DE1767271A1

DE1767271A1 - Einrichtung fuer die Beruehrung von mindestens zwei Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1767271A1
Application number: DE19681767271
Authority: DE
Inventors: Josef Landa; Jaroslav Prochazna; Frantisek Souhrada
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1971-09-09
Also published as: FR1571433A; SE334863B; DE1767271B2; CH499999A; DE1767271C3; GB1221721A; US3488037A; NL6805588A

Description

PATENTANWALT

12. Juni 197) Aktenz.: P 17 67 271.8-41 Anw,- Akte: 75.7Ö

PATENT A N M E L D U 11 G

Anmelder: Ceskoslovenska akademie ved, Praha

Titel: Einrichtung für die Berührung von mindestens z'.vei Flüssigkeiten

Die firfindung betrifft eine Einrichtung für die Berührung von mindestens zwei sich unvollkommen miteinander mischenden Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte, bestehend aus einem senkrecht gestellten Gefäß, z.B. in der Form eines Zylinders, versehen mit Stutzen für die Zu- und Ableitung von Flüssigkeiten, mit mindestens zwei Gruppen waagerechter übereinander angeordneter und mit Löchern versehener Böden, wobei die Böden einer gegebenen Gruppe untereinander fest verbunden und die Böden verschiedener Gruppen sich in der senkrechten Richtung abwechseln, während mindestens eine Gruppe der Böden unter Ausschließung einer übereinstimmenden Bewegung benachbarter Böden umkehrbar beweglich ist,

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Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich für die Trennung von flüßigen Mischungen durch Extraktion oder Absorption, bzw. auch als Reaktor bei der Durchführung öhemischer Reaktioneh in mehreren Phasensystemen.

Es ist allgemein bekannt, daß die Masse- oder ϊ/ärmeübertragung bzw, Llasse- und v/ärmeübertragung zwischen verschiedenen, in den Kolonnen bearbeiteten Phasen durch eine umkehrbare verschiebende Bewegung günstig beeinflußt werden kann. Einrichtungen dieser Art, insbesondere für die Extraktion konstruierte, besitzen die gemeinsame Eigenschaft, daß allen Böden die gleiche Vibrationsbewegung erteilt wird» Eine solche Konstruktionsanordnurig ist allerdings nachteilig, da sich benachbarte Boden in ihrer Tätigkeit gegenseitig nachteilig beeinflussen. Zweck der Vibrationsbewegung der Böden ist es nämlich, den Druck auf der einen Seite des Bodens periodisch zu steigern und ihn auf der anderen Seite periodisch herabzusetzen. Bewegen sich aber benachbarte Böden in der gleichen Richtung, bewirkt zwar einer dieser Böden eine Steigerung dee Druckes in der Flüssigkeit zwischen benachbarten Böden, aber der zweite Boden verursacht eine ganz verschiedene Wirkung, sodaß kein wisentlich gutes Resultat beim Arbeitsvorgang erzielt werden kann.

Zweck der Erfindung ist es, den erwähnten Nachteil zu beseitigen.

Das tfesen der Erfindung besteht in einer konstruktiven

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Anordnung, bei der die Amplitude und (oder Phase und) oder Frequenz der Schwingung der gegenseitigen Bewegung benachbarter Gruppen von Böden verschieden ist*

Die Erfindung fehl von der Erkenntnis aus, daß die Nachteile der bisher bekannten Einrichtungen durch Verwendung einer Einrichtung beseitigt werden können, in der ein wesentlicher Teil der Böden in senkrechter Richtung eine derartige Vibrationsbewegung ausführt, daß sich in Verlauf der Schwingung die Entfernung gegenüber benachbarten Böden ändert· Eine Änderung der Entfernung zwischen benachbarten Böden im Verlauf der Schwingung kann dabei auf verschiedene Weise erzielt werden, benachbarte Boden können z.B. mit verschiedener Amplitude schwingen, oder die Phasen der Schwingungen benachbarter Böden können gegeneinander verschoben werden, oder die Böden können mit verschiedener Frequenz schwingen, oder es können alle erwähnten Arten der Bewegung unterschiedlich untereinander kombiniert werden. Bei der konstruktiven Anordnung kann auch,das Abwechseln schwingender und unbeweglicher Böden verschieden kombiniert werden. Durch alle diese Maßnahmen sichert man, daß benachbarte Böden sich in ihrer Tätigkeit gegenseitig günstig beeinflussen.

