CN108726492B - 高纯硒化氢生产设备以及基于其的高纯硒化氢生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高纯硒化氢生产设备以及基于其的高纯硒化氢生产工艺其中，高纯硒化氢生产设备，包括：反应釜，其开设有用于加入硒粒、催化剂和溶剂的加入口，反应釜连通有用于连通至氢气源的进气管，反应釜包括：釜体、搅拌器以及加热器；干燥器，其输入端与反应釜顶部连通；重组份滤除器，其输入端与干燥器的输出端连通，重组份滤除器包括：第一罐体以及第一制冷器，第一罐体上安装有第一制冷器。高纯硒化氢生产设备以及基于其的高纯硒化氢生产工艺，解决现有技术中因不能去除重组份(例如芳香族溶剂、金属杂质等)以及轻组份(例如氮气、氢气、甲烷、二氧化碳等)而导致高纯氢气与硒粒反应合成的硒化氢纯度不够的问题。

Description

高纯硒化氢生产设备以及基于其的高纯硒化氢生产工艺

技术领域

本发明涉及硒化氢生产领域，具体涉及一种高纯硒化氢生产设备以及基于其的高纯硒化氢生产工艺。

背景技术

中国专利公开了一种申请号为CN200710011160.6的硒化氢的制备纯化方法，是硒化铝Al2Se3与水H2O反应生成硒化氢H2Se，H2Se气体中的水经冷凝去除；继续用硒化铝颗粒吸附残留水份后，H2Se气体进入钢瓶内冷凝液化；装有液体H2Se的钢瓶在冷浴下抽真空，排除溶解在液体中的不凝气体杂质；关闭钢瓶阀门得到直接装在钢瓶内的纯化硒化氢；吸附水份并与水反应的吸附剂可以取出再作为原料硒化铝Al2Se3与水H2O反应发生硒化氢H2Se。虽然该生产方法中达到了去除硒化氢内水的目的，由于该硒化氢生成原理为：将原料硒化铝与水反应产生硒化氢，因此会出现以下问题：

第一、由于原料硒化铝比较少有，因此不能满足大批量规模生产的需要；

第二、虽然现有技术中有高纯氢气与硒粒反应合成硒化氢的原理，但是在反应需要在二甲苯、邻二甲苯以及对二甲苯等芳香族溶剂中进行，因此得到的硒化氢中含有重组份(例如芳香族溶剂、金属杂质等)以及轻组份(例如氮气、氢气、甲烷、二氧化碳等)，而现有技术中无法对此类重组份以及轻组份进行排除，导致得到的硒化氢纯度不够。

发明内容

本发明要提供一种高纯硒化氢生产设备以及基于其的高纯硒化氢生产工艺，解决现有技术中因不能去除重组份(例如芳香族溶剂、金属杂质等)以及轻组份(例如氮气、氢气、甲烷、二氧化碳等)而导致高纯氢气与硒粒反应合成的硒化氢纯度不够的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明首先提出了一种高纯硒化氢生产设备，包括：

反应釜，其开设有用于加入硒粒、催化剂和溶剂的加入口，反应釜连通有用于连通至氢气源的进气管，反应釜包括：釜体、搅拌器以及加热器，加热器与釜体相连，以加热反应釜内物料，搅拌器安装在釜体上，搅拌器的搅拌叶伸入至搅拌器内；

干燥器，其输入端与反应釜顶部连通，干燥器内设置有用于去除水的干燥剂；

重组份滤除器，其输入端与干燥器的输出端连通，重组份滤除器包括：第一罐体以及第一制冷器，第一罐体上安装有第一制冷器，以通过对第一罐体内进行降温将重组份去除；以及

轻组份滤除器，其输入端与第一罐体顶部连通，重组份滤除器包括：第二罐体以及第二制冷器，第二罐体上安装有第二制冷器，以使硒化氢液化并将轻组份去除，第二罐体顶部开设有排气孔。

本发明还一种高纯硒化氢生产工艺，包括以下步骤：

步骤一：在反应釜中依次加入硒粒、溶剂和催化剂，硒粒的纯度不低于99％，溶剂纯度不低于99.9％，催化剂为1,2-双(二苯基膦)乙烷，真空至压力为-0.01～-0.03MPa；

