CN108889108A - 超重力脱硫系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脱硫技术领域，特别是公开了一种超重力脱硫系统，包括脱硫装置和碱液灌，所述脱硫装置包括壳体、第一进液口、第一出液口、进气口和出气口，所述壳体内设置有用于承接第一进液口流入的碱液并使其雾化的转盘以及驱动转盘转动的驱动装置，所述转盘上设置有沿其周向分布的环形挡板，所述环形挡板上设有溢流孔，所述壳体的内壁上设置有沿其周向分布的分布板，分布板上设置有分布孔，所述分布板的上方设置有灌液口，所述碱液灌包括第一碱液灌和第二碱液灌，所述出气口上连接有干燥器。提供了一种规模小，成本低，脱硫效果好的超重力脱硫系统。
Description
技术领域
本发明涉及脱硫技术领域，特别是一种超重力脱硫系统。
背景技术
酸性气是工业生产中的常见工业排放物，尤其是一些化工厂、炼油厂等排放的废气中含有大量的硫化合物，如二氧化硫、硫化氢等，这些废气直接排放会导致环境被破坏，根据国家对环境治理的要求，GB31570-2015提出了排放要求，需要将硫化氢和二氧化硫的含量都控制在50mg/m³以内。
目前，废气的处理一般采用喷射文丘里（JEV）湿式洗涤法，该方法以NaOH、Na2CO3、氨水等碱性溶液作为吸收剂，采用吸收塔脱硫，碱液从塔顶喷入，废气由塔底向上流动从而在塔内逆流接触，发生传质和反应，从而达到脱硫的目的，但是该方法对于设备的规模以及投资的要求都很大，普适性不强。EDV湿法洗涤法和有机催化烟气综合治理法等方法也同样存在这个问题，最为重要的是，上述常规方法在对废气进行处理后很难将硫化氢和二氧化硫的含量降低到100ppm。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种规模小，成本低，脱硫效果好的超重力脱硫系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超重力脱硫系统，包括脱硫装置和碱液灌，所述脱硫装置包括壳体、第一进液口、第一出液口、进气口和出气口，所述壳体内设置有用于承接第一进液口流入的碱液并使其雾化的转盘以及驱动转盘转动的驱动装置，所述转盘上设置有沿其周向分布的环形挡板，所述环形挡板上设有溢流孔，所述壳体的内壁上设置有沿其周向分布的分布板，分布板上设置有分布孔，所述分布板的上方设置有灌液口，所述碱液灌包括第一碱液灌和第二碱液灌，第一碱液灌的第二进液口与壳体的第一出液口通过第一管道连通，第一碱液灌的第二出液口与壳体的第一进液口通过第二管道连通，第二碱液灌的第三出液口通过第三管道与第二管道连通，所述出气口上连接有干燥器。
上述技术方案中，超重力指的是在比地球重力加速度(9.8m/s2)大得多的环境下物质所受到的力。在地球上，实现超重力环境的简便方法是通过旋转产生离心力而模拟实现，在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规重力场下的要快得多，气-液、液-液、液-固两相和气-液-固三相在超重力环境下，所产生的离心力将流体推向外缘，在这个过程中流体被环形挡板上的溢流孔切割、破碎、分散，从而形成微米至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大、快速更新的相界面，再进一步通过和气体的破碎、撕裂混合提高了气液接触的充分度，使得废气中的硫化合物与碱液发生传质过程和化学反应，在非常短的时间将硫化氢或二氧化硫脱除，获得了很好的废气脱硫效果，壳体上设置有至少一个第一进液口，本设计中的碱液路径有两种，一种是环形倒流管与设置有壳体上端的第一进液口连通，碱液通过环形倒流管的出液孔落到分布板上，碱液在重力的作用下通过分布孔成从上往下的浇灌形式，使碱液穿过废气，另一种是碱液通过另一个第一进液口落到转盘上，转盘转动产生的离心力使碱液