CN101236048A - 一种木材干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原木真空干燥方法，适用于小径原木的干燥处理。该方法是：在常压下对待干燥木材进行预热，接着保持待干燥木材处于真空环境下，使干燥介质沿待干燥木材纵向流过，根据预先测定的介质温度、绝对压力与平衡含水率的对应图表，控制机体内的温度和绝对压力数值，当木材的终含水率达到要求时，在热交换系统中通入冷却水，以实现快速降温出料，其中待干燥木材为小径原木或板材，其长度与其平均直径或厚度之比为5～15。本发明方法使木材受热均匀，且显著缩短了木材预热过程和干燥过程所需的时间，大大提高了木材干燥的生产效率。

Description

一种木材干燥方法

技术领域

本发明专利涉及一种木材干燥方法，特别涉及一种木材的真空干燥方法。

背景技术

根据我国资源状况，今后在相当长的一段时间内，我国林产工业产品开发的原料将以5～10年生短轮伐期的速生小径材为主。在实木家具与装修领域的开发应用，将是小径材精、深加工，提高小径材综合利用率与附加值的一条有效途径。

由于住宅和生活条件的改善，人们对家具的需求日益增长，同时由于环保意识的增强和对自然的向往，越来越多的人希望自己的居住空间能更接近自然，实木家具成为首选之列。而小径材经过合理的干燥与加工，既可以直接制作成椅、凳、床、沙发等支承性家具和台、几类家具，又可以充分发挥、巧妙利用小径材的某些特性，如弯曲度，尖削度，圆形、椭圆形、半圆形的断面等丰富多彩的形式，或直接旋制成实木家具的零部件。对于纹理、色泽较美观的小径材制品，可采用透明涂饰，以显示木材的天然纹理与色泽，即便是被看作缺陷的节子，也是一种天然形成的图案，能给人一种亲切感：既不污染室内环境，又保持了木材天然特性，满足人们返朴归真的心理需求。

但是，目前由于没有针对小径木的有效干燥手段而严重限制了小径木的广泛应用。公知的针对小径原木的干燥处理方法多是通过常规干燥设备及工艺进行的，其带来的主要问题是不但小径原木的干燥周期长，而且干燥缺陷严重，如干燥过程中易产生严重变形和径裂，特别是对于硬杂小径原木干燥困难、成品率低，小径原木的干燥质量直接影响着由小径木加工的产品的尺寸稳定性。

现有技术已经在研发使木材在真空状态下进行干燥的方法，真空干燥的优点是在真空条件下水的沸点降低，木材内部压力较高，因而可以在较低温度下加快干燥速度，缩短干燥周期，保证干燥质量，特别适合于透气性好或易皱缩的木材，以及厚度较大的硬阔叶树材的干燥。

例如，现有的木材真空干燥方法包括连续真空干燥和间歇式真空干燥，其中传统的连续真空干燥的加热方式是通过热板对木材连续加热，其缺点是由于主要通过传导方式对木材加热，因此干燥效率较低；间歇式真空干燥是在木材干燥过程中采用真空、常压交替进行，因此能耗较大。

例如，授权公告号为CN1046886C的中国专利中公开了一种小径木的干燥加工方法，该方法将小径木加工成径级内最大直径的圆木型材，再按所选图形铣去部分缺圆体，然后利用切削机械沿上述剩余型材的斜端面斜切成等长的段体，各段体依所选图形用胶粘剂拼组成整体板材，该板材周边用卡具卡紧，最后送入干燥设备进行干燥处理。其特点是解决了小径木难以干燥处理而不能大规模综合利用的问题，干燥周期相对较短，而且干燥过程不存在端裂、劈裂或通裂问题。

又如，授权公告号为CN2436899Y的中国实用新型专利中公开了一种木材真空干燥箱。该木材真空干燥箱包括箱体、真空泵、真空度控制器，箱体顶部敝开，上面放置有密封盖，箱体内有加热板，加热板连接循环加热器。使用时，将待干燥的木材与加热板平行交替地摆放在箱体中，在箱体顶部放置密封盖，开启真空泵箱体内产生负压，密封盖下凹压迫木材板和加热板，同时循环加热器向加热板中供给热油或热水，将木材加热干燥。用该装置对木材进行干燥处理的优点是可防止板材在干燥过程中变形，循环加热器持续向加热板供热，可进一步节约能耗。但是该装置不适用于小径原木，用其对小径原木进行干燥处理时，不能避免其弯曲变形和径裂的问题。

