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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung
von Prozess- oder Industrieabwässern,
wie sie beispielsweise in der verarbeitenden Industrie anfallen.
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In
den verschiedensten Verfahren fallen Prozessabwässer an, bei denen im Wasser
oder einer anderen Flüssigkeit Öle, Lösungsmittel
oder andere Prozessrückstände enthalten
sind. Um diese Prozessabwässer
entweder dem Prozesskreislauf erneut zuführen oder in die Kanalisation
einleiten zu können, ist
die Reinigung dieser Prozessabwässer
erforderlich. Dabei sind insbesondere beim Einleiten in die Kanalisation
bestimmte, teils auch gesetzlich vorgegebene Grenzwerte einzuhalten.
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Um
den Reinigungsgrad vorbekannter Destillationsverfahren zu erhöhen, können mehrere
Reinigungsstufen aneinander gereiht werden, jedoch steigt damit
der apparative Aufwand und der Platzbedarf erheblich. Generell lässt sich
sagen, dass der mit der Reinigung von Prozessabwässern verbundene Kostenaufwand überproportional
steigt, umso höher der
angestrebte Reinigungsgrad ist.
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Die
vorliegende Erfindung geht nun von einem einstufigen Destillationsverfahren
aus, dass einen geschlossenen Energiekreislauf zur Reduzierung des
Energieeintrages hat. Man kennt bereits derartige Aufbereitungsvorrichtungen,
die einen Verdampfer aufweisen, der durch einen Rohrbündel-Wärmetauscher
gebildet ist. Da jedes Destillat auch weiterhin noch einen mehr
oder weniger geringen Anteil an flüchtigen Ölen aufweist, wobei hier Öl nur beispielhaft
auch für
andere flüchtige
polare und unpolare Kohlenwasserstoffe genannt wird, sehen vorbekannte
Aufbereitungsvorrichtungen Koaleszenzorgane vor, die Steinwolle
oder ein Edelstahlgestrick aufweisen können, um beispielsweise den Ölanteil
bei der Abwasserreinigung im Destillat zu vermindern. Solche vorbekannte
Koaleszenzorgane können
jedoch weiterhin ein mehr oder weniger stark ölhaltiges Öl-Wasser-Gemisch nicht vermeiden. Zwar
schwimmt der Anteil freien Öls
im Destillat auf und kann abgeschöpft werden, – das verbleibende Destillat
kann jedoch eine vergleichsweise stabile Öl-Wasser-Emulsion darstellen.
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Es
besteht nun die Aufgabe, eine Aufbereitungsvorrichtung zur Aufbereitung
von Prozess- oder Industrieabwässern
zu schaffen, mit welcher auch die gesetzlich vorgegebenen Abwasser-Grenzwerte deutlich
unterschritten werden können.
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Eine
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe, die eine Aufbereitungsvorrichtung betrifft, in deren Verdampfer
ein Rohrbündel-Wärmetauscher vorgesehen
ist, dessen Reindestillat-Seite
mit einem Trennapparat zum Trennen des Destillats von aufschwimmenden
freien Flüssigkeitsbestandteilen
verbunden ist, sieht vor, dass der Trennapparat und der im Verdampfer
befindliche Rohrbündel-Wärmetauscher
derart angeordnet und/oder umlenkungsfrei miteinander verbunden
sind, dass der Flüssigkeitspegel
im Trennapparat und im Verdampfer in glei cher Höhe ineinander übergehen.
Da das am Austritt des Rohrbündel-Wärmetauschers
anfallende und aus einer Wasserphase sowie einer aufschwimmenden
organischen Phase, z.B. Öl,
bestehende Kondensat praktisch umlenkungsfrei und übergangslos
in den Trennapparat weitergeleitet wird, wird eine Vermischung dieser
beiden Phasen vermieden, die ansonsten der Bildung einer stabilen
Emulsion und/oder Dispersion Vorschub leisten würde. Im Trennapparat kann somit
die aufschwimmende organische Phase aus dem Kondensat gesammelt
werden, damit diese Phase durch das Vakuum anschließend wieder
zurück
in den Verdampfer abgesaugt werden kann. Darüber hinaus lässt sich
das Dampfgemisch vom Rohrbündel-Wärmetauscher
auf einen zusätzlichen
weiteren Rekuperator oder dergleichen Wärmetauscher führen und
soweit abkühlen,
dass sowohl das Wasser als auch die leicht flüchtigen Lösemittel sowie die im Dampf
gelöste
Organik kondensiert und separat ausgeschleust bzw. in den Verdampfersumpf
zurückgesaugt
werden kann. Dadurch lassen sich deutlich bessere Destillatqualitäten erreichen.