穿过环形挡板的溢流孔后被甩出雾化，增大与废气的接触面积，提高反应效率，在两种形式的碱液作用下，大大提高了脱硫效率，且超重力作用使相间的传质速率比传统的塔器中提高1-3个数量级，单位设备体积的生产效率提高1-2个数量级，第二碱液灌的设置是为了保持进入壳体的碱液的浓度，因为碱液与硫化合物发生化学反应后，回到第一碱液灌的碱液浓度会降低，这样循环使用会降低反应效率，所以要及时补充碱液，优选的第二碱液灌内的碱液浓度可以是比第一碱液灌内的碱液浓度高，干燥器内可设置一些吸水的填料，如硫酸钙、氯化钙、硅胶、活性氧化铝等，或者在干燥器内设置电热丝等加热设备，把水分蒸发掉，只要能达到干燥的目的即可，所以干燥器在此处不做限定。
作为本发明的进一步设置，所述第一碱液灌的第一出液口和壳体的第一进液口之间设置有热交换器，热交换器的出口处设置有碱液温度检测计，第一碱液灌和热交换器之间依次设置有第一控制阀、第一抽水泵、第二控制阀、第一流量检测计和第三控制阀，第三管道的一端连接在第一控制阀和第一抽水泵之间，第三管道上依次设置有第四控制阀、第二抽水泵、第五控制阀和第二流量检测计。
上述技术方案中， 热交换器的作用是给碱液降温，因为化学反应会产生一定的热量，温度过高会影响反应效率或设备的使用寿命以及存在安全隐患等，第一控制阀、第一抽水泵、第二控制阀、第一流量检测计、第三控制阀、第四控制阀、第二抽水泵、第五控制阀和第二流量检测计的设置不仅可以保证系统的流畅性，使用过程更安全可靠，也能提高脱硫效率和精度，降低成本。
作为本发明的进一步设置，所述第一碱液灌上设置有第一液位计和第一浓度测量计，第二碱液灌上设置有第二液位计和第二浓度测量计，所述出气口处设置有压力检测计和气体温度检测计。
上述技术方案中，第一液位计、第一浓度测量计、第二液位计和第二浓度测量计的设置可提高设备的精确度，压力检测计和气体温度检测计的设置可提高安全性和可靠性。
作为本发明的进一步设置，所述环形挡板由内向外呈多层设置，相邻环形挡板之间间隔设置，所述环形挡板设置在转盘的上表面，上表面为向下倾斜的斜面。
上述技术方案中，相邻环形挡板的间距分别为d1、d2、d3....dn，离中心轴越远的dn越小，受离心力影响，离中心轴越远，碱液流速越远，根据不同停留时间，设置不同直径的环形挡板，且各个环形挡板上的溢流孔为由内到外越来越小，碱液经离心力甩出打散过程中，由于溢流孔的直径不同，所以碱液被打散呈越来越小的液滴具有更强的捕捉固体颗粒能力，而且转盘的上表面呈倾斜设置，所以相邻环形挡板中外层的环形挡板比内层的环形挡板要矮，这样内层的碱液在被甩出时就不会被外层的环形挡板挡回，提高扩散效果。
作为本发明的进一步设置，所述溢流孔设置在环形挡板侧面的上侧，转盘的上表面设置有沿其径向分布的凸筋。
上述技术方案中，环形挡板上半部设置溢流孔，下半部为无孔结构，具有一定高度，碱液在足够离心力的情况下甩出，无气体进入时碱液因重力作用呈抛物线状态，但由于距离过短，可视为直线运动状态；有气体进入后，因气相推动力作用，不同气速作用，呈现不同曲度的曲线形流向，通过机械旋转碰撞，打散大碱液颗粒，多级雾化，使碱液有足够的比表面积，增大了与废气的接触面积，有利于脱硫，当流量太大时，转盘时的碱液容易堆积，碱液很难被甩出，凸筋的表面可以是隆起的弧形或三角形，这样碱液在流过凸筋时沿其表面会被顶起，起到分散碱液的作用，而且溢流孔距离转盘的上表面有一定距离，凸筋的设置也能使碱液顺利脱离转盘上表面，达到溢流孔的高度，更容易被甩出。
作为本发明的进一步设置，所述第一进液口上连接有导流管，导流管延伸至最内层环形挡板的内侧的上方，并沿转盘的旋转方向倾斜设置。
上述技术方案中，第一进液口一般设置在壳体的壁上，所以需要设置导流管将碱液引致环形挡板的最内层，不断的由内向外甩出使得碱液能够多级雾化，节省了能耗，脱硫效果更好。
作为本发明的进一步设置，所述转盘由上至下设有若干个，相邻转盘之间间隔设置，所述转盘的上方均设有导流管，各个导流管与各自的第一进液口连通。
