反応媒体の少なくとも一部を、前記一方向トレイの少なくとも１個の２つの一般的に反対の位置にある端部を越えて、同時に流すことを更に含む請求項３０に記載の重合方法。
【請求項４７】
前記一方向トレイの一般的に反対の位置にある端部が異なった高度で配置されている請求項４６に記載の重合方法。
【請求項４８】
（ａ）反応媒体を、複数個の一方向に傾斜したトレイ及び複数個の二方向に傾斜したトレイを含む反応器の上部セクション中に導入する工程、（ｂ）前記反応媒体を、反応器内で前記一方向トレイ及び二方向トレイを越えて、下方に流す工程並びに（ｃ）前記反応器の下部セクションから反応媒体を取り出す工程を含んでなる方法。
【請求項４９】
前記垂直に間隔を空けて配置されたトレイ上を流れる反応媒体の平均厚さが少なくとも約２．５インチである請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記反応器から取り出される反応媒体の動的粘度が反応器の中に導入される反応媒体の動的粘度よりも少なくとも約５０％大きい請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記一方向トレイの傾斜が下方向に増加している請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記二方向トレイの傾斜が下方向に増加している請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記一方向トレイの少なくとも一部が二方向トレイの少なくとも一部の上方に配置されている請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
前記プロセスが、下方に流れる反応媒体を、反応媒体が二方向トレイの上を流れる前に、２個の実質的に等しい部分に分割することを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記一方向トレイの隣接するトレイが反対方向に傾斜しており、前記二方向トレイが、交互にルーフトレイ及びトラフトレイを含み、前記ルーフトレイに、一対の下方向に分岐しているルーフ部材が含まれており、前記トラフトレイに、一対の下方向に広がっているトラフ部材を含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
前記複数個の一方向トレイが一方向トレイの上部グループ及び一方向トレイの下部グループを含み、前記反応媒体が、第一の方向に於いて、一方向トレイの上部グループの上方を前後に流れ、前記反応媒体が、第二の方向に於いて、一方向トレイの下部グループの上方を前後に流れ、前記第一の方向及び第二の方向が互いに実質的に垂直である請求項４８に記載の方法。
【請求項５７】
前記反応器内の全てのトレイの少なくとも１０％が一方向トレイであり、そして前記反応器内の全てのトレイの少なくとも１０％が二方向トレイである請求項４８に記載の方法。
【請求項５８】
前記一方向トレイの少なくとも一部が、前記反応媒体の少なくとも一部がその上を流れて、直ぐ下に配置されている次のトレイの方に通過させる、上方に伸びている堰を含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５９】
前記堰が少なくとも約２．５インチの高さを有する請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記反応器中に導入される反応媒体の重合度（ＤＰ）が約２０〜約７５の範囲内であり、前記反応器から取り出される反応媒体のＤＰが反応器中に導入される反応媒体のＤＰよりも少なくとも約５０％大きい請求項４８に記載の重合方法。
【請求項６１】
前記反応器から取り出される反応媒体がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記反応媒体を、反応器内で、約２５０〜約３２５℃の範囲内の温度及び約０．１〜約４トルの範囲内の圧力に維持する請求項４８に記載の方法。
【請求項６３】
前記反応媒体の少なくとも一部が、前記一方向トレイの少なくとも１個の２つの一般的に反対の位置にある端部を越えて同時に流すことを更に含む請求項４４に記載の方法。
【請求項６４】
前記一方向トレイの一般的に反対の位置にある端部が異なった高さに配置されている請求項６３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対するクロスリファレンス
本件特許出願は、２００５年１０月２８日出願の米国仮特許出願第６０／７３１，３９０号（その開示の全部を引用して本明細書に含める）に対する優先権を主張する。
