DE2437372A1

DE2437372A1 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen von insbesondere hygroskopischem material wie z.b. holz

Info

Publication number: DE2437372A1
Application number: DE19742437372
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: SADI SOC
Current assignee: SADI SOC
Priority date: 1973-08-02
Filing date: 1974-08-02
Publication date: 1975-02-13
Also published as: FR2239918A5; ES428863A1

Description

P 4O8OO Aire - sur - l'Adour,
Rue Garabetta 2 8 (Prankreich)

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von insbesondere hygroskopischem Material wie z.B. Holz "

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von insbesondere hygroskopischen Materialien aller Art wie z.B. Holz. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung oder Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bereits bekannt, hygroskopische Materialien oder Stoffe wie.insbesondere Holz auf künstliche Weise zu trocknen, um eine lange Lagerung zu vermeiden, die außerdem kostspielig ist, weil sie eine erhebliche Festlegung der Materialien während vieler Jahre erfordert,

Die bekannten Trocknungsverfahren bestehen im wesentlichen darin, daß man unter Ausnutzung des Gesetzes vom hygroskopischen Gleichgewicht auf bzw. über das Holz oder sonstige Material einen Strom von vorher ausgetrockneter und mehr oder weniger erhitzter Luft leitet, der die Feuchtigkeit des Holzes od.dgl. aufsaugt und sie, bevor die Luft wieder in Zirkulation versetzt wird, durch Kondensation oder Verdunstung wieder abgibt, z.B. entweder auf das Niveau von Kältebatterien vom Typ kälteerzeugenden Batterien, oder auf das Niveau von Leitungen, in denen ein Strom von Kühlwasser zirkuliert.

Ein großer Nachteil dieser Verfahren und der zu ihrer Durchführung dienenden Anlagen besteht darin, daß sie die zu trocknenden Materialien angreifen oder schädigen, weil sie dieselben zu plötzlich einer Menge von zu trockener Luft aussetzen, was besonders bei Holz zu einer Trocknung der Oberflächenzone führt, während im Inneren ein feuchter Kern verbleibt, wodurch Risse oder Deformationen verursacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachtelle zu beseitigen und eine gleichmäßige Trocknung insbesondere bei Holz zu erzielen, welches sowohl außen

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an der Oberfläche als auch innen getrocknet wird, ohne seine mechanischen Festigkeitseigenschaften zu verändern und ohne daß Deformationen oder Risse auftreten.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Trocknen durch Feuchtigkeitsentziehung und Heizung der in einem abgeschlossenen, das zu trocknende Material umgebenden Raum zirkulierenden Luft erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß lediglich ein Teil der zirkulierenden Luft entfeuchtet und mit dem anderen Teil der in Zirkulation befindlichen Luft vermischt wird, wodurch es möglich ist, dem Holz heiße Luft zuzuführen, wobei hier mit heißer Luft eine Luft gemeint ist, welche die latente Wärme besitzt, welche notwendig ist, um Wasser in Dampf zu verwandeln. Diese heiße Luft wird progressiv mehr und mehr trocken, und wegen dieser Tatsache trägt ihre Verdunstungskapazität der Diffusionsgeschwindigkeit des Wassers durch die Fasern und Poren des zu trocknenden Materials hindurch Rechnung.

Vorzugsweise ist das Verhältnis der entfeuchteten Luft in der Größenordnung von etwa einem Drittel der in Zirkulation befindlichen Luft, wobei dieses Verhältnis in Abhängigkeit von der Art und der Struktur des zu trocknenden Materials -variieren kann.

