CN103221771A - 用于传质柱的液体收集和分配设备以及涉及该设备的方法 - Google Patents

Abstract

提供液体收集和分配设备以支撑填料材料床并且收集从床脱离的液体，将其重分配到下方填料材料床，可提高组分和体积流均匀性。所述液体收集和分配设备包括液体收集器、液体分配器和晶格型框架件，所述晶格型框架件定位在所述液体收集器和所述液体分配器之间并且支撑所述液体收集器和所述液体分配器。除了支撑所述液体收集器和所述液体分配器，所述框架件具有内部流体通路，所述内部流体通路将液体从所述液体收集器输送至所述液体分配器，同时将液体与上升的蒸气或者气体流相屏蔽。

Description

用于传质柱的液体收集和分配设备以及涉及该设备的方法

技术领域

本发明通常涉及用于支撑蒸气-液体接触设备（诸如整装填料柱体）的装置和方法，其中，在该柱体中进行质量传递和/或热交换处理，以及涉及用于在液体从蒸气-液体接触设备脱离之后收集液体并将其重分配到其他蒸气-液体接触设备的装置和方法

背景技术

散装和整装填料元件用于传质柱（mass transfer column）或换热柱（heatexchange column）中以利于在柱体内流动的流体流之间的接触。填料元件一般通过提供流体流上能够扩散的表面以增加上升和下降流体流之间的接触区域来改善质量传递或者热交换。填料元件一般布置于床中，该床填充柱体的截面并且具有预选深度或者高度。

使用水平延伸支撑件（一般称为支撑板）将填料元件的床支撑在柱体内。该支撑板必须具有高开口区域的比率以最小化对上升蒸气和下降液体的逆流的任何限制。可使用各种支撑板构造，诸如通常使用开口栅类型结构来支撑整装填料，波纹结构用于散装填料。该支撑板通常通过固定至柱体的外壳的内表面的支撑环支撑，在较大直径柱体中，液体收集和分配设备呈梁或者桁架的形式，在一个或多个隔开位置跨越柱体的截面以为支撑板提供额外支撑。

在具有填料元件的多个床的柱体中，从一个床脱离的液体通常被收集和重分配至下方床。液体的这种收集和重分配需要在将该液体引入下方填料床之前校正从每个填料床脱离的液体中的任何液体流不规则性。这些液体流不规则性通常是不期望的，因为它们会阻碍填料床内的期望的均匀蒸气-液体互动。通常，液体收集器板定位在上方填料床的下方以收集脱离的液体，并将其供给到液体分配器，该液体分配器在收集器板之下隔开并且位于下方填料床之上。液体分配器然后重分配液体至下方填料床。可替换地，使用组合式收集器和分配器来收集和重分配脱离的液体。

液体收集和分配设备支撑填料床以及与填料床关联的液体收集器和分配器，占据柱体的高度的一部分，这可以用于质量传递或者热交换目的。在设计新柱体时，可以提供额外柱体高度来收纳这些部件，使得能够实现柱体内的期望质量传递或者热交换，但额外高度会增加柱体的材料成本。在更新现存柱体时，这些部件占据的空间会限制柱体内能够实现的质量传递或者热交换。

因而需要改进填料床的支撑和这种床之间的液体的收集和重分配。

发明内容

在一个实施例中，本发明针对液体收集和分配设备，其安装在柱体中，所述柱体包括外壳以及内区域，在所述内区域中进行质量传递和/或热交换。所述设备包括：液体收集器，其延伸跨过所述柱体的所述内区域；至少一个框架件，其延伸跨过所述柱体的所述内区域并且具有由所述柱体的所述外壳支撑的相对的端部；液体分配器，其在所述框架件下方并且由所述框架件支撑；以及内部流体通路，其形成在所述框架件内。所述液体收集器包括多个收集通道，所述收集通道彼此平行地沿纵向延伸且用于收集在所述柱体的所述内区域内下降的液体。所述收集通道具有出口，用于将收集在所述收集通道中的所述液体排放至所述框架件中的所述内部流体通路。所述液体通过所述内部流体通路被向下输送至所述液体分配器，然后均匀分配所述液体至下方填料材料床或者其他柱体。除了支撑下方的所述液体分配器，所述框架件位于所述液体收集器之下并且支撑所述液体收集器。填料材料床或者其他柱体可以直接放置在所述液体收集器上从而被所述框架件支撑。