本発明は、一般的に、媒体が反応器を通って流れるときに増加する粘度を有する反応媒体を処理するための反応器に関する。別の面に於いて、本発明は、反応媒体の重合度が増加しながら、その上を重合反応媒体が流れる、複数個の垂直に間隔を空けて配置されたトレイを有する重合反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
或る種の化学プロセススキームに於いて、１個又はそれ以上の比較的薄いシート状で流れる反応媒体中で、化学反応が起こることが望ましい。このようなプロセススキームに於いて、反応媒体のシートは、必要な反応条件に曝露されながら、反応は長時間に亘って進行する。この形式のプロセスは、化学反応によってガス状反応副生物が製造され、反応媒体からこのような副生物を迅速且つ完全に除外することが望ましい場合に、特に有利である。例えば、ガス状副生物を製造する化学反応が可逆的である場合、副生物を適切に除外しないことは、所望の反応が妨害されるおそれがある。反応媒体が１個又はそれ以上の比較的薄いシート状で流れるとき、ガス状反応副生物は反応媒体から迅速に逃がすことができる。更に、反応媒体が１個又はそれ以上の比較的薄いシート状で流れるとき、反応媒体の底部部分上の低い静水圧は、反応が、比較的深い反応媒体を使用して実施されるときに生ずるおそれがある沸騰抑制を最小にする。
【０００３】
反応媒体の比較的薄いシート中で化学反応を実施することは多数の利点を有するが、この形式のプロセスは、また、多数の課題を呈する。例えば、反応媒体の薄いシートは、その上を流れる多量の表面積を必要とするので、商業的量の反応生成物を製造するために、非常に大きい及び／又は多数の反応器が必要になろう。更に、反応媒体の薄いシートを使用する多数のプロセスに於いて、反応媒体の粘度は、反応が進行するに従って変化する。従って、最終生成物の粘度は、初期の反応媒体の粘度よりも遙かに大きいか又は遙かに小さいであろう。反応媒体のこの変化する粘度は、反応媒体の流量及び／又は深さにおける顕著な変動は望ましくないであろうから、多数の設計的課題を示す。
【０００４】
１つ又はそれ以上の反応媒体の比較的薄いシート中で化学反応を実施することが望ましい、一般的な商業的プロセスの一例は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製造の「仕上げ」段階にある。ＰＥＴ仕上げ段階の間に、重縮合によって、反応媒体の重合度が著しく増加し、また、反応副生物として、エチレングリコール、アセトアルデヒド及び水が製造される。典型的には、仕上げ反応器／ゾーン中に導入される反応媒体の重合度は、２０〜６０であり、他方、仕上げ反応から出る反応媒体／生成物の重合度は８０〜２００である。仕上げの間におけるこの反応媒体の重合度の増加によって、反応媒体の粘度は著しく増大する。更に、ＰＥＴ仕上げに付随する重縮合反応は可逆的であるので、反応媒体からエチレングリコール反応副生物を、できるだけ迅速に且つ完全に開放することが望ましい。
【０００５】
従って、長時間に亘って比較的薄いシート状での大量の反応媒体の処理を容易にする、一層効率的で且つ経済的な反応器についてのニーズが存在する。更に、必要な重合度を得るための適切な滞留時間を与えながら、仕上げ反応器を通して、比較的均一で薄いシート状で流れる大量の反応媒体の重縮合を容易にする、一層効率的で且つ有効なＰＥＴ仕上げ反応器についてのニーズが存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様に従えば、複数個の垂直に間隔を空けて配置された一方向に傾斜したトレイ及び複数個の垂直に間隔を空けて配置された二方向に傾斜したトレイを含んでなり、一方向トレイの傾斜が、下方に向って増加している反応器が提供される。
【０００７】
本発明の別の態様に従えば、反応媒体を処理する反応器が提供される。この反応器は、複数個の垂直に間隔を空けて配置された傾斜したトレイを含んでなる。このトレイの少なくとも一部には、直ぐ下に配置された次のトレイの方に通過するために、それを越えて反応媒体の少なくとも一部が流れる、上方に伸びた堰が含まれている。
【０００８】
本発明の更に別の態様に従えば、（ａ）反応媒体を、複数個の垂直に間隔を空けて配置された傾斜したトレイを含む重合反応器中に、導入する工程、（ｂ）反応媒体を、重合反応器内で、垂直に間隔を空けて配置されたトレイを越えて、下方に流す工程（ここで、垂直に間隔を空けて配置されたトレイ上を流れる反応媒体の平均厚さは約２．５インチ又はそれ以上に維持する）並びに（ｃ）重合反応器から反応媒体を取り出す工程（ここで、重合反応器から取り出される反応媒体の重合度は、重合反応器中に導入される反応媒体の重合度よりも少なくとも約２５％大きい）を含んでなる重合プロセスが提供される。
【０００９】