发明内容

本发明的目的是针对以上现有技术的问题而提供一种木材干燥方法，该方法通过使干燥介质对流而向木材供热。

为实现本发明目的，一方面本发明提供一种木材干燥方法，包括以下顺次进行的步骤：

1)将木材锯切成要求长度的木段；2)将木段码放在干燥室内；3)对木段进行预热，使木段升温至预定温度；4)对干燥室内抽真空，以便在真空状态下对木段进行干燥处理，使其含水率达到要求的含水率。

其中，在步骤3)和4)中，使所述干燥室内的干燥介质沿木段纵向流动。

特别是，在步骤2)中，将所述木段码放成相互独立且相互平行的两组木段，使得所述干燥介质依次沿所述两组木段的纵向流动，也就是说使干燥介质沿木段纵向依次流过两组木段，而促进木材的干燥。

特别是，在所述步骤1)中，使木段长度与木段厚度或直径之比为5-15。

特别是，在所述步骤3)中，控制温度达到40-85℃。

特别是，在所述步骤4)中，使干燥室内干燥介质的温度由40℃逐步上升至85℃，根据各个温度下干燥介质的相应平衡含水率要求，控制所述干燥室内的真空度，使得真空度在0～-0.095MPa(绝对压力范围为0.005-0.1Mpa)的范围内由低至高相应变化。

特别是，本发明方法的还包括木段预热过程，即在对木段进行干燥前，对其进行预热，控制所述预热温度达到40-85℃。

特别是，所述步骤4)包括多个阶段，依次提高各阶段中的干燥室内干燥介质温度，并根据每个阶段中干燥介质温度对应的干燥介质平衡含水率，控制干燥室内的相应真空度，以逐步降低木段的含水率。步骤4)中依木材的初含水率，设定干燥介质的平衡含水率起点为12-16％。

另一方面，本发明提供的一种木材干燥方法，包括保持待干燥木材处于在真空环境下，通过使干燥介质沿待干燥木材纵向流过而对其进行干燥。

其中，在干燥过程中，使所述干燥介质的温度由40℃逐步上升至85℃，根据各个温度下干燥介质的相应平衡含水率要求，控制所述真空环境的真空度，使得真空度在0～-0.095MPa(绝对压力范围为0.005-0.1Mpa)的范围内由低至高相应变化。

本发明方法的还包括木材预热过程，即在对木材进行干燥前，对其进行预热，控制所述预热温度达到40-85℃。

特别是，木材干燥过程包括多个干燥阶段，依次提高各干燥阶段中的干燥介质温度，并根据每个干燥阶段中干燥介质温度及所要求的干燥介质平衡含水率，控制真空环境的相应真空度，以逐步降低木材的含水率。对所述木材进行干燥时的平衡含水率起点为12-16％，优选14-16％。

当木材的含水率达到要求的含水率时，向加热和降温系统中通入冷凝水，使已干燥的木材快速降温后出料，通常降温至40℃以下时出料。

本发明方法的优点体现在以下方面：

1、本发明通过使干燥介质以对流的方式对木材持续供热，并使干燥介质的流向与木段的纵向一致，相比干燥介质流向与木段横向一致的加热方式，能够保证更加均匀地沿着整个材堆断面对木段进行加热，促进了木段纵向水分的传递，因此不但使木材受热均匀，而且显著缩短了木材预热过程和干燥过程所需的时间，相比现有木材干燥时间可以显著缩短，大大提高了木材干燥的生产效率；此外，木材中的水分沿木材纵向移动，不会增加木材厚度方向的含水率梯度，因此还避免了木材厚度方向因含水率梯度变化所导致的干燥缺陷。

3、本发明可以纯过热蒸汽(低温)作为干燥介质，采用对流的方式对木材持续供热，并在可控的真空条件下对木材进行干燥，一方面，由于真空作用，加快了水分在木材内部的移动，并使水分在较低温度下(一般低于85℃)沸腾汽化，避免因长时间高温作用可能造成的对木材的损害；另一方面，由于可对木材持续供热，利用过热蒸汽有较大的放热系数，使木材源源不断地获得充分的热量，连续进行干燥过程；