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Ein
weiterer Lösungsvorschlag
von eigener schutzwürdiger
Bedeutung, der eine Aufbereitungsvorrichtung mit einem Verdichter
betrifft, der den vom Verdampfer kommenden Reindampf verdichtet,
sieht vor, dass der Verdichter den vom Verdampfer kommenden Reindampf
etwa auf atmosphärischen
Druck verdichtet. Da bei diesem Lösungsvorschlag der Reindampf
nicht übermäßig, sondern
nur etwa auf atmosphärischen
Druck verdichtet wird, bevor er beispielsweise in einem Rohrbündel-Wärmetauscher kondensieren kann,
wird der Bildung stabiler Öl-Dampfgemische
entgegengewirkt.
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Die
oben stehenden Lösungsvorschläge lassen
sich auch bei einem Wärmepumpenverdampfer verwirklichen.
Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform,
bei welcher der Verdampfer zur Verdampfung mittels mechanischer
Brüdenverdichtung
bestimmt ist.
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Ein
weiterer Lösungsvorschlag
gemäß der Erfindung,
die ebenfalls eine Aufbereitungsvorrichtung mit einem Verdichter
betrifft, der den vom Verdampfer kommenden Reindampf verdichtet,
sieht vor, dass in der Saug- und/oder Druckleitung des Verdichters
ein Temperatursensor angeordnet ist, dass in der Saugleitung des
Verdichters eine vom Trennapparat kommende Destillatleitung mündet, in
die ein Steuerventil zwischengeschaltet ist, und dass das Steuerventil
zur Kühlung
des Verdichters derart mit dem Temperatursensor in Steuerverbindung
steht, dass das Steuerventil in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor
erfassten Temperatur öffnet
oder schließt.
Dabei bildet der Temperatursensor und das Steuerventil einen Regelkreis,
der die für
den Brüdenverdichter
erforderliche Kühlung
durch kontinuierliche Einspritzung von Destillat bewirkt.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn das Ventil ein in Abhängigkeit
von der vom Temperatursensor erfassten Temperatur öffenbares
Proportionalventil ist, um damit konstante Prozessverhältnisse zu
schaffen, die der Bildung einer Emulsion, Dispersion oder Suspension
entgegenwirken.
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Ein
weiterer Lösungsvorschlag,
der eine Aufbereitungsvorrichtung mit einem Verdampfer betrifft, in
dem ein Rohrbündel-Wärmetauscher
vorgesehen ist, dessen Reindestillat-Seite mit einem Trennapparat
zum Trennen des Destillats von aufschwimmender organischer Phase
oder dergleichen freien Flüssigkeitsbestandteilen
verbunden ist, sieht vor, dass dem Trennapparat eine Niveauregulierung
zugeordnet ist, die bei Unterschreiten eines Flüssigkeitspegels ein Druckentlastungsventil öffnet und
die bei Überschreiten
eines Flüssigkeitspegels
das Druckentlastungsventil schließt. Die vom Verdampfer kommenden
Inertgase sowie nicht-kondensierte, leicht-flüchtige Dämpfe können im Trennapparat zu einer
unerwünschten
Druckerhöhung
führen.
Bei einem erhöhten
Druck besteht jedoch die Gefahr, dass die auf dem Destillat aufschwimmenden
organischen Flüssigkeitsbestandteile
sich mit der übrigen
Flüssigkeit
erneut zu einer Emulsion, Dispersion oder Suspension verbinden. Über eine
im Trennapparat vorgesehene Niveauregulierung wird ein übermäßiger Druckanstieg
im Trennapparat vermieden; durch das im Trennapparat und im Verdampfer
ansammelnde Inertgas wird der Flüssigkeitspegel
nach unten gedrückt.
Bei Unterschreiten eines Flüssigkeitspegels in
Folge des im Trennapparat ansteigenden Gasdruckes wird ein gegebenenfalls
auch federbelastetes Druckentlastungsventil geöffnet, welches sich erst bei Überschreiten
eines ebenfalls festgelegten Flüssigkeitspegels
wieder schließt.