本発明の更に別の態様に従えば、（ａ）反応媒体を、複数個の一方向に傾斜したトレイ及び複数個の二方向に傾斜したトレイを含む反応器の上部セクション中に導入する工程、（ｂ）反応媒体を、反応器内で、一方向トレイ及び二方向トレイを越えて、下方に流す工程並びに（ｃ）反応器の下部セクションから反応媒体を取り出す工程を含んでなるプロセスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
最初に図１を参照するに、反応器２０は、容器シェル２２、ディストリビュータ２４及び２個のトレイボックス２６ａ、ｂを含むものとして、示される。容器シェル２２は、好ましくは、細長い、一般的に円筒形の形状を有する。容器シェル２２の長さ対直径（Ｌ：Ｄ）比は、好ましくは少なくとも約１：１、更に好ましくは約２：１〜約３０：１の範囲内、最も好ましくは３：１〜１０：１の範囲内である。反応器２０の正常運転の間に、容器シェル２２は、実質的に垂直位置で維持される。
【００１１】
容器シェル２２は上部入口２８及び下部出口３０を規定する。ディストリビュータ２４及びトレイボックス２６ａ、ｂは、入口２８と出口３０との間に垂直に配置されており、入口２８を経て反応器２０に入る反応媒体が、ディストリビュータ２４及びトレイボックス２６ａ、ｂを通って下方に流れ、その後、出口３０を経て反応器２０から排出され得るようになっている。
【００１２】
反応器２０が、複数個のトレイボックス２６ａ、ｂを含むときには、ディストリビュータ２４は、入ってくる反応媒体の流れを分割し、分配して、それぞれのトレイボックス２６ａ、ｂが、実質的に同じ量の反応媒体を受け取り、そして処理するようにするために使用される。反応器２０が１個のみのトレイボックスを使用するものであった場合、ディストリビュータは反応媒体の流を分割しないが、なお、トレイボックスの入り口の中に反応媒体を適切に分配する作用をするであろう。
【００１３】
図１〜８に示した態様に於いて、反応器２０は、２個の実質的に同じトレイボックス２６ａ、ｂを含む。以下のセクションは、全てのトレイボックス２６ａ、ｂが実質的に同じ形状を有するとの理解で、１個のみのトレイボックス２６ａの形状を説明する。
【００１４】
図１及び２ａを参照するに、トレイボックス２６ａは、複数個の垂直の側壁２７ａ、ｂ、ｃ、ｄを含み、これらは、一般的に長方形の内部空間を規定する。トレイボックス２６ａは、また、内部空間内に収容され、側壁２７ａ、ｂ、ｃ、ｄに堅く結合された複数個の垂直に間隔を空けて配置された傾斜したトレイを含む。側壁２７ａ、ｂ、ｃ、ｄによって規定される内部空間は、頂部及び底部で開放されており、そうして反応媒体がトレイボックス２６ａの頂部に入り、傾斜したトレイの上の内部空間を通って下方に流れ、そしてトレイボックス２６ａの底部から出るようになっている。好ましくは、トレイボックス２６ａは、少なくとも約１０個のトレイ、更に好ましくは少なくとも約２０個のトレイ、最も好ましくは３０〜１００個の範囲内のトレイを含む。勿論、反応器２０内のトレイの好ましい全数は、単純に、１個のトレイボックス内のトレイの数×反応器２０内のトレイボックスの数である。トレイの傾斜は、一般的に、反応媒体がトレイの上を下方に流れるとき反応媒体の増加する粘度に適応するように、反応器２０内で下方に増加している。
【００１５】
図１を参照するに、トレイボックス２６ａについて、そこを通過する反応媒体の流れを最適化するために、異なった形状及び／又は配置を有するトレイを含むことが好ましい。好ましくは、トレイボックス２６ａは、複数個の一方向トレイ３２及び複数個の二方向トレイ３４を含む。本明細書で使用する用語「一方向トレイ（uni-directional tray）」は、一方向のみに傾斜していて、トレイボックス内を流れる流体が、トレイの高い所で一方向にのみ流れるようになっているトレイを意味する。本明細書で使用する用語「二方向トレイ（bi-directional tray）」は、二つの方向に傾斜していて、トレイボックス内を流れる流体がトレイの高い所で二つの方向に流れるようになっているトレイを意味する。本発明の好ましい態様に於いて、一方向トレイ３２の少なくとも一部は、二方向トレイ３４の少なくとも一部の上に配置されている。最も好ましくは、一方向トレイ３２の全ては、二方向トレイ３４の全ての上に配置されている。好ましくは、トレイボックス２６ａは、少なくとも約５個の一方向トレイ、更に好ましくは少なくとも約１０個の一方向トレイ、最も好ましくは１５〜５０個の範囲内の一方向トレイを含む。好ましくは、トレイボックス２６ａは、少なくとも約５個の二方向トレイ、更に好ましくは少なくとも約１０個の二方向トレイ、最も好ましくは１５〜５０個の範囲内の二方向トレイを含む。好ましくは、トレイボックス２６ａ内のトレイの全ての少なくとも約１０％は一方向トレイであり、更に好ましくは少なくとも約２０％は一方向トレイであり、最も好ましくは３０％〜８０％の範囲内は一方向トレイである。好ましくは、トレイボックス２６ａ内の全てのトレイの少なくとも約１０％が二方向トレイであり、更に好ましくは少なくとも約２０％が二方向トレイである。