Wird ein System von zwei Sätzen von abwechselnd übereinander angeordneten Böden erwogen, kann die Amplitude, Frequenz und Phase der schwingenden Bewegungen, durch die im Verlauf der Schwingung eine veränderliche Entfernung der schwingenden Böden gegenüber den benachbarten Böden erzetULt wird, kombiniert werden. Es können dabei die in der nachstehenden

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Tabelle I angeführten sieben Fälle entstehen.

Tabelle I

Mögliche Kombinationen von Parametern schwingender Bewegung von Böden im Falle eines Systems von zwei Sätzen von Böden

Kombination (v=verschieden, g= gleich)

1 II III IY Y VI YII Amplitude ν ν g g g ^ ν Frequenz ν g ν g ν g ν Phase vggvvvg

Fig. 6 zeigt die ersten vier Kombinationen der Tabelle· Zeile a der Figur zeigt Kombination I der Tabelle, JSin Satz von Boedeii II ist unbeweglich, während ein zweiter Satz von Boeden I eine schwingende Bewegung ausführt. Es handelt sich also um den Fall, in dem die beiden Bodensätze eine unterschiedliche Amplitude, Frequenz und Phase besitzen.

Zeile b der Figur zeigt Kombination II der Tabelle. Die· feeiden Bodensätze bewegen sich und unterscheiden sich in ihrer Amplitude, wobei ihre frequenz und .Phase die. glgiche ist. , , - :

Zeile c der Figur zeigt Kombination III der Tabelle. Die beiden Bodensätze besitzen zwar die gleiche Amplitude und; Phase, aber eine unterschiedliche Frequenz.

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Zeile d der Figur zeigt Kombination IY. Hier unterscheidet sich die Bewegung der beiden Bodensätze in ihrer Phase, während sie die gleiche Frequenz und Amplitude besitzt·

Mit anderen Worten ausgedrückt: Bei der Kombination IV, d.h. im Falle, wo von drei aufeinanderfolgenden Böden der erste und der zweite sich einander nähern, während sich der zweite und dritte Boden voneinander entfernen, kommt es ii Raum zwischen dem ersten und zweiten Boden infolge dieser Böden zu einer Drucksteigerung und im Raum zwischen dem zweiten und dritten Boden zu einer Druckverminderung, wiederum infolge der gemeinsamen Wirkung der beiden Böden. Im Vergleich mit bisher bekannten Vorgängen, wo sich alle Böden in der gleichen Weise bewegen, führt der erfindungsgemäße Vorgang bei der gleichen Amplitude und Frequenz der Schwingungen der beiden Bodensätze zur Vergrößerung der Triebkräfte, welche das Pumpen und die Dispersion der Phase hervorrufen. Dabei kommt selbstverständlich die zugeführte Energie beim eigentlichen Arbeitsvorgang wirksamer zur Geltung. Eine solche Anordnung ist auch vom mechanischen Standpumkt aus vorteilhaft, da

1. die konstruktiven Antriebselemente gleichmäßiger belastet sind,

2. die periodische Druckschwankung in der Kolonne dadurch herabgesetzt wird, daß sich die Druckwirkungen der einzelnen Böden nicht addieren, und

3· die Vibrationsbewegung kein Zittern der Kolonne verur-

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sacht, da die durch Zugstangen auf die Kolonne übertragene resultierende Kraft im Verlauf der gesamten Schwingung Hull isto

Diese Vorteile sind insbesondere bei Einrichtungen von sehr großen Dimensionen von besonderer Bedeutung,

Ist im Gefäß ein System von drei Bodensätzen angeordnet, ist die Anzahl der möglichen Kombinationen der erwähnten Parameter der schwingenden Bewegungen wesentlioh höher. Die Zeilen e,f und g in Fig. 6 zeigen drei Beispiele solcher Kombinationen.

Z.eile e zeigt den Fall, wo ein Bodensatz II unbeweglich ist, während die schwingenden Bewegungen der weiteren zwei Sätze I und III sich durch ihre Amplitude unterscheiden, wobei aber die Frequenz und Phase die gleiche bleibt.

Zeile f zeigt den Fall, wo alle drei Bodensätze I, II, und III schwingende Bewegungen ausführen, die sich nur durch ihre Phase voneinander unterscheiden, während ihre Amplituden und Frequenzen übereinstimmen.