在另一实施例中，本发明针对使用液体收集和分配设备来收集和重分配液体的方法，所述液体收集和分配设备安装在柱体中，所述柱体包括外壳以及内区域，在所述内区域中进行质量传递和/或热交换。所述方法包括：将在所述柱体的所述内区域中下降的液体收集在液体收集器的收集通道中，所述液体收集器延伸跨过所述柱体的所述内区域；将收集在所述收集通道中的所述液体输送至形成在框架件中的内部流体通路并且使所述液体向下流动通过所述内部流体通路，所述框架件延伸跨过所述柱体的所述内区域；以及将所述液体从所述框架件中的所述内部流体通路传送至液体分配器，所述液体分配器在所述框架件下方并且由所述框架件支撑。所述框架件具有由所述柱体的所述外壳支撑的相对的端部，并且在所述液体收集器下方且支撑所述液体收集器。以这种方式，所述框架件支撑所述液体收集器和所述液体分配器，还可以支撑上填料材料床或者放置在所述液体收集器上的其他柱体内部。所述方法包括在液体从所述上填料材料床或者其他柱体内部收集之后以及在其被重分配至下填料材料床或者其他柱体内部之前，局部混合所述液体以改善其体积流均匀性以及改善其组分均匀性。

附图说明

图1是柱体的侧视图，其中进行质量和/或热传递，部分柱体壳被切开以示出示意地图示出内部部件；

图2是图1的柱体的部分立体图，示出根据本发明的一个实施例构造的液体收集和分配设备；

图3是图2示出的柱体和液体收集和分配设备的俯视图；

图4是图2的液体收集和分配设备的侧视图；

图5是图2的液体收集和分配设备的端视图；

图6是图1的液体收集和分配设备沿着图5的线6-6在箭头方向上截取的侧视图；

图7是以放大比例示出的、图1的液体收集和分配设备沿着图6的线7-7在箭头方向上截取的部分端视图；

图8是图2的液体收集和分配设备沿着图6的线8-8在箭头方向上截取的部分端视图；

图9是图2的液体收集和分配设备的部分侧视立体图，其中，部分被切开以图示细节构造；

图10是图9示出的液体收集和分配设备的一部分的部分侧视图；

图11是部分侧视图，类似于图10示出的视图，但示出本发明液体收集和分配设备的另一实施例；以及

图12是部分侧视图，类似于图10和图11示出的视图，但示出本发明液体收集和分配设备的又一实施例。

具体实施方式

参见图1，通常用标记10表示柱体，该柱体适用于在逆流的流体流之间发生质量传递和/或热交换的处理。柱体10包括大致的柱形构造的、直立的外壳12，，但是包括多边形的其他构造也是可行的并且在本发明的范围内。壳12具有任何合适的直径和高度，并且由一个或多个刚性材料构造，该刚性材料对在柱体10操作期间存在的流体和条件是期望惰性的（inertto）或者以其他方式兼容。

柱体10用来处理流体流（典型地液体流和蒸气流），以获得分馏产品和/或以其他方式引起流体流之间的质量传递和/或热交换。例如，柱体10能够是一个在其中发生原油、润滑油真空、大气粗真空、液体或热裂解分馏、焦化或减粘裂化分馏、焦炭擦洗、反应堆废气洗涤、气体淬火、食用油除臭、污染控制洗涤和其他处理的柱体。

柱体10的外壳12限定开口内部区域14，流体流之间的期望质量传递和/或热交换发生在该区域中。通常，流体流包括一个或多个上升蒸气流以及一个或多个下降液体流。可替换地，流体流可以包括上升和下降液体流二者，或者包括上升气体流和下降液体流。

流体流通过任意数量的供给线16被引向柱体10，供给线16沿着柱体10的高度定位在适当的位置。一个或多个蒸气流还能够在柱体10内生成，而不是通过供给线16引入柱体10。通常，柱体10还将包括用于移除蒸气产品或者副产品的顶部线18以及用于将液体产品或者副产品移出柱体10的底部脱流线20。附图中未示出典型存在的其他柱体部件，诸如回流线、重沸器、冷凝器、蒸气喷射系统等，因为它们在性质上是常规的，并不认为图示这些部件对于理解本发明是必须的。