上述技术方案中，优选的以转盘为三个为例，位于中间的转盘直径要小于其他两个转盘，一是为了扩大废气流通的通道，二是为了使碱液分布的更均匀，使中间位置也布满雾化的碱液，增大液体表面积，第一进液口设置有多个，每个导流管对应一个第一进液口，增加碱液与废气接触的次数，加大脱硫捕捉效果。
作为本发明的进一步设置，所述分布板由上至下设有若干个，相邻分布板之间间隔设置，位于中间的分布板上设置有沿其周向间隔分布的气体通道，所述灌液口位于最上层分布板的上方，所述壳体内壁靠近进气口的位置设置有导流板，该导流板位于进气口的上方，导流板为沿靠近壳体中心的方向斜向下延伸设置。
上述技术方案中，优选的各层分布板上的分布孔由上到下越来越小，这样碱液被不断细化，可增加与废气的接触面积，提高脱硫效果，而且降低了能耗，优选的以分布板为三个为例，位于中间的分布板处容易形成气阻，所以气体通道的设置是为了方便气体流动，而且气体通道为设置在分布板靠近壳体内壁的位置处，使得气体沿壳体的内壁上升，然后再往壳体的中间流通，使气体与分布板上的碱液和转盘上的碱液充分接触，气体通道可以是圆形、正方形等其他形状的通孔，方便气体穿过分布板，避免气体大量堵塞，也有泄压的作用，导流板的设置是为了避免气体直接上升，让气体有时间在底层充分扩散，而且导流板位于最下层分布板的下方，从分布板流下的碱液能沿着导流板的斜面往中间流，避免进气口处的碱液从进气口溅出。
作为本发明的进一步设置，所述出气口设置在壳体的上侧，所述进气口和第一出液口设置在壳体的下侧，所述进气口和出气口均为螺纹钢管。
上述技术方案中，进气口和出气口位置的设置有利于废气的流通，废气沿下侧方的进气口进入，受转轴高速旋转产生的离心力的影响，废气在壳体内下部呈旋涡式，并向上S形流动，经过脱硫后从出气口排出，第一出液口的设置有利于杂质和多余碱液的排出，螺纹钢管作为气体进出通道以及输送通道，有利于产生旋风气流，促使粉尘及大液滴沿金属管壁富集，出气口采用该结构有干燥的作用，使多余的水分粘在出气口的内壁，进气口采用该结构有助于废气中夹带的粉尘沉降，以及产生旋风云进入设备后，增加气体本身的流通距离，增加气体与设备内液体的接触时间，提高脱硫效果。
作为本发明的进一步设置，所述驱动装置包括转轴以及驱动转轴转动的电机，所述转盘固定设置在转轴上。
上述技术方案中，电机带动转轴转动，从而带动转盘转动，施加足够大的离心力，向外甩出碱液，把碱液雾化。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明具体实施例流程示意图；
附图2为本发明具体实施例流程示意图；
附图3为本发明具体实施例脱硫装置的内部结构图；
附图4为本发明具体实施例分布板的结构分解图；
附图5为本发明具体实施例分布板的结构分解图；
附图6为本发明具体实施例转盘的结构分解图；
附图7为本发明具体实施例转盘的结构剖视图；
附图8为附图7的A-A剖视图；
附图9为本发明具体实施例进气口或出气口的结构分解图。
具体实施方式
本发明的具体实施例如图1-9所示，一种超重力脱硫系统，包括脱硫装置1和碱液灌2，所述脱硫装置1包括壳体11、第一进液口111、第一出液口112、进气口113和出气口114，所述壳体11内设置有用于承接第一进液口111流入的碱液并使其雾化的转盘12以及驱动转盘12转动的驱动装置13，所述转盘12上设置有沿其周向分布的环形挡板121，所述环形挡板121上设有溢流孔1211，所述壳体11的内壁上设置有沿其周向分布的分布板14，分布板14上设置有分布孔141，分布板14朝向中心的边缘上设置有挡边143，所述分布板14的上方设置有灌液口115，所述碱液灌2包括第一碱液灌21和第二碱液灌22，第一碱液灌21的第二进液口211与壳体11的第一出液口112通过第一管道3连通，第一碱液灌21的第二出液口212与壳体11的第一进液口111通过第二管道4连通，第二碱液灌22的第三出液口221通过第三管道5与第二管道4连通，所述出气口114上连接有干燥器6。