Zfiile g zeigt den Fall, wo alle drei Böden I, II und III die gleiche Bewegungsfrequenz besitzen,,während sich die Bewegungen eines Paares I und II durch ihre Phase, die Bewegungen des zweiten Paares I und III durch ihre Amplitude und Bewegungen des dritten Paares II und III durch ihre

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Amplitude und 1 hase unterscheiden_e

Zum Unterschied vom Fall, in dem alle Böden die gleiche Vibrationsbewegung ausführen, wird durch dio erfindungsgemäße Einrichtung auch die Tendenz zur Riicrvermischung der Phasen, was die Wirksamkeit der Einrichtung herabsetzen könnte, verringert,*

Die beschriebene Vibrationsbewegung kann für die Dispergierung unvollkommen mischbarer Flüssigkeiten bei verschiedenen technologischen Prozessen verwendet werden. Dabei können die Flüssigkeiten, die in Berührung gebracht werden sollen, entweder im Gegen- oder Gleichstrom durch die Einrichtung geführt werden«

Das Gefäß, in dem die erwähnten Böden angeordnet sind, muß selbstverständlich mit Zuleitungs- und Ableitungsstut^en am oberen und unteren Ende derart versehen werden, daß der erforderliche Gegen- oder Gleichstrom der dispergierten Flüssigkeiten verwirklicht werden kann* Außerdem kann das Gefäß an verschiedenen Stellen auch mit weiteren Zuleitungs- und Ableitungsstutzen für weitere Gegen- oder Gleichströme von Flüssigkeiten oder Gasen versehen werden.

Die Konstruktion der perforierten Böden kann natürlich verschieden sein. Wie bekannt, sind Böden mit besonderen Löchern zur Zerstreuung der dispergierten Phase und mit besonderen Durchgängen für die kontinuierliche Phase, die mit einem senkrechten Rohr an aer Seite des Bodens,

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or/g,_NAl

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zu der die dispergierte Phase strömt, versehen sind,, von besonderem Vorteil«, Die Durchgänge für die kontinuierliche Phase besitzen eine wesentlich größere Querschnittfläche als die einzelnen Löcher für die dispergierte Phase. Dabei können die Durchgänge für die kontinuierliche Phase entweder als Löcher im Boden oder als Zwischenräume zwischen dem Umfang des Bodens oder eines Teiles des Bodens und der Wand des Gefäßes ausgeführt werden. Solche einfache Durchgänge für die kontinuierliche Phase sind aber mit dem Nachteil behaftet, daß sie eine erneute Rückvermischung insbesondere in der kontinuierlichen Phase beeinträchtigen.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine Maßnahme zu schaffen, um diesen Nachteil zu beseitigen. Diese Maßnahme besteht darin, daß am unteren Ende des Rohres für den Durchgang der kontinuierlichen Phase eine ausrichtende Zwischenwand in einer derartigen Entfernung angebracht wird, daß die Dui-chflußf lache zwischen der Zwischenwand und dem Ende des Rohres mindestens die Hälfte und höchstens das Doppelte der Fläche des Durchgangs für die kontinuierliche Phase beträgt. Das gleiche Resultat k^nn erzielt werden, falls das Rohr für den Durchgang der kontinuierlichen Phase durch einen Boden abgesperrt wird und falls der Mantel des Rohres in der Nähe des Bodens mit mindestens einem Loch versehen wird. Die ausrichtende Zwischenwand kann entweder an irgendeinen unbeweglichen Teil der Ein?- richtung oder an einem eine schwingende Bewegung ausführenden Teil befestigt werden.

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Der Wirkungsgrad der Einrichtung kann dadurch gesteigert werden, daß der Durchfluß von Flüssigkeiten durch die •Undichtigkeit zwischen dem Jefäß und dem Hand des Bodens verhindert wird. Jie bekannt, kann dies entweder dadurch erzielt werden, daß die Böden an ihrem Umfang mit einem senkrechten Bord versehen werden, oder es wird der Zwischenraum zwischen dem Boden und der Wand des Gefäßes durch eine elastische Dichtung abgedichtet.

Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erklärt werden. Der ülrfindungsbereich wird aber durch diese Ausführungnbeispiele nicht beschränkt.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer senkrechten zylindrischen Kolonne und zwei Tragstangen, an denen Böden derart befestigt sind, daß stets ein an einer Tragstange befestigter Boden mit einem an der zweiten Tragstange befestigten Boden abwechselt.

Fig. 2 zeigt eine anderes Ausführungsbeispiel mit einer senkrechten zylindrischen Kolonne und zwei gegabelten Tragstangen in der Form eines umgekehrten Buchstabens U. Die Böden sind an diesen gegabelten Stangen derart befestigt, daß stets ein an einer Stange befestigter Boden mit einem an der zweiten Stange befestigten Boden abwechselt.