【００１６】
図１に示すように、トレイボックス２６ａは、好ましくは、一方向トレイ３２の上部セット３６及び下部セット３８を含む。一方向トレイ３２の上部セット３６は、好ましくは、複数個の縦に傾斜したトレイ４０を含む。一方向トレイ３２の下部セット３８は、好ましくは、複数個の横に傾斜したトレイ４２を含む。図２及び３に矢印によって示すように、それぞれの一方向トレイ３２について、トレイ伸長の方向に於いて傾斜している縦に傾斜したトレイ４０（図２）と共に伸びていることが好ましく、一方、横に傾斜しているトレイ４２（図３）は、トレイ伸長の方向に対して垂直に傾斜していることが好ましい。図２及び３に示すように、縦に傾斜したトレイ４０及び横に傾斜したトレイ４２の傾斜の方向は、互いに対して実質的に垂直である。
【００１７】
図１、２及び５に示すように、垂直に隣接した縦に傾斜したトレイ４０ａ、ｂは、一般的に反対方向に傾斜して、反応媒体が反応器２０内を下方向に進行するとき、反応媒体が、縦に傾斜したトレイ４０の上を前後に（back and forth）流れるように強制されるようになっている。図２及び５に示すように、それぞれの縦に傾斜したトレイ４０には、実質的に平坦で、実質的に長方形の主部材４４及び堰４６が含まれている。図１〜６に示す態様に於いて、主部材４４の３個の側面は、好ましくはトレイボックス２６ａの４個の側壁２７の３個に結合され、それに沿ってシールされており、一方、間隙４７（図２ａ、ｂ及び５ｂ）が、主部材４４の第四の側面とトレイボックス２６ａの残りの側壁２７との間に形成されている。間隙４７は、それを通って、反応媒体が、次のより低い縦に傾斜したトレイ４０の上に下方に落ちることができる通路を提供する。主部材４４は下方に傾斜していて、反応媒体が、重力によって堰４６の方に流れることができるようになっている。主部材４４の下方傾斜は、好ましくは、水平から約０．５〜約１０度の範囲内、最も好ましくは水平から１〜４度の範囲内である。
【００１８】
再び図２及び５を参照するに、主部材４４は、一般的に、平坦で、上方に向いた上表面を示す。主部材４４は、好ましくは、その中に実質的に開口を有しておらず、トレイ４０上を流れる全ての液体が、トレイ４０から離れるために、堰４６を越えて／貫通して通らなくてはならないようになっている。堰４６は、主部材４４の最も低い高さの所に近い、主部材４４の上表面から上方に伸びている。好ましくは、堰４６は、主部材４４の末端縁から約６インチ未満、更に好ましくは約３インチ未満、最も好ましくは２インチ未満、間隔をあけて配置されている。好ましくは、堰４６は、側壁２７ａから側壁２７ｃまで、縦に傾斜したトレイ４０の幅に沿ってずっと通して伸びている。堰４６は、トレイ４０上の実質的に均一な反応媒体のシートを維持することを助ける。好ましくは、堰４６は、少なくとも約２．５インチの高さを有する。更に好ましくは、堰４６の高さは、３〜１２インチの範囲内である。図５ａに示すように、複数個の比較的小さい堰開口４８が、好ましくは、主部材４４に隣接して、堰４６の底部付近に形成されている。堰開口４８は、反応器２０の通常の運転の間に、比較的少量の反応媒体が、そこを通って流れることを許容する。反応器２０の運転停止の間に、堰開口４８は、反応媒体の実質的に全てがトレイ４０から排出されることを可能にして、反応器２０が運転停止されたとき、反応媒体のプールが堰４６の後ろに捕捉されて残らないようにする。
【００１９】
図１、３及び６に示すように、垂直に隣接する横に傾斜したトレイ４２ａ、ｂは、一般的に反対方向に傾斜しており、反応媒体が反応器２０内を下方向に進行するとき、反応媒体が、横に傾斜したトレイ４２の上を前後に（back and forth）流れるように強制されるようになっている。図３及び６に示すように、それぞれの横に傾斜したトレイ４２は、実質的に平坦で、実質的に長方形の主部材５０及び堰５２を含む。主部材４４の３個の側面は、トレイボックス２６ａの４個の側壁２７の３個に結合され、それに沿ってシールされており、一方、間隙５３（図３ａ、ｂ及び６ｂ）が、主部材５０の第四の側面とトレイボックス２６ａの残りの側壁２７との間に形成されている。間隙５３は、それを通って、反応媒体が、次のより低い横に傾斜したトレイ４２の上に下方に落下することができる通路を提供する。主部材５０は傾斜していて、反応媒体が、重力によって堰５２の方に流れることができるようになっている。横に傾斜したトレイ４２の下方傾斜は、反応器２０内で下方に増加している。好ましくは、横に傾斜したトレイ４２の最も上のものは、水平から約０．５〜約１０度の範囲内、最も好ましくは水平から１〜４度の範囲内の下向き傾斜を有する。好ましくは、横に傾斜したトレイ４２の最も下のものは、水平から約２〜約２０度の範囲内、最も好ましくは水平から４〜１０度の範囲内の下向き傾斜を有する。好ましくは、横に傾斜したトレイ４２の最も下のものの下向き傾斜は、横に傾斜したトレイ４２の最も上のものの下向き傾斜よりも少なくとも約１度大きく、更に好ましくは横に傾斜したトレイ４２の最も上のものの下向き傾斜よりも少なくとも約２度大きく、最も好ましくは横に傾斜したトレイ４２の最も上のものの下向き傾斜よりも４〜１０度の範囲内で大きい。