填料材料的一个或多个区域或者床22定位在柱体10的开口内部区域14内。填料材料可以是任何各种形式的散堆填料和整装填料，它们示意地示出于图1，因为填料材料的准确形式对于本发明的目的不是重要的。填料材料的每个床22优选占据开口内部区域14在柱体10内的整个水平截面。床22具有基于柱体10发生特定处理应用的那部分的预选高度。每个床22内的填料材料的类型可以相同或者不同于其他床22中的填料材料。同样地，每个床22的高度可以相同或者不同于其他床22的高度。

根据本发明，填料材料的每个床22被图1示意性示出的液体收集和分配设备24支撑。液体收集和分配设备24接触上方填料材料床22的底表面，并且在下方填料材料床22的上表面上方隔开预选距离。基于特定处理应用的要求来选择液体收集和分配设备24和下方填料材料床22的上表面之间的分隔距离。

在图2-10中更详细地示出图1示意性所示出的液体收集和分配设备24的一个实施例。液体收集和分配设备24包括液体收集器25，液体收集器25包括多个位于共同平面并且在液体收集和分配设备24的顶部彼此平行延伸的上收集通道26。液体收集器25还包括多个下收集通道28，多个下收集通道28同样彼此平行延伸并且定位在上收集通道26的平面之下相隔短距离的平面内。上收集通道26和下收集通道28占据开口内部区域14的所有或者几乎所有截面，并且被布置成使得下收集通道28与上收集通道26偏置。选择上收集通道26和下收集通道28之间的垂直间距以提供足够的无阻流量，从而允许期望体积流的蒸气流或者气体流向上通过液体收集器25。

在一个实施例中，每个上收集通道26与每个相邻的上收集通道26水平隔开，每个下收集通道28同样与每个相邻的下收集通道28水平隔开。当以这种方式布置时，上收集通道26定位在每个相邻对下收集通道28之间和上方，使得下降在柱体10的开口内部区域14中的所有液体被上收集通道26或者下收集通道28捕获。上收集通道26的宽度能够与下收集通道28的宽度相同或者不同。在一个实施例中，上收集通道26的总水平表面积基本等于下收集通道28的总水平表面积。

在本发明的范围内，上收集通道26和下收集通道28的其他布置是可行的。例如，在一些或者所有区域，上收集通道26和下收集通道28能够被设计为和/或布置为使得上收集通道26的总水平表面积小于或者大于下收集通道28的总水平表面积。在其他实施例中，上收集通道26和下收集通道28能够被分组，使得两个或者更多槽26或者28定位成侧-侧-侧关系并且与类似分组的槽26或者28隔开。在其他实施例中，能够省略上液体收集通道26或者下液体收集通道28，使得剩余的上液体收集通道26或者下液体收集通道28仅捕获下降通过液体收集器25的一部分液体。

液体收集和分配设备24进一步包括：至少一个框架件30，其位于液体收集器25下方并且支撑液体收集器25；以及液体分配器32，其位于框架件30下方并且被框架件30支撑。尤其，液体收集和分配设备24构造为使得框架件30不仅支撑液体收集器25和液体分配器32，而且还具有一个或多个内部流体通路34，内部流体通路34接收来自液体收集器25的液体并将其输送至液体分配器32。

代替仅为单个的框架件30，液体收集和分配设备24可以包括多个水平隔开并且平行的框架件30，每个框架件30输送来自液体收集器25的部分液体至液体分配器32。在一些应用，每个框架件30输送与其他框架件30基本相同体积流量的液体。在其他应用，框架件30可以输送不同体积流量的液体。

每个框架件30线性延伸并且在其两个相对端部被柱体壳12支撑。以焊接或者其他方式固定至柱体壳12的托架36可以连接至框架件30的每个端部以将框架件30支撑在壳12上。可替换地，可以使用固定至柱体12的支撑环（未示出）来支撑框架件30的相对的端部。还能够使用其他支撑器件替换托架36和支撑环或者补充托架36和支撑环。