步骤二：开启反应釜加热，通入高纯氢气，氢气流量为5～15m3/h，氢气钢瓶出口压力为0.1MPa，控制反应釜温度为40～60℃，反应压力为0.05～0.15MPa，在通入氢气的同时，反应釜产生的硒化氢经吸附柱干燥除水，吸附后的硒化氢用粗品罐收集；

步骤三：收集完毕后，收集时间为1～2h，在低温、负压条件下脱除芳香族溶剂、金属杂质等重组分，并用成品罐收集。

步骤四：最后在低温、真空条件下，除去硒化氢中的氮气、氢气、甲烷、二氧化碳等轻组分。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

实现了去除重组份(例如芳香族溶剂、金属杂质等)以及轻组份(例如氮气、氢气、甲烷、二氧化碳等)，进而使得高纯氢气与硒粒反应合成的硒化氢纯度较高。同时达到了以下目的：1.原料容易获得，方便运输；2.解决了设备、管道易堵塞的难题；3.能耗和成本更低；4.对设备材质要求不高；5.生产更安全、稳定可靠；6.所制备的硒化氢纯度更高。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为高纯硒化氢生产设备的结构示意图；

图2为进气管处的放大图；

图3为图2中进气管处的剖视图。

附图标记：反应釜1、进气管11、釜体12、搅拌器13、加热器14、干燥器2、重组份滤除器3、第一罐体31、第一制冷器32、轻组份滤除器4、通气管111、检测管112、第一开闭机构70、第二开闭机构71、驱动机构72、可膨胀容器73、盛水器74、接水漏斗75、液位传感器76、电机721、第一齿轮722、第二齿轮723、第一旋转轴724、第二旋转轴725、偏心轮726、第一阀片701、第一圆环702、第二圆环703、第一密封圈704、第二密封圈705、第二阀片711、阀杆712、安装筒714、第一弹簧715、安装环716、滚轮717、弹性件730、第二安装块731、移动板732、第一封闭件733、第二封闭件734、旋转板735、滑块736、第二弹簧737、连通管738、阻挡板739。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：

如图1、图2、以及图3所示，本发明提出了一种高纯硒化氢生产设备，包括：

反应釜1，其开设有用于加入硒粒、催化剂和溶剂的加入口，反应釜1连通有用于连通至氢气源的进气管11，反应釜1包括：釜体12、搅拌器13以及加热器14，加热器14与釜体12相连，以加热反应釜1内物料，搅拌器13安装在釜体12上，搅拌器13的搅拌叶伸入至搅拌器13内；

干燥器2，其输入端与反应釜1顶部连通，干燥器2内设置有用于去除水的干燥剂；

重组份滤除器3，其输入端与干燥器2的输出端连通，重组份滤除器3包括：第一罐体31以及第一制冷器32，第一罐体31上安装有第一制冷器32，以通过对第一罐体31内进行降温将重组份去除；以及

轻组份滤除器4，其输入端与第一罐体31顶部连通，重组份滤除器3包括：第二罐体以及第二制冷器，第二罐体上安装有第二制冷器，以使硒化氢液化并将轻组份去除，第二罐体顶部开设有排气孔。

高纯硒化氢生产设备还包括：真空泵，真空泵连通至排气孔。

如图1所示，为了实现对进气管11内流量的监测，在进气管11上均安装有用于检测进气管11内气体流量的流量检测装置。

如图1、图2以及图3所示，为了避免因使用常规流量计的检测测试方法而导致流量测试值不准确、导致氢气和氯气配比不正确、导致反应效果达不到要求，进气管11远离反应釜1的端部连通至通气管111一端，通气管111另一端连接氢气源或氯气源，通气管111连通进气管11的端部连通至检测管112，通气管111、进气管11以及检测管112连接后呈“人”字形，检测管112连通有放气管；