4、本发明采用了加热和冷却用的热交换装置，可以在木材干燥过程结束后，通过将冷却水通入热交换装置使机体空腔内的已干燥木材迅速冷却，因此大大提高了生产效率。

附图简要说明

附图1为本发明木材干燥设备的示意图；

附图2为本发明木材干燥设备的干燥装置的主视图；

附图3为本发明木材干燥设备的干燥装置的俯视图；

附图4为本发明木材干燥设备的干燥装置的侧视图；

附图5为真空状态下干燥介质的平衡含水率图。

附图标记说明：附图标记说明：1.第一阀门；2.第二阀门；3.冷却风扇；4.冷却器；5.水环式真空泵，6.机体；7、散热器；7a.散热器入口；7b.散热器出口；8.真空导出管；9.冷凝器；10.第三阀门；11.冷凝水收集器；12.第四阀门；13.管道泵；14.冷却水箱，15.第五阀门；16.第六阀门；17.第七阀门；18a.第一组散热器；18b.第二组散热器；19.保温层；20.封闭门；21.压紧装置；22.运材车；23.固定杆；24.循环风机；25.钻孔隔条；26.隔板；27.材堆；28.装材段；29a.第一分腔；29b.第二分腔；30.冷凝器的入口端；31.冷凝器的出气端；32.冷凝器的冷却水入口；33.冷凝器的冷却水出口；34.冷却器的入口；35.冷却器的出口。

具体实施方式

下面参照附图，详细描述实施本发明木材干燥方法的设备和本发明木材干燥方法的具体实施例。

如图1所示，本发明的干燥设备由干燥装置、加热及降温系统、真空冷凝系统、冷却水循环系统组成。

参照图1、2、3、和4，干燥装置具有机体6，机体6的内壁设保温层19，内部形成截面为矩形的空腔，空腔的一端封闭，另一端设可开闭的封闭门20。机体6内部空腔包括沿纵向排列的三部分，如图2和3所示，即包括中部的装材段28、装材段28与封闭端之间的空间和装材段28与封闭门20之间的空间。

其中，装材段28用于安置待干燥的材堆27，如图3和4所示，装材段28通过位于机体6纵向中心线上的中部隔板26被分隔成沿纵向平行设置的两个大体等容积的分腔29a和29b，分腔29a和29b中各自安置运材车22；在装材段28与封闭端之间的空间内，平行设置第一组散热器18a和循环风机24；在装材段28与封闭门20之间的空间内，设置第二组散热器18b。

如图2和4所示，运材车22具有底板和至少1组分别设置在其两侧的垂直固定杆23，在底板上一层接一层地水平码放材堆，层与层之间由多根钻孔隔条25分隔，每个隔条25内设多个可流通干燥介质的纵向钻孔，如图4所示，隔条25的钻孔开孔率为10％～80％。

加热及降温系统设置在机体6内部的空腔中，由两组散热器即第一组散热器18a和第二组散热器18b组成，其中，第二组散热器18b设置在装材段28与封闭门20之间的空间内，并位于机体6的纵向中心线上；第一组散热器18a和循环风机24设置在装材段28与封闭端之间的空间内，循环风机24大体位于机体6的纵向中心线上，第一组散热器18a可以包括分别位于循环风机24前后侧的两个散热器(图3中仅示出位于循环风机24前侧的一组散热器)。

其中，第一组散热器18a和第二组散热器18b分别具有供热媒质流入散热器的散热器入口7a和供通过散热器并与机体内空腔换热后的媒质流出的散热器出口7b(图中仅示出了第一组散热器的入口和出口)，散热器入口7a外接阀门17，散热器出口7b外接阀门1。

图3中所示的循环风机24邻接第一组散热器(18a)，也可将其设置成邻接第二组散热器(18b)，第二组散热器(18b)可为位于循环风机前侧的一个散热器，也可包括分别位于循环风机前后两侧的两个散热器。

机体6的底部设真空导出口8，真空导出口8和机体6的内冷凝水出口为同一出口。

真空冷凝系统位于干燥装置的下部，由冷凝器9、水环式真空泵5、冷凝水收集器11、阀门12、阀门10及连接管路组成。其中，冷凝器9的入口端与真空导出口8相连，出气端与水环式真空泵5的抽气端相连，冷凝器9的冷凝水排出口经过阀门12与冷凝水收集器11的入口相连，冷凝水收集器11的出口与阀门10相连。