Da mittels dieser im Trennapparat vorgesehenen Niveauregulierung druckkonstante
Prozessverhältnisse
sowohl im Verdampfer als auch in dem mit ihm verbundenen Trennapparat
geschaffen werden, wird die angestrebte strömungsberuhigte Konstruktion
der erfindungsgemäßen Aufbereitungsvorrichtung
wesentlich begünstigt.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn das Druckentlastungsventil in
eine vorzugsweise vom Verdampfer kommende Druckentlastungsleitung
zwischengeschaltet ist. Durch Öffnen
des in die Druckentlastungsleitung zwischengeschalteten Druckentlastungsventils
kann ein im Trennapparat sowie im Verdampfer herrschender Überdruck über den
Verdampfer abgeführt
und der Druck in der erfindungsgemäßen Aufbereitungsvorrichtung
konstant gehalten werden.
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Um
die im Trennapparat sowie im Verdampfer angesammelten Gasanteile
bei einem entsprechenden Druckanstieg abführen zu können, ist es zweckmäßig, wenn
die zum Druckentlastungsven til führende
Einlassöffnung
im Rohrbündel-Wärmetauscher
des Verdampfers oberhalb des oberen Flüssigkeitspegels angeordnet
ist.
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Nach
einem weiteren Lösungsvorschlag,
der eine Aufbereitungsvorrichtung mit einem Verdampfer betrifft,
in dem ein Rohrbündel-Wärmetauscher
vorgesehen ist, dessen Reindestillat-Seite mit einem Trennapparat zum Trennen
des Destillats von aufschwimmender organischer Phase oder dergleichen freien
Flüssigkeitsbestandteilen
verbunden ist, sieht vor, dass der Trennapparat über eine Rohrleitung mit der
Reindampf-Seite des Rohrbündel-Wärmetauschers
und/oder mit dem Verdampfersumpf verbunden ist, und dass die Einlassöffnung dieser
Rohrleitung zum Abscheiden aufschwimmender Flüssigkeitsbestandteile mit Abstand
unterhalb des oberen maximalen Flüssigkeitspegels angeordnet
ist. Somit kann die im Trennapparat aufschwimmende organische Phase über die
Rohrleitung dem Verdampfersumpf zugeführt und damit dem Aufbereitungsprozess
erneut unterzogen werden, während
dass unterhalb der organischen Phase im Trennapparat befindliche
Destillat weiteren Anwendungen oder Aufbereitungsschritten zugeführt werden
kann.
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Ein
anderer Lösungsvorschlag,
der eine Aufbereitungsvorrichtung mit einem Verdampfer betrifft, in
dem ein Rohrbündel-Wärmetauscher
vorgesehen ist, sieht vor, dass dessen Druckentlastungsleitung über einen
Rekuperator oder dergleichen Wärmetauscher
geführt
ist, der zum Abkühlen
nicht-kondensierter, leicht flüchtiger
Dämpfe
mit einer zum Verdampfer führenden
Abwasserleitung verbunden ist. Somit können die nicht-kondensierten,
leicht-flüchtigen
Dampfanteile von dem zum Verdampfer strömenden Prozessabwasser gekühlt werden,
während das
aufzubereitende Prozessabwasser bis knapp unter die Verdampfungstemperatur
erwärmt
wird. Somit können
auch die leicht-flüchtigen
Dampfanteile, wie zum Beispiel Alkohol oder Ammoniak, im Rekuperator
kondensiert und ausgeschieden werden. Der Rekuperator begünstigt den
geringen Energieverbrauch in der erfindungsgemäßen Aufbereitungsvorrichtung und
ermöglicht
ein deutliches Unterschreiten der vorgegebenen Abwasser-Grenzwerte.
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Um
die Kondensatqualität
zusätzlich
zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn dem Rekuperator oder dergleichen
Wärmetauscher
zumindest eine Koaleszenzstufe und/oder wenigstens ein Aktivkohlefilter
nachgeschaltet ist.
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Dabei
sieht eine bevorzugte Weiterbildung gemäß der Erfindung vor, dass in
der Druckentlastungsleistung, vorzugsweise in dem dem Rekuperator
oder dergleichen Wärmetauscher
nachgeschalteten Leitungsabschnitt, ein Temperatursensor vorgesehen
ist, der bei Überschreiten
eines festgelegten Maximalwertes die Ausförderung des im Verdampfer bei
der Destillation entstandenen Rückstandes
auslöst.