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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel.. Hier sind Ln einer senkrechten zylindrischen kolonne drei Tragstangen angeordnet, an denen die Buden folgendermaßen befestigt sind: Die Böden einer Gruppe sind in ihrer Latte an einer der Tragstangen und die Böden der zweiten Gruppe außerhalb ihrer i.iitte an zwei weiteren Tragstangen derart befestigt, daß stets ein Boden der ersten Gruppe mit einem üoden der zweiten Gruppe abwechselt. Die an einer Stange in ihrer Mitte befestigten-üoden sind umkehrbar verschiebbar, während die anderen an den mit zwei weiteren Stangen befestigten Böden unbeweglich sind.

Fig. 4a, b, und c zeigen an den Böden befestigte Zwischenwände, welche die Hichtung beeinflussen, im weiteren itichtungsz wischenwände.

Gemäß Fig. 4a besitzt die Zwischenwand die Form einer Platte, gemäß Fig. 4b besitzt die Üichtungszwischenwand die Form eines Doppelkegels und gemäß Fig. 4c ist das Rohr für dan Durchgang der kontinuierlichen Phase durch einen Boden abgesperrt und in der Nähe des letzteren ist der Mantel des fiohres mit Auslaßöffnungen versehen.

Fig. 5a_t b, c und d zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Abdichtung der Böden am Mantel des Gefäßes.

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•Jemä.t Fig. 'ja wira ein elastischer, in einem äußeren xting angebrachter j-.bdiohluiig-sring verwendet, in rig. 5b ist der elastische ^dichtungsring an den äußeren, zum Tragen di<^e:: Λ.jir;;:tjngsringes angepaßten Bodenrand gezogen, remai. Fig. 5c wird eine Abdichtungsmanschette verwendet und :'ig. y'\ zeigt schließlich die nbdiortung des j-'odens α ."oh einen geren einen elastischen rang gedrückten lang.

u'iü xwv.i rij.;. ι er:; j .·;:11 .ioh, ist das senkrechte zylindrische uefüL" 1 n.it einer Zuleitung 2 für die Phase A₁ einer Zuleitung 5 für die Phase L·, einer Zuleitung· 4 für die rhrise C uud weiter mj.t einer ableitung ^:j für die Phase α, (i!:-j· />.;,] t-i tun,: 6 für die Phase i-> und einer Ableitung 7 M" die Phase G versehen. In diesem Gefäß sin;" u;;;.kehrl;:y uev;eglich cwei parallel ;•iigocj-dnete otangen ο und " ";iile}'_;;ebracht, an denen ijüden IG und 11 befestigt ;:ii,;. Jie ctange 8, an der dir jjöden 10 befestigt sind, wird fiurch Öffnungen von an >,er stange 9 befestigten i.-öden 11 geführt, ^ie Gtange 9, an v.elciier die boden H Lefestigt sind, geht frei durch iffnungen in den an aej¹ ,„lange 8 befestigten Böden 1^ hindurch. Böden an der einen otange wechseln mit Böden -n der zweiten stange ab.

Fig. 2 zeigt den Körper 1 eines zylindrischen mit der Zuleitung 2 der Phase A, der Zuleitung 3 der

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Phase B, der Ableitung 5 der Phase A und der ableitung 6 der Phase E. Im Gefäß befinden sich zwei umkehrbar verschiebbare Stangen b und 9, deren beide Arme sich in der Form eines umgekehrten Buchstabens U gabeln. Die Beden 10 sind an zwei Stellen an die beiden Arme der Stange 8 und die Böden 11 sind an zwei Stellen an die beiden Arme der Stange 9 befestigt. Jn den Bödeu 10 sind an zwei Stellen des liandes Ausschnitte angeordnet, durch welche dir- Arme der Tragstange 9 hindurchgehen. In den Duden 11 sind ebenfalls an zwei Stellen des Randes Aus-' schnitte angeordnet, durch welche die Arme der Tragstange B hindurchgellen. In der senkrechten Richtung wechseln die I:'"den 10 mit den Böden 11 ab.

Fig. 3 zeigt den Körper 1 eines zylindrischen Gefäßes mit der Zuleitung 2 der Phase A, der Zuleitung 3 der Phase B, der Ableitung 5 der Phase A und der Ableitung 6. der Phase B, Im Gefäß befinden sich drei Tragstangen 8 und 9, an denen perforierte Böden angebracht sind. Die umkehrbar bewegliche Stange 8 trägt die Böden 10,., und dei beiden unbeweglichen Stangen 9 tragen Böden 11. Die Böden 10 sind in ihrer Mitte und die Böden 11 außerhalb ihrer Lütten an ihren Stangen befestigt. Die bewegliche Stange wird durch eine zentrale Öffnung in den Böden 11 und die unbevegiionen Stangen durch zwei seitliche Öffnungen in den Böden 10 geführt.