冷却水循环系统位于干燥装置的一侧，由管道泵13、冷却器4、冷却风扇3、冷却水箱14、阀门及连接管路组成。其中冷却器4位于冷却水箱14上部，冷却风扇3位于冷却器4的上方一侧；冷却水箱14通过管路与冷凝器9的冷却水入口相连，冷凝器9的冷却水出口与管道泵13的入口相连，管道泵13的出口经阀门15与冷却器4入口相连，由冷却器4出口流出的冷却水靠自重流入冷却水箱14。

下面说明采用本发明木材真空干燥设备对木材进行干燥的工作过程。

1、码垛

将待干小径原木或板材按照要求长度截断成木段，使每个木段的长度与其平均直径值或厚度之比的范围是5-15，接着将其沿纵向一层接一层水平堆积在装材车22的底板上，每层之间设钻孔隔条25，然后将安置有小径原木或板材木段堆垛的装材车22推入机体6内部空腔的装材段，此时码放在装材车22上的木段的纵向与机体6的纵向一致，接着通过压紧装置21将封闭门20关闭。

2、对木材预热

在常压下对小径原木或板材木段堆垛进行预热，按照预热时间(h)与木段直径(cm)之比为1～2h∶1cm，如直径为10cm的木段则需要的预热时间为10-20小时，使木段的温度达到50-60℃，通常预热温度要比干燥基准第一阶段的温度高5-10℃)。

开启循环风机24，并通过第一组散热器8a和第二组散热器8b各自的热媒入口7a分别向第一组散热器8a和第二组散热器8b中送入热媒，使热媒流过第一组散热器8a和第二组散热器8b后由其各自的热媒出口7b流出。热媒的温度控制在90-95℃。通过循环风机24的作用使第一组散热器18a和第二组散热器18b散发热量，促使干燥介质在机体6空腔内对流，以加速木材的预热。

由于本发明中采用的是纵向码垛，因此能保证比横向循环更加均匀地沿着整个材堆断面对锯材进行加热。

3、木材干燥

通过真空冷凝系统对机体6的内部空腔抽真空，将绝对压力控制在0.1～0.01MPa(真空度为0～-0.09MPa)。

循环风机24通过位于装材段28两侧的第一组散热器18a和第二组散热器18b，使作为干燥介质的温度约为40-85℃的纯过热蒸汽依次流过装材段28与机体6封闭端之间的空腔、码放木段的分腔29a、装材段28与机体6的封闭门20之间的空腔和码放木段的分腔29b，如图4所示，从而通过干燥介质对流对木段供热。由于木段纵向与机体6纵向一致，因此使得能够均匀地沿着整个材堆的断面对木段进行加热并使其干燥；同时可以在变化的真空条件下干燥木材。

以此方式对木材进行干燥时，一方面，由于真空的作用，加快了水分在木材内部的移动，并使水分在低于85℃的温度下沸腾汽化，避免因长时间高温作用可能造成的对木材的损害；另一方面，对木材持续供热，利用干燥介质过热蒸汽有较大的放热系数，使木材源源不断地获得充分的热量，连续进行干燥过程。

在木材在真空干燥过程中，随着环境压力的改变使得木材内部形成压力梯度。在一定压力下当木材温度接近或超过对应压力下的水的沸点时，水蒸汽将迅速产生，压力梯度引起水的流动。

之后，根据预先测定的介质温度、绝对压力与木材平衡含水率的对应图表，控制机体6内的温度和绝对压力数值，例如，为了使干燥介质达到8％的平衡含水率，当干燥温度控制为80℃时，则控制绝对压力为0.062MPa，也就是说，根据温度和平衡含水率来控制环境的绝对压力。需要说明的是，在木材干燥过程中，干燥介质状态的调控是依据干燥基准进行的。干燥基准是指干燥过程中，按照不同的干燥阶段调节干燥室内介质温度、压力等的参数表。通常的干燥阶段是依据被干木材含水率的变化阶段来划分的。针对不同的含水率阶段，有与此阶段相对应的温度和平衡含水率，通过控制环境的绝对压力，使环境对应的平衡含水率始终小于木材当时的含水率，即可使木材中的水分始终处于蒸发状态，直至达到要求的含水率为止。