上述超重力指的是在比地球重力加速度(9.8m/s2)大得多的环境下物质所受到的力。在地球上，实现超重力环境的简便方法是通过旋转产生离心力而模拟实现，在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规重力场下的要快得多，气-液、液-液、液-固两相和气-液-固三相在超重力环境下，所产生的离心力将流体推向外缘，在这个过程中流体被环形挡板121上的溢流孔1211切割、破碎、分散，从而形成微米至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大、快速更新的相界面，再进一步通过和气体的破碎、撕裂混合提高了气液接触的充分度，使得废气中的硫化合物与碱液发生传质过程和化学反应，在非常短的时间将硫化氢或二氧化硫脱除，获得了很好的废气脱硫效果，壳体11上设置有至少一个第一进液口111，本设计中的碱液路径有两种，一种是环形倒流管与设置有壳体11上端的第一进液口111连通，碱液通过环形倒流管的出液孔落到分布板14上，碱液在重力的作用下通过分布孔141成从上往下的浇灌形式，使碱液穿过废气，另一种是碱液通过另一个第一进液口111落到转盘12上，转盘12转动产生的离心力使碱液穿过环形挡板121的溢流孔1211后被甩出雾化，增大与废气的接触面积，提高反应效率，在两种形式的碱液作用下，大大提高了脱硫效率，且超重力作用使相间的传质速率比传统的塔器中提高1-3个数量级，单位设备体积的生产效率提高1-2个数量级，第二碱液灌22的设置是为了保持进入壳体11的碱液的浓度，因为碱液与硫化合物发生化学反应后，回到第一碱液灌21的碱液浓度会降低，这样循环使用会降低反应效率，所以要及时补充碱液，优选的第二碱液灌22内的碱液浓度可以是比第一碱液灌21内的碱液浓度高，干燥器6内可设置一些吸水的填料，如硫酸钙、氯化钙、硅胶、活性氧化铝等，或者在干燥器6内设置电热丝等加热设备，把水分蒸发掉，只要能达到干燥的目的即可，所以干燥器6在此处不做限定。
上述第一碱液灌21的第一出液口112和壳体11的第一进液口111之间设置有热交换器7，热交换器7的出口处设置有碱液温度检测计71，第一碱液灌21和热交换器7之间依次设置有第一控制阀41、第一抽水泵42、第二控制阀43、第一流量检测计44和第三控制阀45，第三管道5的一端连接在第一控制阀41和第一抽水泵42之间，第三管道5上依次设置有第四控制阀51、第二抽水泵52、第五控制阀53和第二流量检测计54。热交换器7的作用是给碱液降温，因为化学反应会产生一定的热量，温度过高会影响反应效率或设备的使用寿命以及存在安全隐患等，第一控制阀41、第一抽水泵42、第二控制阀43、第一流量检测计44、第三控制阀45、第四控制阀51、第二抽水泵52、第五控制阀53和第二流量检测计54的设置不仅可以保证系统的流畅性，使用过程更安全可靠，也能提高脱硫效率和精度，降低成本。
上述第一碱液灌21上设置有第一液位计213和第一浓度测量计214，第二碱液灌22上设置有第二液位计223和第二浓度测量计224，所述出气口114处设置有压力检测计1141和气体温度检测计1142。第一液位计213、第一浓度测量计214、第二液位计223和第二浓度测量计224的设置可提高设备的精确度，压力检测计1141和气体温度检测计1142的设置可提高安全性和可靠性。
上述环形挡板121由内向外呈多层设置，相邻环形挡板121之间间隔设置，所述环形挡板121设置在转盘12的上表面，上表面为向下倾斜的斜面。相邻环形挡板121的间距分别为d1、d2、d3....dn，离中心轴越远的dn越小，受离心力影响，离中心轴越远，碱液流速越远，根据不同停留时间，设置不同直径的环形挡板121，且各个环形挡板121上的溢流孔1211为由内到外越来越小，碱液经离心力甩出打散过程中，由于溢流孔1211的直径不同，所以碱液被打散呈越来越小的液滴具有更强的捕捉固体颗粒能力，而且转盘12的上表面呈倾斜设置，所以相邻环形挡板121中外层的环形挡板121比内层的环形挡板121要矮，这样内层的碱液在被甩出时就不会被外层的环形挡板121挡回，提高扩散效果。