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Semäß Flg. 4a 1st das itohr 12 mit einem Ende in den Boden 10 eingesetzt, und unter seiner unteren LiUndung feefindet sich ein liiehtungskörper 13 in der Fora einer Platte. In einer anderen Ausführung» die in -Fig. 4b dargestellt i.üt, ist das liohr 12 mit einem Ende in den Boden IO eingesetzt und unter seiner unteren Mündung ist ein llichtimgskörper in der Fora eines Doppelkegels 14 befestigt. Ia einer weiteren Ausführung gemäß Fig, 4o ist ain Rohr 12 alt einem Ende in den Boden 10 eingesetzt und sein unteres Ende ist durch einen Boden 15 abgeschlossen. Im Mantel des Rohrs 12 sind Auolaßöffnungen angebracht.

Die Ränder des Bodens 10 sind gemäß Fig. 5a an der Wand des Körpers 1 abgedichtet. Dazu dient ein elastischer metallischer oder nicht metallischer Abdichtungsring 17» der in einem kontinuierlichen äußeren Hing oder in Fanggliedern I$ gelagert ist. Eine weitere Möglichkeit der Abdichtung zeigt Fig. 5b. Ge*äß dieser Ausführung werden die Bände? des Bodens 10 an der Wasd 1 durch einen elastischen ÄbdieMtffigsring 19 abgedientet» äer über dea äußeres des B©4e«3: 10 gezogen ist. EXm. dritte Ausführung zeigt; Fig* 5e> Der Rasa ctes Bodens 10

des I@:gpe:r$ t
20 aus ela

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BADORiGlNAL

dine weitere-Ausführung zeigt fig. ^d. Der iiand des Bodens ist an der ./and des Körpers I durch einen Ring 21 aus weichem Material abgedichtet, der j arch einen elastischen Hing 22 an die innere wand des Körpers 1 der Kolonne angedrückt wird.

BAD OBiGINAL

Claims

- 15 -PA T E IJ T A II S Γ ά υ C H-E-:

1. i'Jinrichtung· iür die Berührung von mindestens zwei sich unvollkommen miteinander mischenden Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte, bestehend aus einem senkrecht gestellten Gefäß, z. B. in der Form eines Zylinders, versehen mit Stützen für die Zu- und Ableitung von Flüssigkeiten, mit mindestens zwei Gruppen waagerechter übereinander angeordneter und mit Löchern versehener Böden, wobei die Böden einer gegebenen Gruppe untereinander fest verbunden und die Böden verschiedener Gruppen sich in der senkrechten Richtung abwechseln, während mindestens eine Gruppe der roden-umkehrbar beweglich ist, dadurch gehen η zeich η e t , daß die Amplitude und/oder Phase und/oder Frequenz der Schwingung der gegenseitigen .Bewegung benachbarter Gruppen von Böden ver- ' schieden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Körper des Gefäßes (1) mindestens zwei Tragstangen (9-,. 9) angebracht sind, an denen je eine Gruppe von Böden (10, 11 ) derart befestigt ist, daß die Tragstangen (Q)₁ an denen die Böden (10) der ersten Gruppe befestigt sind, durch Ausschnitte oder Öffnungen in den Böden (11)

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der zweiten Gruppe und die Tragstangen (9), an denen die Böden (11) der zweiten Gruppe befestigt sind, durch Ausschnitte oder Öffnungen in den Böden (10) der ersten Gruppe geführt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Böden mit Durchgängen für die kontinuierliche Phase versehen sind, die eventuell an der Seite des Bodens, zu der die dispergierte Phase zuströmt, ein Ansatzrohr tragen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Mündung des .unsatzrohres (1.2) ein Richtungskörper, ζ. ΰ. in der Form einer Platte (13), derart "befestigt ist, daß die Durchflußfläche zwischen der Mündung des Rohrs (12) und dem Richtungskörper mindestens eine Hälfte und höchstens das Doppelte der Querschnitte der Durchflußfläche für die kontinuierliche Phase bildet.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Mündung des Rohrs (12) durch einen Boden (15) abgeschlossen ist, wobei im Mantel des Rohrs (12) Auslaßöffnungen (16) angeordnet sind, deren Gesamtfläche mindestens eine Hälfte und höchstens der doppelten Fläche des Durchflußquerschnittes der kontinuierlichen Phase entspricht.

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6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an der Hälfte des Teils des Urafangs der Böden, der an der i/and des Gefäßes liegt, eine elastische Dichtung, Zc B. ein hohler Hing (18) angeordnet ist.

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