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Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ständig ein Gleichgewicht zwischen der Verdunstungskapazität der ausgeblasenen Luft, der Verdunstungsmöglichkeit bzw. dem Verdunstungspotential des in dem Holz od.dgl. enthaltenen Wassers und dem Wasserrejektions- bzw. -ausseheidungsvermögen des Apparates hergestellt bzw. aufrecht erhalten. Dieses Gleichgewicht, welches durch automatische Fluktuation bzw. Schwankungen der Heizkraft erzielt wird, ermöglicht die Erzielung einer Feuchtigkeitsentziehungsleistung, welche der optimalen Leistung nahekommt, ohne daß das zu trocknende Material angegriffen bzw. geschädigt wird.

Eine zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Vorrichtung oder Anlage umfaßt im wesentlichen einen Trocknungsraum und einen Konditionierapparat für die zirkulierende Luft. Erfindungsgemäß hat dieser Apparat eine Umleitung oder Umgehungsleitung, auch "By-pass" genannt, der die Rücklauf- bzw. Wiederaufnahmeluft in zwei Ströme richtet, von denen der eine Strom zur Trocknung führt, während der andere Strom direkt zur Wiederaufheizung führt, auf deren Niveau sich die beiden Ströme wieder vereinigen.

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Jeder Strom bzw. Strömungsweg der so ausgebildeten Umleitung (by-pass) ist erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Regelung seines Durchflusses versehen. Diese Regelvorrichtung kann beispielsweise aus einer verstellbaren Klappe bestehen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung injiziert man die durch thermodynamische Wirkung und„durch das kälteerzeugende System erzeugten Kalorien auf dem Niveau der Verdunstung, um die kälteerzeugende Wirkung davon zu annulieren und um die vorherige Wiederaufheizung des Raumes zu gestalten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die im oberen Niveau des Trocknungsraumes ausgeblasene Luft im unteren Teil desselben in Längskanälen wieder aufgenommen und abgesaugt, wodurch vermieden wird, daß sich Stagnationszonen bilden.

Vorzugsweise sind diese Kanäle zur Wlederaufnahme der Luft von ihrem Ende bis zum Luftkonditionierapparat in Richtung der Luftbewegung erweitert, um eine Bremsung dieser Bewegung oder Strömung zu vermeiden.

Weitere Erfindungsmerkmale sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand

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der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 in einem schematischen Längsschnitt eine Trocknungsvorrichtung oder -anlage gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in einem schematischen Schnitt einen Luftkondit ioni erapparat,

Pig. 3 eine schematische Darstellung des Luftkonditionierapparates und seiner Punktion, und

Pig. 4 eine Draufsicht der Trocknungsvorrichtung oder -anlage nach Pig. I.

Das Verfahren zum Trocknen durch Feuchtigkeitsantziehung der in einem das zu trocknende Material enthaltenden Raum zirkulierenden Luft besteht erfindungsgemäß darin, daß nur ein Teil der in Zirkulation befindlichen Luft dem Prozeß des Peuchtigkeitsentzuges unterworfen wird. Diese entfeuchtete Luft wird gemischt und wieder aufgeheizt mit dem Rest der in Zirkulation befindlichen, zwangsläufig feuchteren Luft. Dadurch erhält man eine Trocknungsluft, deren eigener Partialdruck unterhalb desjenigen des in dem Holz enthaltenen

_ γ —

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Wasserdampfes liegt, was sich durch einen Übergang dieses Wasserdampfes in die Trocknungsluft äußert, deren Verdunstungsfähigkeit* freiwillig auf ein Minimum bei Beginn der Trocknung begrenzt ist.

Die Verdunstungsfähigkeit der Luft genügt, um e inen Übergang des Wasserdampfes zu gewährleisten, wobei aber das zu trocknende Material in einem solchen Feuchtezustand gehalten wird, daß das in dem Material enthaltene Wasser durch dessen Fasern oder Poren hindurch von seiner Mitte zu seiner Oberfläche wandern kann, da nur einem Teil der mit der Feuchtigkeit des Hol-ζ es beladenen Luft, deren Beladung zu Beginn des Trocknung svorganges sehr stark ist, die Feuchtigkeit entzogen wird.