图5所示的为以绝对压力为纵坐标而绘制的真空状态下的平衡含水率图。只要知道介质的温度(T)和所处环境的绝对压力(P)即可利用图5查出与此状态相对应的平衡含水率数值(曲线中部的阿拉伯数字表示平衡含水率，单位：％)。例如：当介质温度为80℃，环境的绝对压力为0.06MPa(真空度为-0.04MPa)时，与此状态相对应的平衡含水率数值为8.1％，因此根据图5，为了达到8.1％的平衡含水率，当干燥温度设定为80℃时，要求环境的绝对压力控制为0.06MPa。

实际上，对含水率较高(如90-100％)的木材需要分阶段进行干燥逐步降低含水率，并在每一阶段根据干燥基准(通常的干燥基准的平衡含水率起点在14～16％。)来逐步调控温度和绝对压力，从而使其最终达到目标含水率为8-10％。如果木材在高含水率时环境所对应的平衡含水率太低，则会导致木材表层水分蒸发太快，易产生诸如表裂等干燥缺陷，因此分阶段干燥逐步降低木材含水率目的是防止待木材产生表裂。

在整个干燥过程中，随着木材含水率的降低，通过调节干燥介质的温度和所处环境的绝对压力，使干燥介质状态所对应的平衡含水率始终低于木材当时的含水率，这可使木材中水分始终处于蒸发状态，直至达到终含水率。

4、降温出料

当木材的终含水达到要求8-10％时，在热交换系统中通入20℃冷凝水，以实现快速降，当木材温度降至40℃以下时出料。

实施例1

采用直径范围在6-16cm杨木小径木，将其锯成木段，使每个木段的长度与其平均直径值之比是10，木段的含水率是60-80％，采用本发明的木材真空干燥设备对其进行干燥处理。

在干燥过程中，干燥过程的控制依据以下表1中所列杨木小径木干燥基准：

表1

木材含水率阶段(％)	温度(℃)	干燥介质平衡含水率(％)
			＞40	40	14

40～3030～2020～10＜10

50607080

121064

具体步骤操作步骤如下：

将木段沿纵向水平一层接一层堆积在装材车22的底板上，每层由钻孔隔条25分隔，然后将安置有木段堆垛的装材车22推入机体6内部空腔的装材段，使木段的纵向与机体6的纵向一致，关闭封闭门20。

接着，向加热及降温系统中通入热媒并开启循环风机24，在常压下通过干燥介质对木段预热18小时，使木段的温度达到50℃。

在预热处理过程结束后，暂时停止供热，开启真空冷凝系统对机体6的内部空腔抽真空，随着木材表层水分的蒸发，逐步使干燥介质温度降至干燥基准第一阶段温度40℃，之后按表1所列干燥基准的规定进行干燥过程。根据表1的干燥基准，干燥过程按木段的含水率范围分成5个阶段。

当木段含水率高于40％时，温度要求为40℃，平衡含水率要求为14％，根据温度和平衡含水率查图5可知，此时绝对压力的对应值为0.09MPa，即只要将绝对压力控制在0.09MPa左右即可。

随着干燥过程的进行，当木段含水率在40％～30％时，温度要求为50℃，平衡含水率要求为12％，根据温度和平衡含水率查图5可知，此时绝对压力的对应值为0.065MPa，即只要将绝对压力控制在0.065MPa左右即可。由此类推，当分别在木段含水率在30％～20％、20％～10％和小于10％时，要求温度分别为60℃、70℃、80℃，则绝对压力的对应值分别为0.055MPa、0.02MPa和0.015MPa左右，按此控制各阶段的温度和绝对压力。

当木段的含水率达到8％时，向加热和降温系统中通入20℃的冷凝水，使已干燥的木段快速降温至40℃以下时出料。

实施例2

采用厚度20cm杨木板材，将其锯成100cm长的木段，使每个木段的长度与其厚度比是5，木段的含水率是90-100％，采用本发明的木材真空干燥设备对其进行干燥处理。