【００２０】
図３及び６を再び参照するに、主部材５０は、好ましくは、その中に実質的に開口を有しておらず、トレイ４２上を流れる全ての液体が、トレイ４２から離れるために、堰５２を越えて／貫通して通らなくてはならないようになっている。主部材５０は、一般的に上方に向いている上表面を表す。堰５２は、主部材５０の最も低い高さの所に近い、主部材５０の上表面から上方に伸びている。好ましくは、堰５２は、主部材５０の末端縁から約６インチ未満、更に好ましくは約３インチ未満、最も好ましくは１インチ未満の距離で、間隔をあけて配置されている。好ましくは、堰５２は、側壁２７ｂと側壁２７ｄとの間で、ずっと通して伸びている。堰５２は、トレイ４２上の実質的に均一な反応媒体のシートを維持することを助ける。好ましくは、堰５２は、少なくとも約２．５インチの高さを有する。更に好ましくは、堰５２の高さは、３〜１２インチの範囲内である。図６ａに示すように、複数個の比較的小さい堰開口５４が、好ましくは、主部材５０に隣接して、堰５２の底付近に形成されている。堰開口５４は、反応器２０の通常の運転の間に、比較的少量の反応媒体が、そこを通って流れることを許容する。反応器２０の運転停止の間に、堰開口５４は、反応媒体の実質的に全てがトレイ４２から排出されることを可能にして、反応器２０が運転停止されたとき、反応媒体のプールが、堰５２の後ろに捕捉されて残らないようにする。
【００２１】
本発明の一つの態様に於いて、一方向トレイ３２の少なくとも５個に堰が設けられており、更に好ましくは一方向トレイ３２の少なくとも１０個に堰が設けられている。好ましくは、トレイボックス２６ａ内の全ての一方向トレイ３２の少なくとも１０％に堰が設けられており、更に好ましくは、一方向トレイ３２の少なくとも３３％に堰が設けられており、最も好ましくは、一方向トレイ３２の少なくとも６６％に堰が設けられている。
【００２２】
堰は、等しいか又はそれ以下の反応器体積、トレイ及び／又は金属表面を必要としながら、従来の設計に於けるよりも長い、本発明の反応器内の滞留時間を提供することを助けることができる。更に、堰は、従来のＰＥＴ仕上げ装置設計よりも厚い、トレイ上の反応媒体のシートを提供することを助けることができる。また、本明細書に記載した態様は、トレイからトレイに下方に落ちる反応媒体のより薄いシート及びトレイ上の反応媒体のより厚いシートを有利に提供することが、注目されるべきである。
【００２３】
図１、４及び７に示すように、二方向トレイ３４は、トレイボックス２６ａの側壁２７ｂ、ｄに結合され、それらの間で伸びている。二方向トレイ３４は、交互になっているルーフトレイ３４ａ及びトラフトレイ３４ｂを含む。図４ａ及び７ａにおそらく最も良く示すように、それぞれの二方向ルーフトレイ３４ａは、垂直の分割部材（divider member）５６及びディバイダー部材５６の底部から一般的に反対方向に伸びている、一対の下方に傾斜したルーフ部材５８、６０を含む。ルーフ部材５８、６０は、それらが下方に、そしてディバイダー部材５６から外側に伸びているときに、互いに広がっている（diverge）。第一の間隙６２は、ルーフ部材５８の末端縁と側壁２７ａとの間に形成されている。第二の間隙６４は、ルーフ部材６０の末端縁と側壁２７ｃとの間に形成されている。反応媒体は、間隙６２、６４を通って下方に流れて、次の下の二方向トラフトレイ３４ｂに達する。
【００２４】
ここで図４ｂ及び７ａを参照するに、それぞれの二方向トラフトレイ３４ｂは、トレイボックス２６ａの側壁２７ａ、ｃに結合し、それらから内側に伸びている、一対の下方に傾斜したトラフ部材６６、６８が含まれている。トラフ部材６６、６８は、それらが下方に、そして側壁２７ａ、ｃから内側に伸びているときに、互いに収束し又は近寄って（converge）いる。間隙７０がトラフ部材６６、６８の下方の末端縁の間に形成されている。間隙７０は、反応媒体が間隙７０を通って次の下のルーフトレイ３４ａの方に落ちるとき、トラフ部材６６、６８上を流れる反応媒体の分離したシートが、分離したままであることを可能にするために十分に大きい。トラフ部材６６、６８上を流れる反応媒体の分離した部分は、間隙７０を通って、次の下のルーフトレイ３４ａの分割部材（dividing member）５６の反対側上に下方に落ちる。