每一流量检测装置均包括：第一开闭机构70、第二开闭机构71、驱动机构72、可膨胀容器73、盛水器74、接水漏斗75、液位传感器76以及控制器，第一开闭机构70用于使通气管111连通至进气管11或连通至检测管112，第二开闭机构71用于开闭放气管，第一开闭机构70位于第二开闭机构71旁，第一开闭机构70和第二开闭机构71均由驱动机构72驱动，当第一开闭机构70使通气管111与进气管11连通时第二开闭机构71关闭检测管112，当第一开闭机构70使通气管111与检测管112连通时第二开闭机构71打开检测管112；

可膨胀容器73包括弹性件730，可膨胀容器73与检测管112远离通气管111的端部连通，当通气管111与进气管11连通时在弹性件730弹力下可膨胀容器73体积小，当通气管111与检测管112连通时可膨胀容器73膨胀；

可膨胀容器73伸入至盛水器74的水内，盛水器74放置于地面上，盛水器74顶部连通至排水管顶端，排水管底端延伸至一接水漏斗75上方，接水漏斗75通过立架立于地面上，在接水漏斗75底部连通有放水管，放水管上安装有用于开闭放水管的放水阀，排水管顶端所在位置与盛水器74内水面所在位置等高；

在接水漏斗75内安装有液位传感器76，液位传感器76的用于检测接水漏斗75内水的液位，液位传感器76的输出端连通至控制器。

为了设计结构简单的驱动机构72、第一开闭机构70和第二开闭机构71，且实现第一开闭机构70和第二开闭机构71共用一个驱动力源，减少动力源的使用，同时也减少生产过程中动力源使用的能源，节约生产成本，有利于环保，在检测管112与进气管11之间设置有第一安装块；

驱动机构72包括：电机721、第一齿轮722、第二齿轮723、第一旋转轴724、第二旋转轴725以及偏心轮726，电机721安装在第一安装块外表面上，电机721的输出轴连接至一穿过第一安装块的第一旋转轴724上，第一旋转轴724能自转，第一旋转轴724固定有位于第一安装块外的第一齿轮722上，与第一齿轮722啮合有第二齿轮723，第二齿轮723固定在第二旋转轴725上，第二旋转轴725能自转地安装在第一安装块上，第一安装块远离通气管111的侧面凹陷形成一安装槽，在安装槽内安装有偏心轮726，偏心轮726供第二旋转轴725穿过，第二旋转轴725与偏心轮726固定，第二旋转轴725的中心线与偏心轮726的中心线不在一条直线上；

第一开闭机构70包括：第一阀片701、第一圆环702以及第二圆环703，在进气管11的入口设置有第一圆环702，在检测管112的入口安装有第二圆环703，在第一圆环702与第二圆环703之间设置有第一阀片701，第一阀片701一端与第一旋转轴724外壁固定，第一阀片701能在第一圆环702与第二圆环703之间围绕第一旋转轴724旋转；

第二开闭机构71包括：第二阀片711、阀杆712、安装筒714、第一弹簧715以及安装环716，与偏心轮726作用有阀杆712，阀杆712穿入安装筒714，安装筒714固定在放气管上，阀杆712能在安装筒714导向下在与放气管垂直的方向上移动，阀杆712远离偏心轮726的端部固定至第二阀片711上，第二阀片711用于开闭放气管，阀杆712位于安装筒714外的端部固定至安装环716上，阀杆712穿过有位于安装筒714外的第一弹簧715，第一弹簧715一端与安装筒714固定，第一弹簧715另一端与安装环716固定，在第一弹簧715弹力下能保持第二阀片711打开放气管。

为了使得第一开闭机构70的封闭效果更好，第一开闭机构70还包括：第一密封圈704以及第二密封圈705，第一密封圈704安装在第一圆环702用于与第一阀片701接触的面上，第二密封圈705安装在第二圆环703用于与第一阀片701接触的面上。