在干燥过程中，干燥过程的控制依据以下表2中所列杨木小径木干燥基准：

表2

木材含水率阶段(％)	温度(℃)	干燥介质平衡含水率(％)
			＞5050～3535～2525～15＜15	5055607085	1210864

具体步骤操作步骤如下：

将木段沿纵向水平一层接一层堆积在装材车22的底板上，每层由钻孔隔条25分隔，然后将安置有木段堆垛的装材车22推入机体6内部空腔的装材段，使木段的纵向与机体6的纵向一致，关闭封闭门20。

接着，向加热及降温系统中通入热媒并开启循环风机24，在常压下通过干燥介质对流对木段预热30小时，使木段的温度达到60℃。

在预热处理过程结束后，暂时停止供热，开启真空冷凝系统对机体6的内部空腔抽真空，随着木材表层水分的蒸发，逐步使干燥介质温度将至干燥基准第一阶段温度50℃，之后按表2所列干燥基准的规定开始干燥过程。根据表2的干燥基准将干燥过程按含水率阶段也分成5个阶段。

与实施例1类似，根据温度和平衡含水率查图5可获得相应阶段的绝对压力值，以此来控制各阶段的温度和绝对压力。当木段含水率高于50％时，温度要求为50℃，平衡含水率要求为12％，根据温度和平衡含水率查图5可知，此时绝对压力的对应值为0.065MPa，即只要将绝对压力控制在0.065MPa左右即可。

根据温度和平衡含水率查图5可知，随着干燥过程的进行，当木段含水率在40％～30％时，温度要求为55℃，平衡含水率要求为10％，此时绝对压力的对应值为0.045MPa，即只要将绝对压力控制在0.045MPa左右即可；当木段含水率在30％～20％时，温度要求为60℃，平衡含水率要求为8％，此时绝对压力的对应值为0.025MPa，即只要将绝对压力控制在0.025MPa左右即可；当木段含水率在20％～10％时，温度要求为70℃，平衡含水率要求为6％，此时绝对压力的对应值为0.02MPa，即只要将绝对压力控制在0.02MPa左右即可；当木段含水率小于10％，温度要求为85℃，平衡含水率要求为4％，此时绝对压力的对应值为0.018MPa，即只要将绝对压力控制在0.018MPa左右即可，按此方式控制各干燥阶段的温度和绝对压力。

当木段的含水率达到9％时，向加热和降温系统中通入20℃的冷凝水，使已干燥的木段快速降温至40℃以下时出料。

Claims (10)

1、一种木材干燥方法，包括以下顺次进行的步骤：

1)将木材锯切成要求长度的木段；

2)将木段码放在干燥室内；

3)对木段进行预热，使木段升温至预定温度；

4)对干燥室内抽真空，以便在真空状态下对木段进行干燥处理，使其含水率达到要求的含水率。

2、如权利要求1所述的木材干燥方法，其特征在于：

其中在步骤3)和4)中，使所述干燥室内的干燥介质沿木段纵向流动。

3、如权利要求2所述的木材干燥方法，其特征在于：

在所述步骤2)中，将所述木段码放成相互独立且相互平行的两组木段，使得所述干燥介质依次沿所述两组木段的纵向流动。

4、如权利要求1至3任一所述的木材干燥方法，其特征在于：

在所述步骤1)中，使木段长度与木段直径或厚度之比为5～15。

5、如权利要求1至3任一所述的木材干燥方法，其特征在于：

在所述步骤3)中，控制温度达到40-85℃。

6、一种木材干燥方法，包括保持待干燥木材处于在真空环境下，通过使干燥介质沿待干燥木材纵向流过而对其进行干燥。

7、如权利要求6所述的方法，其特征是：在干燥过程中，使所述干燥介质的温度由40℃逐步上升至85℃，根据各个温度下干燥介质的相应平衡含水率要求，控制所述真空环境的真空度。

8、如权利要求6或7所述的方法，其特征是：在干燥过程中，分多个干燥阶段对木材进行干燥，各干燥阶段中的干燥介质温度依次升高，并根据每个干燥阶段中干燥介质温度对应的干燥介质平衡含水率，控制所述真空环境的相应真空度，逐步降低木材的含水率。

9、如权利要求8所述的方法，其特征是：根据木材的初含水率，设定干燥过程中干燥介质的平衡含水率起点为12-16％。

10、如权利要求6或7所述的方法，其特征是：在对木材进行干燥前，对其进行预热，控制所述预热温度达到40-85℃。

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