【００２５】
本発明の好ましい態様に於いて、二方向トレイ３４の傾斜は、反応器２０内で下方に向って増加している。好ましくは、二方向トレイ３４の最も上のものは、水平から約０．５〜約１０度の範囲内、最も好ましくは水平から１〜４度の範囲内の下向きの傾斜を有する。好ましくは、二方向トレイ４２の最も下のものは、水平から約５〜約４０度の範囲内、最も好ましくは水平から１０〜２５度の範囲内の下向きの傾斜を有する。好ましくは、二方向トレイ３４の最も下のものの下向きの傾斜は、二方向トレイ３４の最も上のものの下向きの傾斜よりも少なくとも約２度大きく、更に好ましくは二方向トレイ３４の最も上のものの下向きの傾斜よりも少なくとも約４度大きく、最も好ましくは二方向トレイ３４の最も上のものの下向きの傾斜よりも６〜２０度の範囲内で大きい。
【００２６】
ここで図１及び８を参照するに、一方向トレイ３２上の単一シート流から、二方向トレイ３４上の二重シート流に、反応媒体の流れを転移させるために、転移部材（transition member）７２が使用される。転移部材７４は、トレイボックス２６ａの側壁２７ｂ、ｄに結合し、それらの間で伸びている。転移部材７４には、上部分配ビン（distribution bin）７６及び下部分配トレイ７８が含まれている。分配ビン７６は、最も下の一方向トレイ３２からの反応媒体を受け取り、この反応媒体を２個の実質的に等しい部分に分割するように操作可能である。反応媒体の２個の等しい部分は、分配ビン７６の底部から分配トレイ７８の分離した末広又は分岐（diverging）セクション８０ａ、ｂの上に排出される。同じ方式で、下流の二方向トレイから出る流に於ける続く分割が、同様の分配ボックスを使用して可能である。この方式に於いて、粘度、流量及び液体深さ目標によって必要な場合、複数の二方向の通路を作ることができる。
【００２７】
分配ビン７６は、下方に互いの方に収束して（又は近寄って）いる、一対の傾斜した側壁８２ａ、ｂが含まれている。ディバイダーライン８４は、側壁８２ａ、ｂが互いに結合している場所で規定される。複数個の第一の開口８６ａは、ディバイダーライン８４付近の側壁８２ａ内に規定されている。複数個の第二の開口８６ｂは、ディバイダーライン８４付近の側壁８２ｂ内に規定されている。好ましくは、転移部材７８は、合計で少なくとも約１０個の開口８６ａ、ｂを含む。図８ｂに最も良く示すように、第一及び第二の開口８６ａ、ｂは、ディバイダーライン８４の反対側に配置されている。好ましくは、第一の開口８６ａによって規定される累積開口面積は、第二の開口８６ｂによって規定される累積開口面積に実質的に等しく、等量の反応媒体が、第一及び第二の開口８６ａ、ｂを通って自動的に流れるようになっている。第一の開口８６ａは、分配トレイ７８の第一のセクション８０ａの上に整列され、一方、第二の開口８６ｂは、分配トレイ７８の第二のセクション８０ｂの上に整列されている。
【００２８】
図８ａ、ｂに示すように、分配トレイ７８の第一及び第二の傾斜したセクション８０ａ、ｂの末端縁は、側壁２７ａ、ｃから間隔を空けて配置されており、それらの間に間隙８８ａ、ｂが形成されるようになっている。分配ビン７６から排出される反応媒体の２個の実質的に等しい部分は、分配トレイ７８の下方に傾斜した分岐セクション８０ａ、ｂ上を間隙８８ａ、ｂの方に流れる。次いで、反応媒体の分離した部分は、分布トレイ７８から、間隙８８ａ、ｂを通って、最も上の収束した二方向トレイ３４ｂの上に落ちる。前記のように、次いで、反応媒体の２個の実質的に等しい部分は、それらが二方向トレイ３４の上を下方に流れるとき、分離して保持される。
【００２９】
ここで図９及び１０を参照するに、第一の代替反応器設計が示されている。代替反応器１００は、単一のトレイボックス１０２のみを含む。この設計は、供給物を、複数のトレイボックスの間に分割することが必要でないという利点を有する。従って、ディストリビュータ１０４の構造は単純化されている。また、反応器１００内の、トレイの全数、異なった形式のトレイの分布、堰の数、堰の位置及びトレイの傾斜は、反応器２０（図１〜８）のものとは異なっている。これらの相違は、その中で実施されるプロセスの特別の必要条件に適合するように、反応器の設計を変えることが望ましいであろうことを示している。しかしながら、本明細書中に開示された全ての設計は、本発明の範囲内である。
【００３０】
ここで図１１及び１２を参照するに、第二の代替反応器設計が示されている。代替反応器２００は３個のトレイボックス２０２ａ、ｂ及びｃを含む。
【００３１】
ここで図１３を参照するに、第三の代替反応器設計が示されている。代替反応器３００は、６個のトレイボックス３０２を含む。この設計は、反応容器内でより多くの空間を使用することの利点を有し、それによって、反応容器のサイズを小さくすることができる。