每个框架件30包括框架构件38，框架构件38互连为使得提供框架件30足够强度和刚度以支撑在柱体10操作期间由液体收集器25、液体分配器32和流体流施加在液体收集和分配设备24上的负荷。框架构件38还必须部分或者完全在内部开口以形成一个或多个内部流体通路34。

在图2-10图示的实施例中，框架构件38形成为三角形桁架结构，包括水平延伸上桁架件40、在上桁架件40之下隔开的水平延伸下桁架件42和在上桁架件40和下桁架件42之间延伸的多个倾斜支柱44。支柱44布置为使得每个支柱44的上端部邻接一个相邻支柱44的上端部，每个支柱44的下端部邻接另一相邻支柱44的下端部，从而与上桁架件40和下桁架件42形成三角形几何图案。支柱44的其他几何学布置是可行的，并且在本发明的范围内。作为一个例子，支柱44可以垂直于上桁架件40和下桁架件42延伸以形成正方形或者矩形几何图案，如图12所示。

现在转到图7-8，上桁架件40是大致盒状截面，并且包括用基板48接合的侧壁46。上桁架件40可以在其顶部是大致开口的，具有的向内或者向外延伸凸缘50提供了支撑表面，上收集通道26定位在该支撑表面上。上收集通道26可以通过螺母和螺栓组件52或者通过其他合适的器件固定至凸缘50。在图示的实施例，每个上收集通道26由线性对准槽段54形成，线性对准槽段54的端部在覆盖上桁架件40顶部的区域中稍微隔开以形成出口56，液体流通过该出口从上收集通道26流至上桁架件40。当然，应该理解的是，出口56能够形成为其他方式。作为一个例子，上收集通道26能够形成为单元构件，而不是由分散的槽段50形成，出口56形成为上收集通道26的一个或多个侧壁以及基板中的开口（未示出）。

下收集通道28延伸通过形成在上桁架件40的侧壁46中的开口58。类似上收集通道26，下收集通道28可以由线性对准的隔开槽段60形成，槽段60在槽段60的端部之间的间距中形成出口62。如期望的，下收集通道28中的槽段60的端部之间的间距大于上收集通道26中的槽段54的端部之间的间距，使得通过上出口56脱离的液体不会被从下出口62脱离的液体阻碍，或其不会阻碍从下出口62脱离的液体。虽然下收集通道28当由槽段60形成时通常容易安装，但是它们各自能够形成为单元构件，出口62形成在下收集通道28的一个或多个侧壁和基板中。能够使用开口58处的向内或者向外延伸凸缘64以及螺母和螺栓组件66来支撑和确保下收集通道28于适当位置。

每个上桁架件40的基板48包括开口68，开口68定位在支柱44与上桁架件40的每个交叉处。以这种方式，从上收集通道26和下收集通道28的出口56和62进入上桁架件40的液体能够向下下降通过支柱44。支柱44能够是正方形或者矩形截面，如图2-10和图12所示实施例所图示的，或者是圆形或者椭圆截面，如图11所示。

每个下桁架件42的顶部70同样包括开口71，开口71位于支柱44与下桁架件42的交叉处，使得液体能够从支柱44流入下桁架件42。下桁架件42能够在它们的底部是开口的，或者基板能够设置有合适的开口（未示出），从而允许液体离开下桁架件42。在图示的实施例，每个下桁架件42在其底部是开口的，扩散板72在下桁架件42的侧壁之间延伸，处于在下桁架件42顶部中的开口71之下隔开的位置，以接收和分解离开支柱44的液体的向下动量。扩散板72包括允许一部分液体通过扩散板72的多个孔74，从而平衡扩散板72偏移的液体和向下流出扩散板72的端部的液体。扩散板72可以可替换地形成为延伸下桁架件42的整个长度的单元构件。