Auf konstante Weise wird ein Gleichgewicht zwischen der Verdunstungskapazität der in den Trocknungsraum ausgeblasenen Luft, dem Verdunstungspotential des in dem Holz od.dgl. enthaltenen Wassers und dem Wasserrejektions- oder -ausscheidungsvermögen des Apparates hergestellt.

Dieses Gleichgewicht gewährleistet die Erzielung einer Entfeuchtungsleistung, welche der optimalen Leistung nahekommt, ohne das Holz oder sonstige Material

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anzugreifen bzw. zu schädigen, da eine zu schnelle Austrocknung der mit dem Holz in Kontakt kommenden Luft vermieden wird, und es ermöglicht einen viel schnelleren Entzug der Feuchtigkeit aus dem Holz als mit Hilfe der bisher bekannten Verfahren.

Das betreffende Gleichgewicht wird erzielt einesteils durch die Teilung der zirkulierenden Luft in zwei Ströme, von denen nur der eine entfeuchtet wird, was eine viel schnellere Trocknung gestattet, wie im folgenden gezeigt wird, und anderenteils durch automatische Fluktuation bzw. Schwankung des HeiζVermögens bzw. Heizwertes. Tatsächlich entspricht eine bestimmte Temperatur der ausgeblasenen Luft ein bestimmter Feuchtigkeitsgrad, der die Absorption der Feuchtigkeit des Holzes durch Übergang entsprechend ihrem Verdunstungsvermögen gestattet; diese beiden Werte sollen im Einklang mit der Wasserrejektions- bzw. -ausscheidungskapazität stehen, ohne zu Störungen des Trocknungsprozesses zu führen.

Die Teilung der Luft in zwei Teilströme, von denen nur einer entfeuchtet wird, ermöglicht einen viel schnelleren Entzug der Feuchtigkeit aus dem zu t rocknenden Material, als dies mit den bisher bekannten Trocknungsverfahren möglich war.

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Wenn man in den Trocknungsraum eine Luft von 25° C und mit 75 # Feuchtigkeit bzw. 14 gr Wasser pro kg trockener Luft ausbläst, hat man eine Enthalpie von 14,6; wobei die Enthalpie die Gesamtwärsme der Misciiung ist, die sich aus trockener Luft, Wasserdampf und Wasser in Tröpfchenform zusammensetzt bei einer gegebenen Temperatur und unter einem gegebenen barometrischen Druck.

Wenn man in den Trocknungsraum 10.000 kg Luft bläst und das Kälteerzeugungsvermögen 30.000 Kälteeinheiten beträgt, erhält man eine Enthalpie von 11,6, weil sich die Luft beim Vorbeiströmen an dem sehr feuchten Holz abkühlt. Die Berechnung dieser Enthalpie wird erhalten, indem man von der Grund- oder Basisenthalpie von 14,6 den Quotienten des Kälteerzeugungsvermögens und der Luftmenge abzieht, welcher Quotient das Maß der Luftentwicklung gibt, also z.B.

= 3, und

10.000

14,6 - 3 = 1-1,6.

Diese Enthalpie von 11,6 entspricht einer Temperatur der Durchströmung der Luft zu. der Kältebatterie von 17,5° C und einem Wassergewicht von 12,5 g pro kg Wiederaufnahmeluft in den. Apparat.

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Daher ist die Feuchtigkeitsentziehung 14 g pro kg trockener Luft weniger 12,5* also 1,5 S Wasser pro kg trockener Zirkulationsluft, d.h. bei einer Menge von 10.000 kg getrockneter Luft würde man 1,5 χ 10.000 = 15·000 g Wasser entziehen, was einem Feuchtigkeitsentzug entsprechen würde, wie er durch Verwendung der bisher bekannten Verfahren erreichbar ist.