为了避免阀杆712与偏心轮726直接作用而损坏，在阀杆712上安装有能自转的滚轮717，滚轮717与偏心轮726相切。

为了避免因仅使用像气球一样的材质制成而导致可膨胀容器73体积缩小不到制定大小而影响测量精度，可膨胀容器73包括：第二安装块731、移动板732、第一封闭件733、第二封闭件734、旋转板735、滑块736、第二弹簧737以及连通管738，在检测管112远离通气管111一端安装第二安装块731，在第二安装块731开设有滑槽，滑槽内安装有两滑块736，每一滑块736上均安装有一移动板732，两移动板732底部由第一封闭件733封闭，每一移动板732底部均铰接至一旋转板735边缘，两旋转板735铰接，第一封闭件733为一防水软布，第一封闭件733粘附在两旋转板735上，两移动板732侧边和第一封闭件733之间缝隙由第二封闭件734封闭，第二封闭件734有两个，以封闭移动板732两侧，第二封闭件734采用弹性橡胶材料制成，每一移动板732背离另一移动板732一侧均连接至第二弹簧737一端，第二弹簧737另一端固定至第二安装板内壁上，两第二封闭件734与两移动板732顶部形成进入口，与进气口连通有连通管738，连通管738与检测管112连通，连通管738采用弹性材料制成，连通管738的直径以及弹性合适，以使得连通管738不会限制移动板732的移动。

为了避免因第二密封件变形而导致体积缩小后可膨胀容器73体积不一定而影响检测结果，保证从检测管112排出的气体能够与第二密封件充分接触，在两移动板732之间设置有阻挡板739，阻挡板739位于第二密封件内个，阻挡板739上开设有若干通气孔，当检测管112内未通入气体时在第二弹簧737弹力下两移动板732通过阻挡板739接触。

流量检测装置的工作原理：当正常向反应釜1供气时，在电机721的驱动下，第一阀片701压紧在第二圆环703上的第二密封圈705上，使得检测管112封闭，仅进气管11与通气管111连通，此时正常向反应釜1供气，同时，偏心轮726的窄边缘(到第二旋转轴725中心线距离小的边缘为窄边缘)与滚轮717相切，在第一弹簧715弹力下，保持阀片打开放气管的状态，此时可膨胀容器73通过检测管112以及放气管与外界大气压连通，在第二弹簧737弹力下，两移动板732将阻挡板739压紧在一起，第二弹簧737避免了因第二密封件变形后而斗志移动板732不能将阻挡板739压紧的现象，此时可膨胀容器73处于最小状态的时候，此时盛水器74内水最多，保证时刻水与排水管底部所在位置等高，此时接水漏斗75内水被放空，此时即使第二密封件变形，由于阻挡板739上开设有通气孔，在水的压力下能够使得第二密封件与阻挡板739紧贴，保持最小提及，阻挡板739不会妨碍旋转板735的转动。当需要检测流量时，首先，电机721运动，使得第一阀片701旋转到与第一密封圈704紧贴的位置，进气管11被封闭，同时偏心轮726被旋转到偏心轮726宽边缘与滚轮717相切的位置，在偏心轮726的强迫下，第一弹簧715被压缩，第二阀片711关闭放气管，保证检测管112内气体不外泄；然后，气体慢慢进入到检测管112内，检测管112内气体进入到可膨胀容器73内，两移动板732开始分离，可膨胀容器73变大，使得膨胀容器伸入至盛水器74内的体积变大，水通过排水管溢出到接水漏斗75内，液位传感器76检测接水漏斗75内液位，检测到接水漏斗75内液位开始变化开始计时，当接水漏斗75内液位达到指定值，控制器检测到液位传感器76输出达到指定值时的时间，控制器带有手机类似的程序计时功能，得到接水漏斗75内开始进水与达到指定值的时间差t，指定值液位时接水漏斗75固定的容纳水体积为定值V，从而计算出流量等于V/t，然后可以判断流量是否达到指定值，与此同时，电机721旋转，使得检测管112关闭进气管11打开且放气管打开，排斥可膨胀容器73内气体。

本实施例还一种高纯硒化氢生产工艺，包括以下步骤：

步骤一：在反应釜1中依次加入硒粒、溶剂和催化剂，硒粒的纯度不低于99％，溶剂纯度不低于99.9％，催化剂为1,2-双(二苯基膦)乙烷，真空至压力为-0.01～-0.03MPa；