在一个实施例中，液体分配器32包括多个预分配通道76，每个预分配通道76位于关联的下桁架件42下方并且对准关联的下桁架件42。液体分配器32额外地包括与每个预分配通道76关联的分离盒78。预分配通道76定位在分离盒78内并且沿着分离盒78的长度延伸。预分配通道76可以以任何合适的方式被支撑，诸如通过焊接至分离盒78的侧壁的托架（未示出）。预分配通道76在其顶部是开口的，或者在其顶部具有开口（未示出），以接收离开关联的下桁架件42的液体。预分配通道76用来在液体流过预分配通道76的开口顶部并且向下流入分离盒78之前耗散液体的动能。于是分离盒78用作计量流入下方分配槽（未示出）中的液体，下方分配槽以均匀分配方式输送液体至下方填料材料床22。能够使用其他类型的液体分配器32代替本发明范围内的图示槽型液体分配器32。作为两个例子，能够使用甲板分配器和管臂液体分配器。

分离盒78被支撑悬架84支撑，支撑悬架84通过螺母和螺栓组件88或者通过其他器件固定至下桁架件42上的向外延伸凸缘86。以这种方式，液体分配器32被框架件30支撑，框架件30还支撑液体收集器25和填料材料床22。

在使用液体收集和分配设备24收集和重分配液体的方法中，液体收集器25收集从填料材料床22下降到开口内部区域14中的液体并将其输送至框架件30中的内部流体通路34。液体被屏蔽于上升蒸气或者气体流，因为它流过内部流体通路34并且被输送至液体分配器32。然后液体被液体分配器32以更均匀的流重分配成到下方填料材料床22或者柱体10的其他内部部件。

通过液体收集和分配设备24的部件的液体流能够调整成使得校正液体流或者组分错误分配或者以其他方式用液体收集和分配设备24的不同部件实现流体的混合。例如，分割壁80能够在一个端部或者中间位置沿着上和/或下收集通道26和28定位以强制该收集通道中的更多或者所有液体流入一个框架件30中的内部流体通路34，而不是在两个框架件30中的内部流体通路34之间均等分开。如图9所示，分割壁80定位在上收集通道26的槽段54的一个端部以及下收集通道28的槽段60的相对端部。作为一个替换方案，分割壁80可以定位在上收集通道26的相邻槽段54的相对的端部以及下收集通道28的相邻槽段60的相对端部。分割壁80的其他布置是可行的并且在本发明的范围内。

分割壁82可以同样定位在上桁架件40中以将上桁架件40的内部分中的所有或者一些液体引入一个开口68中，而不是在相邻开口68之间均等分开。在另一应用，诸如图9图示的，分割壁82可以居中地定位在相邻开口68之间以补偿未精确对准的上桁架件40。在这种应用中，液体将趋于优先流向下一个相邻开口68，但分割壁82却强制等量液体流入相邻开口68。

因而，可见液体收集和分配设备24允许液体收集器25、填料材料床22和液体分配器32被框架件30支撑，从而消除对每个这些部件需要单独的支撑结构。因而液体收集和分配设备24相比于常规支撑结构占据柱体10的较少高度，在一些情况下，在安装液体收集和分配设备24的每个位置，节约高达1米或者更多的柱体高度。高度的这种降低允许初始柱体设计以及更新现存柱体方面更大的灵活度，使得节约了材料和/或改善了性能。上桁架件42在上和下液体收集通道26和28正下方的布置允许这些部件被可靠地固定在适当位置，在柱体10操作期间具有有限可能的移动。同样地，将液体分配器32直接固定至下桁架件42利于在安装期间矫正预分配通道76和分离盒78，并且在柱体10操作期间当加载有液体时限制这些部件的堵塞或其他偏转。而且，液体收集和分配设备24实现了收集液体在其重分配之前更期望的混合，从而提供更均匀的液体流以及在该液体流内更均匀的组分。

从前述可见，本发明很适于实现以上提出的所有结果和目的以及该结构固有的其他优势。

应理解的是，特定特征和子组合是有用的，可以被采用而不引入其他特征和子组合。这也是本发明的范围可想到的，落入本发明的范围内。

因为本发明可以形成许多可行实施例，这并不超出本发明的范围，所以应该理解的是，此处提出或附图中图示的所有内容是示意性的，而不具有限制意义。

Claims (20)

1.一种液体收集和分配设备，其安装在柱体中，所述柱体包括外壳以及内区域，在所述内区域中进行质量传递和/或热交换，所述设备包括：

液体收集器，延伸跨过所述柱体的所述内区域，并且包括多个收集通道，所述多个收集通道彼此平行地沿纵向延伸且用于收集在所述柱体的所述内区域中下降的液体，所述收集通道具有用于排放在所述收集通道中收集的液体的出口；