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Nachstehend
werden die oben genannten Lösungsvorschläge anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
noch näher
beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 das
Prinzipfließbild
einer Aufbereitungsvorrichtung, in der Prozess- oder Industrieabwässer mittels
mechanischer Brüdenverdichtung
in einem Verdampfer aufbereitet werden können, und
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2 den
Verdampfer der in 1 dargestellten Aufbereitungsvorrichtung
im Bereich seines Verdampfersumpfes.
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In 1 sind
die wesentlichen Bestandteile einer Verdampferanlage 1 in
einem Prinzipfließbild dargestellt.
Die in der Verdampferanlage 1 aufzubereitende oder wiederzugewinnende
Flüssigkeit
wird über
einen Abwasser-Eintritt 2 angesaugt und tritt in einen
Rekuperator 3 ein, in welchem das aufzubereitende Prozessabwasser
die von einem Verdampfer 4 ablaufenden und aus Inertgas
sowie nicht-kondensierten, leicht-flüchtigen Stoffen bestehenden Dampfanteile
abkühlt
und sich dabei bis knapp unter die Verdampfungstemperatur erwärmt.
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Von
dort wird das Prozessabwasser in den Verdampfer 4 durch
das in ihm erzeugte Vakuum gesaugt. Im Verdampfer 4 ist
ein vom Reindampf durchströmter
Rohrbündel-Wärmetauscher 5 angeordnet, an
welchem die Flüssigkeit
sich noch mehr erwärmen und
verdampfen kann. Dabei bleiben Schmutzpartikel sowie schwerer siedende
Flüssigkeiten
als Rückstand
zurück
und werden automatisch über
ein Ablassventil abgelassen, sobald eine bestimmte Konzentration
erreicht ist.
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Der
aus dem Prozessabwasser entstandene und von den Schmutzpartikeln
sowie den schwerer siedenden Flüssigkeiten
befreite Reindampf wird über
einen Abscheider 6 von einem Verdichter 7 angesaugt,
um mittels des Verdichters 7 von einigen 100 Millibar auf
zumindest atmosphärischen
Druck verdichtet und dem im Verdampfer 4 befindlichen Rohrbündel-Wärmetauscher 5 zugeführt zu werden. In
diesem Kondensator 5 kondensiert der Reindampf und gibt
die frei werdende Kondensationsenergie an die die Rohrbündel umgebende
Flüssigkeit
ab.
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In 2 ist
der Verdampfer 4 sowie der mit ihm verbundene Trennapparat 8 dargestellt.
Der Dampf kondensiert im Rohrbündel-Wärmetauscher 5,
so dass sich das Destillat im Bodenbe reich diese Rohrbündel-Wärmetauschers 5 ansammeln
kann; dabei ist der Rohrbündel-Wärmetauscher 5 mit
dem Trennapparat 8 derart verbunden, dass die auf dem Destillat
aufschwimmende organische Phase vom Destillat getrennt und das Destillat
mittels eines im Trennapparat 8 vorgesehenen und beispielsweise aus
Steinwolle oder aus einem Edelstahlgestrick bestehenden Koaleszenzorgan 9 von
freien Öl-Anteilen zusätzlich weitgehend
gereinigt werden kann. Dabei sind der Verdampfer 4 und
der Trennapparat 8 derart umlenkungsfrei miteinander verbunden,
dass der Flüssigkeitspegel
im Trennapparat 8 einerseits und im Verdampfer 4 andererseits
in gleicher Höhe
ineinander übergehen.
Durch diese umlenkungsfreie und somit strömungsberuhigte Verbindung von
Verdampfer 4 und Trennapparat 8 wird einer erneuten
unerwünschten
Vermischung der organischen Phase und der leicht flüchtigen
Dämpfe
im Kondensat entgegengewirkt.
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Ein
Teil des im Trennapparat 8 befindlichen Destillats wird
zur Kühlung
des beispielsweise als Wälzkolbenpumpe
ausgebildeten Verdichters 7 verwendet. Dazu ist der Trennapparat 8 über eine,
mit einem Proportionalventil 11 versehene Leitung 22 saugseitig
mit dem Verdichter 7 verbunden. In der vom Verdichter 7 kommenden
Druckleitung ist dazu ein Temperatursensor 11 vorgesehen,
der die Verdichtungsendtemperatur erfasst und in Abhängigkeit von
der ermittelten Temperatur das Proportionalventil derart öffnet, bis
die Verdichtungsendtemperatur auf einen festgelegten Sollwert abgesenkt
und konstant gehalten ist.