步骤二：开启反应釜1加热，通入高纯氢气，氢气流量为5～15m3/h，氢气钢瓶出口压力为0.1MPa，控制反应釜1温度为40～60℃，反应压力为0.05～0.15MPa，在通入氢气的同时，反应釜1产生的硒化氢经吸附柱干燥除水，吸附后的硒化氢用粗品罐收集；

步骤三：收集完毕后，收集时间为1～2h，在低温、负压条件下脱除芳香族溶剂、金属杂质等重组分，并用成品罐收集。

步骤四：最后在低温、真空条件下，除去硒化氢中的氮气、氢气、甲烷、二氧化碳等轻组分。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种高纯硒化氢生产设备，其特征在于，包括：

反应釜，其开设有用于加入硒粒、催化剂和溶剂的加入口，反应釜连通有用于连通至氢气源的进气管，反应釜包括：釜体、搅拌器以及加热器，加热器与釜体相连，以加热反应釜内物料，搅拌器安装在釜体上，搅拌器的搅拌叶伸入至搅拌器内；

干燥器，其输入端与反应釜顶部连通，干燥器内设置有用于去除水的干燥剂；

重组份滤除器，其输入端与干燥器的输出端连通，重组份滤除器包括：第一罐体以及第一制冷器，第一罐体上安装有第一制冷器，以通过对第一罐体内进行降温将重组份去除；以及

轻组份滤除器，其输入端与第一罐体顶部连通，重组份滤除器包括：第二罐体以及第二制冷器，第二罐体上安装有第二制冷器，以使硒化氢液化并将轻组份去除，第二罐体顶部开设有排气孔；

在进气管上均安装有用于检测进气管内气体流量的流量检测装置；

进气管远离反应釜的端部连通至通气管一端，通气管另一端连接氢气源或氯气源，通气管连通进气管的端部连通至检测管，通气管、进气管以及检测管连接后呈“人”字形，检测管连通有放气管；

流量检测装置包括：第一开闭机构、第二开闭机构、驱动机构、可膨胀容器、盛水器、接水漏斗、液位传感器以及控制器，第一开闭机构用于使通气管连通至进气管或连通至检测管，第二开闭机构用于开闭放气管，第一开闭机构位于第二开闭机构旁，第一开闭机构和第二开闭机构均由驱动机构驱动，当第一开闭机构使通气管与进气管连通时第二开闭机构关闭检测管，当第一开闭机构使通气管与检测管连通时第二开闭机构打开检测管；

可膨胀容器包括弹性件，可膨胀容器与检测管远离通气管的端部连通，当通气管与进气管连通时在弹性件弹力下可膨胀容器体积小，当通气管与检测管连通时可膨胀容器膨胀；

可膨胀容器伸入至盛水器的水内，盛水器放置于地面上，盛水器顶部连通至排水管顶端，排水管底端延伸至一接水漏斗上方，接水漏斗通过立架立于地面上，在接水漏斗底部连通有放水管，放水管上安装有用于开闭放水管的放水阀，排水管顶端所在位置与盛水器内水面所在位置等高；

在接水漏斗内安装有液位传感器，液位传感器的用于检测接水漏斗内水的液位，液位传感器的输出端连通至控制器。

2.根据权利要求1所述的高纯硒化氢生产设备，其特征在于，还包括：真空泵，真空泵连通至排气孔。

3.根据权利要求1所述的高纯硒化氢生产设备，其特征在于，进气管远离反应釜的端部连通至通气管一端，通气管另一端连接氢气源或氯气源，通气管连通进气管的端部连通至检测管，通气管、进气管以及检测管连接后呈“人”字形，检测管连通有放气管；

流量检测装置包括：第一开闭机构、第二开闭机构、驱动机构、可膨胀容器、盛水器、接水漏斗、液位传感器以及控制器，第一开闭机构用于使通气管连通至进气管或连通至检测管，第二开闭机构用于开闭放气管，第一开闭机构位于第二开闭机构旁，第一开闭机构和第二开闭机构均由驱动机构驱动，当第一开闭机构使通气管与进气管连通时第二开闭机构关闭检测管，当第一开闭机构使通气管与检测管连通时第二开闭机构打开检测管；