Wenn man nach dem Verfahren gemäß der Erfindung die Menge der zur Entfeuchtung gelangenden Luft vermindert und beispielsweise nur 3·000 kg Luft auf dem Verdunster austrocknet, während man den Rest direkt zur Wiederaufheizung umleitet, erhält man bei einer Grundoder Basisenthalpie von 14,6 eine Enthalpie von

30.000

= 10, und

3.000
14,6 - 10 = 4,6,

was einem Gewicht von 5,5 S Wasser pro kg trockener Luft entspricht; dies ergibt einen Feuchtigkeitsentzug von 14 g Wasser pro kg trockener Luft, Grund- oder Basisfeuchtigkeit, weniger 5*5 g Wasser pro kg trockener Luft gleich 8,5 g Wasser pro kg trockener Luft, d.h. bei einer Menge von 3· 000 kg trockener Luft würde man 8,5 χ 3.000 = 25.500 g Wasser entziehen.

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Es ist also mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung eine viel stärkere und viel schnellere Feucht igkeitsentZiehung erzielbar als mit Hilfe der bisher b ekannten Trocknungsverfahren, weil erfindungsgemäß ständig Gleichgewicht herrscht zwischen der Verdunstungsk apazität der Luft, dem Verdunstungspotential des in dem zu trocknenden Material enthaltenen Wassers unter Berücksichtigung der Diffusionsgeschwindigkeit in den Pasern od.dgl., was bedeutet, daß der Übergang des Wasserdampfes erheblicher mit einer feuchteren Luft ist, und gleichermaßen Gleichgewicht dieser beiden Elemente mit der Menge des Wassers herrscht, welche der Apparat ausstoßen kann. Beispielsweise ermöglicht es das Verfahren gemäß der Erfindung, J>0 cbm Eichenholz in 14 Tagen zu trocknen, wobei der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes z.B. von 65 io auf 12 % zurückgeführt wird.

Eine Vorrichtung oder Anlage zum Trocknen gemäß der Erfindung besitzt im wesentlichen einen luftdicht abgeschlossenen Raum 1 aus isolierendem Werkstoff, in welchem das zu trocknende Material 2 wie z.B. Holz angeordnet wird. Dieser Raum umgibt gleichermaßen einen im folgenden näher beschriebenen Konditionierapparat 5, welcher aus seinem oberen Teil 4 Luft ausbläst und in seinen unteren Teil 5 die Luft wieder aufnimmt. Der Boden des Raumes 1 ist mit Rinnen oder Kanälen 6 zur Aufnahme der Luft versehen, um die Entstehung

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von Stagnationszonen zu vermeiden. Vorzugsweise sind diese Rinnen oder Kanäle in Richtung der Vorwärtsströmung der Luft erweitert, damit diese Strömung nicht gebremst wird.

Der Konditionierapparat ist mit z.B. an sich bekannten Einrichtungen zur Energiespeisung ausgestattet. Er weist Elemente einer üblichen Anlage zur Erzeugung von Wärme und Kälte auf, nämlich einen Kompressor 7* einen Verdunster 8, einen Kondensator 9* einen Ventilator 10, um die Luft in Kreislauf zu versetzen, und eine angebaute Heizbatterie 11 zur eventuellen Wiederaufheizung der Luft vor dem Trocknen, um den Trocknungsraum auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen oder seine Temperatur während des Trocknungsvorg anges herabzusetzen.

Dieser Konditionierapparat ist mit einer Umgehung (By-pass) 12 auf dem Niveau der Luftaufnahme versehen, welcher so eingerichtet ist, daß ein Teil der von dem Ventilator angesaugten Luft zum Verdunster 8 geleitet wird, welcher sie austrocknet, wobei die Peucht igkeit durch eine Kondensationsleitung Y$ abgeführt w ird, während der andere Teil der Luft direkt zum Kondensator 9 gelenkt wird. Die Vereinigung dieser beiden Luftströme vollzieht sich auf dem Niveau des

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Kondensators 9» welcher der Luft die Kalorien gibt, die für die latente Verdunstungswärme notwendig sind. Diese Luft wird dann durch denselben kreislauferzeugenden Ventilator 10 in den Trocknungsraum 1 geblasen.