上述溢流孔1211设置在环形挡板121侧面的上侧，转盘12的上表面设置有沿其径向分布的凸筋122。环形挡板上半部设置溢流孔1211，下半部为无孔结构，具有一定高度，碱液在足够离心力的情况下甩出，无气体进入时碱液因重力作用呈抛物线状态，但由于距离过短，可视为直线运动状态；有气体进入后，因气相推动力作用，不同气速作用，呈现不同曲度的曲线形流向，通过机械旋转碰撞，打散大碱液颗粒，多级雾化，使碱液有足够的比表面积，增大了与废气的接触面积，有利于脱硫，当流量太大时，转盘12时的碱液容易堆积，碱液很难被甩出，凸筋122的表面可以是隆起的弧形或三角形，这样碱液在流过凸筋122时沿其表面会被顶起，起到分散碱液的作用，而且溢流孔1211距离转盘12的上表面有一定距离，凸筋122的设置也能使碱液顺利脱离转盘12上表面，达到溢流孔1211的高度，更容易被甩出。
上述第一进液口111上连接有导流管1111，导流管1111延伸至最内层环形挡板121的内侧的上方，并沿转盘12的旋转方向倾斜设置。第一进液口111一般设置在壳体11的壁上，所以需要设置导流管1111将碱液引致环形挡板121的最内层，不断的由内向外甩出使得碱液能够多次雾化，节省了能耗，除尘效果更好。
上述转盘12由上至下设有若干个，相邻转盘12之间间隔设置，所述转盘12的上方均设有导流管1111，各个导流管1111与各自的第一进液口111连通。优选的以转盘12为三个为例，位于中间的转盘12直径要小于其他两个转盘12，一是为了扩大废气流通的通道，二是为了使碱液分布的更均匀，使中间位置也布满雾化的碱液，增大液体表面积，第一进液口111设置有多个，每个导流管1111对应一个第一进液口111，增加碱液与废气接触的次数，加大脱硫捕捉效果。
上述分布板14由上至下设有若干个，相邻分布板14之间间隔设置，分布板14上还设置有沿其周向间隔分布的气体通道142，所述灌液口115位于最上层分布板14的上方，所述壳体11内壁靠近进气口113的位置设置有导流板116，该导流板116位于进气口113的上方，导流板116为沿靠近壳体11中心的方向斜向下延伸设置。优选的各层分布板14上的分布孔141由上到下越来越小，这样碱液被不断细化，可增加与废气的接触面积，提高脱硫效果，而且降低了能耗，气体通道142为圆形、正方形等其他形状的通孔，方便废气穿过分布板14，避免气体大量堵塞，也有泄压的作用，导流板116的设置是为了避免气体直接上升，让气体有时间在底层充分扩散，而且导流板116位于最下层分布板14的下方，从分布板14流下的碱液能沿着导流板116的斜面往中间流，避免进气口113处的碱液从进气口113溅出。
上述出气口114设置在壳体11的上侧，所述进气口113和第一出液口112设置在壳体11的下侧，所述进气口113和出气口114均为螺纹钢管。进气口113和出气口114位置的设置有利于废气的流通，废气沿下侧方的进气口113进入，受转轴高速旋转产生的离心力的影响，废气在壳体11内下部呈旋涡式，并向上S形流动，经过脱硫后从出气口114排出，第一出液口112的设置有利于杂质和多余碱液的排出，螺纹钢管作为气体进出通道以及输送通道，有利于产生旋风气流，促使粉尘及大液滴沿金属管壁富集，出气口114采用该结构有干燥的作用，使多余的水分粘在出气口114的内壁，进气口113采用该结构有助于废气中夹带的粉尘沉降，以及产生旋风云进入设备后，增加气体本身的流通距离，增加气体与设备内液体的接触时间，提高脱硫效果。