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Da
der Aufbereitungsprozess in der Aufbereitungsvorrichtung als geschlossenes
System ausgeführt
ist, könnte
eine zunehmende Anreicherung nicht kondensierter Inertgase und leicht-flüchtiger Dämpfe im
Rohrbündel-Wärmetauscher 5 zu
einer entsprechenden Druckerhöhung
führen.
Die während
des Aufbereitungsprozesses zunehmende Menge von Inertgas presst
das Destillat im Trennapparat 8 unter einen definierten
Flüssigkeitspegel.
Im Trennapparat 8 ist eine Niveauregulierung 12 vorgesehen, die
bei Unterschreiten eines bestimmten Flüssigkeitspegels das in eine
zum Verdampfer 4 kommende Druckentlastungsleitung 21 zwischengeschaltete Druckentlastungsventil 20 öffnet, bis
dieses Druckentlastungsventil 20 bei Überschreiten eines festgelegten
Flüssigkeitsniveaus
im Trennapparat 8 wieder geschlossen werden kann. Durch
diese niveauregulierte Entlastung des Trennapparats 8 sowie
des mit ihm verbundenen Verdampfers 4 wird der unerwünschten
Bildung ölhaltiger
Emulsionen, Dispersionen oder Suspensionen entgegengewirkt.
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Die
ausgeschleusten Inertgase sowie die leicht-flüchtigen Dämpfe können über die Druckentlastungsleitung 21 aus
dem Verdampfer 4 entweichen und werden im Rekuperator 3 abgekühlt und auskondensiert.
Diese können
eine stabile Emulsion bilden und zu einer als Ölabscheider dienenden Koaleszenzstufe 14 geführt zu werden,
wo die Inertgase über
den Gasauslass 23 als Abluft entweichen. Das verbleibende
Kondensat wird anschließend
durch ein Aktivkohlefilter 15 geleitet, bevor das derart
gereinigte Kondensat einer weiteren Verwendung zugeführt oder
ins Abwassernetz eingeleitet werden kann.
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Da
das im Rekuperator 3 gebildete Kondensat im Vergleich zum
Destillat größere Mengen
an eventuell auch ölhaltigen
Schadstoffen pro Volumeneinheit enthält, kann der Verbrauch an Aktivkohle
im Aktivkohlefilter 15 wesentlich reduziert werden, da mit
dem über
das Druckentlastungsventil 21 kommenden Kondensat nur ein
hochbelasteter Teilstrom durch die Aktivkohle geleitet wird und
die Aktivkohle daher mit einem höheren
Schadstoffanteil beladen werden kann. Da dass über die Druckentlastungsleitung 21 kommende
Kondensat nur etwa 10 Prozent des Destillat-Volumens ausmacht und
da die Aktivkohle mit Hilfe des Kondensats höher beladen werden kann, kann
der Aktivkohlefilter 15 vergleichsweise klein und kompakt
ausgestaltet werden.
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Der
während
des Aufbereitungsprozesses im Verdampfer 4 als Verdampfersumpf
verbleibende Rückstand
wird über
das bereits oben erwähnte
Ablassventil automatisch abgelassen. Um den Zeitpunkt der Ausförderung
des Rückstandes
in Abhängigkeit
von einem Prozessparameter bestimmen zu können, wird die Temperatur des
vom Verdampfer 4 kommenden und im Rekuperator 3 abgekühlten Kondensats
mittels eines Temperatursensors 16 gemessen, bevor das
Kondensat zur weiteren Aufbereitung der Koaleszenzstufe 14 und
dem nachfolgenden Aktivkohlefilter 15 zugeführt wird.
Die Temperatur dieses Kondensats nimmt nämlich mit der Aufkondensation
des im Verdampfer 4 verbliebenen Rückstands zu. Erreicht die Temperatur
des Kondensats einen festgelegten Maximalwert, wird die Ausförderung
des im Verdampfer 4 verbliebenen Rückstandes durch Öffnen des
Auslassventiles ausgelöst.
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Ein
im Trennapparat 8 eventuell noch aufschwimmender Ölanteil
wird dort abgepumpt und entweder in den Verdampfersumpf oder – über die Rohrleitung 17 – in den
Abscheider 6 zurückgesaugt, um
dort erneut dem Aufbereitungsprozess zugeführt zu werden. Der vom Verdampfer 4 kommende
Reindampf wird mittels des Verdichters 7 nur etwa auf Atmosphärendruck
verdichtet, wodurch der Bildung einer unerwünschten Öl-Wasser-Emulsion entgegengewirkt
wird.