至少一个框架件，延伸跨过所述柱体的所述内区域，并且具有由所述柱体的所述外壳支撑的相对的端部，所述框架件位于所述液体收集器下方并支撑所述液体收集器；

液体分配器，在所述框架件下方并且由所述框架件支撑；以及

内部流体通路，形成在所述框架件内，并且构造为用于接收从所述收集通道的所述出口排放的液体并将其输送至所述液体分配器。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个收集通道包括彼此平行地沿纵向延伸的上收集通道和彼此平行地沿纵向延伸的下收集通道，所述下收集通道与所述上收集通道呈偏置关系。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述上收集通道位于第一共同水平平面，所述下收集通道位于第二共同水平平面，所述第二共同水平平面在所述第一共同水平平面之下并与之相隔。

4.如权利要求3所述的设备，其中，所述框架件包括形成桁架结构的互连框架构件，并且其中，所述内部流体通路形成在所述互连框架构件内。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述桁架结构包括水平延伸上桁架件，在所述上桁架件之下且与之相隔的水平延伸下桁架件，以及在所述上桁架件和所述下桁架件之间延伸的多个支柱。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述支柱倾斜，并且与所述上桁架件和所述下桁架件一起形成三角形几何图案。

7.如权利要求5所述的设备，其中，所述支柱垂直于所述上桁架件和所述下桁架件延伸，并且与所述上桁架件和所述下桁架件一起形成正方形或者矩形几何图案。

8.如权利要求5所述的设备，包括定位成水平相隔且平行的多个所述框架件，每个所述框架件具有至少一个所述内部流体通路。

9.如权利要求8所述的设备，其中，至少多个所述收集通道定位在所述框架件的所述上桁架件上。

10.如权利要求9所述的设备，包括支撑在所述液体收集器上的填料材料床。

11.一种使用液体收集和分配设备来收集和重分配液体的方法，所述液体收集和分配设备安装在柱体中，所述柱体包括外壳以及内区域，在所述内区域中进行质量传递和/或热交换，所述方法包括：

将在所述柱体的所述内区域中下降的液体收集在液体收集器的收集通道中，所述液体收集器延伸跨过所述柱体的所述内区域，所述收集通道彼此平行延伸并且相隔；

将收集在收集通道中的所述液体输送至形成在框架件中的内部流体通路并且使所述液体向下流动通过所述内部流体通路，所述框架件延伸跨过所述柱体的所述内区域，所述框架件具有由所述柱体的所述外壳支撑的相对的端部，并且位于所述液体收集器下方且支撑所述液体收集器；以及

将所述液体从所述框架件中的所述内部流体通路传送至液体分配器，所述液体分配器在所述框架件下方并且由所述框架件支撑。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述框架件包括形成桁架结构的互连框架构件，并且其中，所述内部流体通路形成在所述互连框架构件内。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述收集液体的步骤包括：

将液体收集在上收集通道和下收集通道中，所述上收集通道彼此平行地沿纵向延伸，所述下收集通道彼此平行地沿纵向延伸，所述下收集通道与所述上收集通道呈偏置关系。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述上收集通道位于第一共同水平平面，所述下收集通道位于第二共同水平平面，所述第二共同水平平面在所述第一共同水平平面之下并与之相隔。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述桁架结构包括水平延伸上桁架件，在所述上桁架件之下且与之相隔的水平延伸下桁架件，以及在所述上桁架件和所述下桁架件之间延伸的多个支柱。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述支柱倾斜，并且与所述上桁架件和所述下桁架件一起形成三角形几何图案。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述支柱垂直于所述上桁架件和所述下桁架件延伸，并且与所述上桁架件和所述下桁架件一起形成正方形或者矩形几何图案。

18.如权利要求15所述的方法，包括：

将所述收集通道中的所述液体输送至定位成水平相隔且平行的多个所述框架件，每个所述框架件具有至少一个所述内部流体通路。

19.如权利要求18所述的方法，其中，至少一些所述收集通道定位在所述框架件的所述上桁架件上。

20.如权利要求18所述的方法，包括：

将所述液体从所述液体分配器传送到下方填料材料床。

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