上述驱动装置13包括转轴131以及驱动转轴131转动的电机132，所述转盘12固定设置在转轴131上。电机132带动转轴131转动，从而带动转盘12转动，施加足够大的离心力，向外甩出碱液，把碱液雾化。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超重力脱硫系统，包括脱硫装置和碱液灌，所述脱硫装置包括壳体、第一进液口、第一出液口、进气口和出气口，其特征在于：所述壳体内设置有用于承接第一进液口流入的碱液并使其雾化的转盘以及驱动转盘转动的驱动装置，所述转盘上设置有沿其周向分布的环形挡板，所述环形挡板上设有溢流孔，所述壳体的内壁上设置有沿其周向分布的分布板，分布板上设置有分布孔，所述分布板的上方设置有灌液口，所述碱液灌包括第一碱液灌和第二碱液灌，第一碱液灌的第二进液口与壳体的第一出液口通过第一管道连通，第一碱液灌的第二出液口与壳体的第一进液口通过第二管道连通，第二碱液灌的第三出液口通过第三管道与第二管道连通，所述出气口上连接有干燥器。
2.根据权利要求1所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述第一碱液灌的第一出液口和壳体的第一进液口之间设置有热交换器，热交换器的出口处设置有碱液温度检测计，第一碱液灌和热交换器之间依次设置有第一控制阀、第一抽水泵、第二控制阀、第一流量检测计和第三控制阀，第三管道的一端连接在第一控制阀和第一抽水泵之间，第三管道上依次设置有第四控制阀、第二抽水泵、第五控制阀和第二流量检测计。
3.根据权利要求1或2所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述第一碱液灌上设置有第一液位计和第一浓度测量计，第二碱液灌上设置有第二液位计和第二浓度测量计，所述出气口处设置有压力检测计和气体温度检测计。
4.根据权利要求3所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述环形挡板由内向外呈多层设置，相邻环形挡板之间间隔设置，所述环形挡板设置在转盘的上表面，上表面为向下倾斜的斜面。
5.根据权利要求1或2或4所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述溢流孔设置在环形挡板侧面的上侧，转盘的上表面设置有沿其径向分布的凸筋。
6.根据权利要求4所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述第一进液口上连接有导流管，导流管延伸至最内层环形挡板的内侧的上方，并沿转盘的旋转方向倾斜设置。
7.根据权利要求6所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述转盘由上至下设有若干个，相邻转盘之间间隔设置，所述转盘的上方均设有导流管，各个导流管与各自的第一进液口连通。
8.根据权利要求1或2或4或6或7所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述分布板由上至下设有若干个，相邻分布板之间间隔设置，位于中间的分布板上设置有沿其周向间隔分布的气体通道，所述灌液口位于最上层分布板的上方，所述壳体内壁靠近进气口的位置设置有导流板，该导流板位于进气口的上方，导流板为沿靠近壳体中心的方向斜向下延伸设置。
9.根据权利要求8所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述出气口设置在壳体的上侧，所述进气口和第一出液口设置在壳体的下侧，所述进气口和出气口均为螺纹钢管。
10.根据权利要求8所述的超重力脱硫系统，其特征在于：所述驱动装置包括转轴以及驱动转轴转动的电机，所述转盘固定设置在转轴上。
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