【００３２】
ここで図１４を参照するに、代替一方向トレイ設計が示されている。図１４に示される一方向トレイ４００は、図５及び６に示されるものと同様であるが、それぞれの一方向トレイ４００の後部４０４とトレイボックスの最も近い側壁４０６との間に、間隙４０２を設けるように形作られている。側壁４０６は、トレイ４００が付属しているトレイボックスの壁である必要はなくて、側壁４０６は、他のトレイボックスの壁又は反応容器の壁であってよい。図１４に示されるように、それぞれのトレイ４００の後部４０４と最も近い側壁４０６との間のこの間隙４０２によって、処理された反応媒体４０８の一部が、トレイ４００の後部４０４をオーバーフローして、次の下のトレイ４００の方に下方に落ちることが可能になる。オーバーフローする反応媒体４０８の通過のための十分に大きい開口を設けるために、トレイ４００の後部４０４と最も近い側壁４０６との間の間隙４０２について、少なくとも約１インチ、更に好ましくは約１．５〜約１２インチの範囲内、最も好ましくは約２〜８インチの範囲内の平均幅を有することが好ましい。
【００３３】
図１４に示す態様に於いて、それぞれの一方向トレイ４００の後部４０４について、オーバーフローした反応媒体が、次の最も下のトレイ４００の少なくとも一部の上に配置されるまで、オーバーフローした反応媒体４０８が上方のトレイ４００に「粘着する（cling）」ことを可能にする、丸くなった下の縁４１０を含むことが好ましい。次の最も下のトレイ４００の上に配置されると、反応媒体４０８は、上のトレイ４００から下のトレイ４００に落ち、そこで、これは、上のトレイ４００の末端縁４１２を越えて下のトレイ４００の上に流れた反応媒体４０８の部分と再び一緒にされる。オーバーフローした反応媒体が、下のトレイ４００の上に配置されるまで、上のトレイ４００に粘着することを可能にするために、一方向トレイ４００の丸くなった下の縁４１０について、少なくとも１インチ、更に好ましくは約１．５〜約１２インチの範囲内、最も好ましくは２〜８インチの範囲内の最小曲率半径を有することが好ましい。
【００３４】
また、図１４に示す態様では、堰を有しない一方向トレイ４００を使用していることが注目されるべきである。従って、図１４に示すトレイ４００の末端縁４１２は、堰の上縁によるのではなくて、トレイ４００の実質的に平坦な主部材４１４の縁によって規定される。しかしながら、図１４に示す後部オーバーフロー設計は、また、堰を有するトレイで使用するために適していることが予想される。
【００３５】
図１〜１４に示す反応器は、種々の異なったプロセスに於いて使用することができる。これらの反応器は、化学反応について、反応媒体の比較的薄いシート中で起こることが有利であるプロセスに於いて特に有用である。更に、これらの反応器は、反応媒体の粘度が処理の間に上昇する状況に適合するように設計される。本発明の好ましい態様に於いて、反応器から出る反応媒体の動的粘度（ポイズによって測定される）が、反応器に入る反応媒体の動的粘度よりも少なくとも約５０％大きく、更に好ましくは反応器に入る反応媒体の動的粘度よりも少なくとも約２５０％大きく、最も好ましくは反応器に入る反応媒体の動的粘度よりも少なくとも１，０００％大きい。好ましくは、上記の反応器（群）は、重合されている反応媒体を処理するのに使用される重合反応器である。
【００３６】
特に好ましいプロセスに於いて、この反応器は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を製造するプロセスに於いて使用する。このようなプロセスに於いて、反応器に入る反応媒体は、約２０〜約７５の範囲内、更に好ましくは約３５〜約６０の範囲内、最も好ましくは４０〜５５の範囲内の重合度（ＤＰ）を有する。本明細書で使用する「重合度」又は「ＤＰ」は、数平均重合度を意味し、これは、繰り返し単位分子量によって割った、数平均ポリマー分子量として定義される。反応媒体が反応器を通過して下方に流れるとき、反応媒体のＤＰは、重縮合のために増加する。好ましくは、反応器から出る反応媒体のＤＰは、反応器に入る反応媒体のＤＰよりも少なくとも約２５％、更に好ましくは反応器に入る反応媒体のＤＰよりも約５０〜約５００％の範囲内で大きく、最も好ましくは反応器に入る反応媒体のＤＰよりも８０〜４００％の範囲内で大きい。好ましくは、反応器から出る反応媒体は、約７５〜約２００の範囲内、更に好ましくは約９０〜約１８０の範囲内、最も好ましくは１０５〜１６５の範囲内のＤＰを有する。
【００３７】