可膨胀容器包括弹性件，可膨胀容器与检测管远离通气管的端部连通，当通气管与进气管连通时在弹性件弹力下可膨胀容器体积小，当通气管与检测管连通时可膨胀容器膨胀；

可膨胀容器伸入至盛水器的水内，盛水器放置于地面上，盛水器顶部连通至排水管顶端，排水管底端延伸至一接水漏斗上方，接水漏斗通过立架立于地面上，在接水漏斗底部连通有放水管，放水管上安装有用于开闭放水管的放水阀，排水管顶端所在位置与盛水器内水面所在位置等高；

在接水漏斗内安装有液位传感器，液位传感器的用于检测接水漏斗内水的液位，液位传感器的输出端连通至控制器。

4.根据权利要求3所述的高纯硒化氢生产设备，其特征在于，在检测管与进气管之间设置有第一安装块；

驱动机构包括：电机、第一齿轮、第二齿轮、第一旋转轴、第二旋转轴以及偏心轮，电机安装在第一安装块外表面上，电机的输出轴连接至一穿过第一安装块的第一旋转轴上，第一旋转轴能自转，第一旋转轴固定有位于第一安装块外的第一齿轮上，与第一齿轮啮合有第二齿轮，第二齿轮固定在第二旋转轴上，第二旋转轴能自转地安装在第一安装块上，第一安装块远离通气管的侧面凹陷形成一安装槽，在安装槽内安装有偏心轮，偏心轮供第二旋转轴穿过，第二旋转轴与偏心轮固定，第二旋转轴的中心线与偏心轮的中心线不在一条直线上；

第一开闭机构包括：第一阀片、第一圆环以及第二圆环，在进气管的入口设置有第一圆环，在检测管的入口安装有第二圆环，在第一圆环与第二圆环之间设置有第一阀片，第一阀片一端与第一旋转轴外壁固定，第一阀片能在第一圆环与第二圆环之间围绕第一旋转轴旋转；

第二开闭机构包括：第二阀片、阀杆、安装筒、第一弹簧以及安装环，与偏心轮作用有阀杆，阀杆穿入安装筒，安装筒固定在放气管上，阀杆能在安装筒导向下在与放气管垂直的方向上移动，阀杆远离偏心轮的端部固定至第二阀片上，第二阀片用于开闭放气管，阀杆位于安装筒外的端部固定至安装环上，阀杆穿过有位于安装筒外的第一弹簧，第一弹簧一端与安装筒固定，第一弹簧另一端与安装环固定，在第一弹簧弹力下能保持第二阀片打开放气管。

5.根据权利要求4所述的高纯氯化氢生产设备，其特征在于，第一开闭机构还包括：第一密封圈以及第二密封圈，第一密封圈安装在第一圆环用于与第一阀片接触的面上，第二密封圈安装在第二圆环用于与第一阀片接触的面上。

6.根据权利要求5所述的高纯氯化氢生产设备，其特征在于，在阀杆上安装有能自转的滚轮，滚轮与偏心轮相切。

7.根据权利要求6所述的高纯氯化氢生产设备，其特征在于，可膨胀容器包括：第二安装块、移动板、第一封闭件、第二封闭件、旋转板、滑块、第二弹簧以及连通管，在检测管远离通气管一端安装第二安装块，在第二安装块开设有滑槽，滑槽内安装有两滑块，每一滑块上均安装有一移动板，两移动板底部由第一封闭件封闭，每一移动板底部均铰接至一旋转板边缘，两旋转板铰接，第一封闭件为一防水软布，第一封闭件粘附在两旋转板上，两移动板侧边和第一封闭件之间缝隙由第二封闭件封闭，第二封闭件采用弹性橡胶材料制成，每一移动板背离另一移动板一侧均连接至第二弹簧一端，第二弹簧另一端固定至第二安装板内壁上，两第二封闭件与两移动板顶部形成进入口，与进气口连通有连通管，连通管与检测管连通，连通管采用弹性材料制成。

8.根据权利要求7所述的高纯氯化氢生产设备，其特征在于，在两移动板之间设置有阻挡板，阻挡板位于第二密封件内，阻挡板上开设有若干通气孔，当检测管内未通入气体时在第二弹簧弹力下两移动板通过阻挡板接触。

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