本発明の好ましい態様に於いて、反応器内の反応条件は、約２５０〜約３２５℃の範囲内の温度及び約０．１〜約４トルの範囲内の圧力、更に好ましくは約２７０〜約３１０℃の範囲内の温度及び約０．２〜約２トルの範囲内の圧力、最も好ましくは２７５〜２９５℃の範囲内の温度及び０．３〜１．５トルの範囲内の圧力に維持する。反応器内の反応媒体の平均滞留時間は、好ましくは約０．２５〜約５時間の範囲内、最も好ましくは０．５〜２．５時間の範囲内である。
【００３８】
図１〜１４を参照して上記説明した反応器形状は、好ましくは少なくとも約２．５インチ、最も好ましくは３〜１２インチの範囲内の、トレイ上の反応媒体の平均深さを維持するように運転できる。
【００３９】
本発明者らは、本明細書中に示した全ての数値範囲について、範囲の上端及び下端は、互いに独立であってよいことを指摘する。例えば１０〜１００の数値範囲は、１０よりも大きく及び／又は１００よりも小さいことを意味する。従って、１０〜１００の範囲は、１０よりも大きい（上限を含まない）特許請求の範囲限界、１００よりも小さい（下限を含まない）特許請求の範囲限界及び１０〜１００の全範囲（上限及び下限を含む）のための支持を提供する。
【００４０】
本発明を、その好ましい態様を特に参照して詳細に説明したが、その変形及び修正を、本発明の精神及び範囲内で実施できることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】そこを通って下方に流れる反応媒体を処理する反応器の断面正面図、特に、２個のトレイボックスを含み、トレイのそれぞれが、反応媒体が反応器を通って下方に通過するときに、反応媒体がそれを越えて流れる、複数個の垂直に間隔をあけて配置された傾斜した内部トレイを収容する反応器を例示する。
【図２ａ】図１中の線２ａ−２ａに沿って取った反応器の断面平面図、特に頂部一方向トレイ上の反応媒体の流れの縦方向を例示する。
【図２ｂ】図１中の線２ｂ−２ｂに沿って取った反応器の断面平面図、特に図２ａ中に示されるトレイの直ぐ下に配置された一方向トレイ上の反応媒体の流れの縦方向を例示する。
【図３ａ】図１中の線３ａ−３ａに沿って取った反応器の断面平面図、特に図２ａ及び２ｂ中に示される縦トレイの直ぐ下に配置された一方向トレイ上の反応媒体の流れの横方向を例示する。
【図３ｂ】図１中の線３ｂ−３ｂに沿って取った反応器の断面平面図、特に、図３ａ中に示されるトレイの直ぐ下に配置された一方向トレイ上の反応媒体の流れの横方向を例示する。
【図４ａ】図１中の線４ａ−４ａに沿って取った反応器の断面平面図、特に、一方向トレイの下に配置された、下方に分岐する二方向ルーフトレイ上の反応媒体の流れの方向を例示する。
【図４ｂ】図１中の線４ｂ−４ｂに沿って取った反応器の断面平面図、特に、図４ａ中に示すルーフトレイの直ぐ下に配置された、下方に近寄っている二方向トラフトレイ上の反応媒体の流れの方向を例示する。
【図５ａ】図１中の、ファントム線で囲み、「５」とラベルを付けた、一対の縦一方向トレイの拡大正面図である。
【図５ｂ】図５ａ中に示す縦一方向トレイの側面図である。
【図６ａ】図１中の、ファントム線で囲み、「６」とラベルを付けた、一対の横一方向トレイの拡大正面図である。
【図６ｂ】図６ａ中に示す横一方向トレイの側面図である。
【図７ａ】図１中の、ファントム線で囲み、「７」とラベルを付けた、一対の二方向トレイの拡大正面図である。
【図７ｂ】図７ａ中に示す二方向トレイの側面図である。
【図８ａ】図１中の、ファントム線で囲み、「８」とラベルを付けた、転移アセンブリの拡大正面図である。
【図８ｂ】図８ａ中に示す転移アセンブリの平面図である。
【図９】本発明の第一の代替態様に従って構成された反応器の断面正面図、特に、この反応器が、その中に配置された単一のトレイボックスのみを有することを例示する。
【図１０】図９中の線１０−１０に沿って取った代替反応器の断面平面図、特に、単一のトレイボックスが反応器内に配置されている方式を例示する。
【図１１】本発明の第二の代替態様に従って構成された反応器の断面正面図、特に、この反応器が、その中に配置された３個のトレイボックスを有することを例示する。
【図１２】図１中の線１２−１２に沿って取った代替反応器の断面平面図、特に、３個のトレイボックスが反応器内に配置されている方式を例示する。
【図１３】本発明の第三の代替態様に従って構成された反応器の断面平面図、特に、この反応器が、反応器内に並んで配置された６個のトレイボックスを有することを例示する。
【図１４】本発明の代替態様に従って構成された一連の一方向トレイの側面図、特に、一方向トレイの後部に間隙を形成させて、反応媒体の一部が、１個のトレイの後部をオーバーフローして、次のより低いトレイに落ちることを可能にできることを例示する。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
2009513349.tif 000024
2009513349.tif 000025