Vorzugsweise sind die beiden Wege der Umleitung (By-pass) mit Vorrichtungen zur Regelung ihrer Durchströmungsmengen versehen, die entsprechend der vorstehenden Darlegungen wichtig sind. Solche Vorrichtung en bestehen beispielsweise aus beweglichen Stellklappen 14.

Die Vorrichtung ist mit einem Regelorgan 15 versehen, welche es ermöglicht, eine konstante Fluktuation der Heizkraft zu erhalten, die durch den Betrieb des Apparates und thermodynamische Wirkung erreicht wird. Der Kondensator ist durch einen kälteerzeugenden Kreis 16 Miblicher Art und thermostatisehe Ventile 17 und einer Steuer- bzw. Betätigungsvorrichtung mit einem äußeren Kondensator 18 verbunden, welcher imstande ist, im Falle e iner das vorstehend beschriebene Gleichgewicht störenden Erhöhung der Heizkraft Kalorien freizumachen.

Wenn nämlich der Austausch der Feuchtigkeit zwischen dem zu trocknenden Material und der zirkulierenden Luft nicht schnell genug vor sich geht, würde die Temperatur der ausgeblasenen Luft die Tendenz zum

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Ansteigen und vor allem zum Stören des Gleichgewichtes haben. Der Regler 15 vermindert dann die dem Trocknungsraum augeführte Heizkraft, indem er sie teilweise zum äußeren Kondensator umschaltet, welcher sie abführt.

Wenn im entgegengesetzten Fall der Feuchtigkeitsaustausch zu schnell vor sich geht, sucht die Temperatur der ausgeblasenen Luft abzunehmen, indem sie die Temperatur des Verdunsters sinken läßt, wodurch das Gleichgewicht ebenfalls gestört wird. In diesem Falle vermehrt der Regler die in den Trocknungsraum abgeführte Heizkraft, wobei er die Gesamtheit der durch thermodynamische Wirkung erzeugten Heizkraft verwendet und eventuell automatisch eine zusätzliche Heizkraft einschaltet. Zu diesem Zweck steuert der Regler die vollständige öffnung des Kreises des inneren Kondensators und die Schließung des Kreises des äußeren Kondensators sowie gegebenenfalls die Ingangsetzung der hinzugefügten Wärmeerzeugungsvorrichtung.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht die hinzugefügte Heizvorrichtung aus der bereits erwähnten Heizbatterie 11, welche auf dem Niveau des Ventilators 10 angeordnet ist.

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es eine Sonde oder eine andere Steuervorrichtung 19a die mit einem Regler verbunden ist, den kälteerzeugenden Kreislauf zu modifizieren, um Kalorien ± zu injizieren, die durch thermodynamischen Effekt erzeugt werden, und zwar durch direkte Einführung auf dem Niveau der Entspannung der Gase zum Verdunster, wodurch es möglich ist, den kälteerzeugenden Effekt desselben zu annulieren, dabei aber einen Teil der Heizkraft zu konservieren, welche zur eventuellen ■Voraufheizung des Trocknungsraumes beispielsweise im Winter dienen kann.

Daa vorstehend beschriebene Verfahren kann ebenso wie die Trocknungsvorrichtung oder -anlage im Rahmen von äquivalenten Mitteln modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu überschreiten. Im übrigen kann das Verfahren gemäß der Erfindung zum Trocknen von beliebigen, insbesondere hygroskopischen Materialien und insbesondere zum Trocknen von Holz verwendet werden.

Ansprüche

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Trocknen von insbesondere hygroskopischem Material wie z.B. Holz durch Feuchtigkeitsentziehung und Heizung von in einem abgeschlossenen, das zu trocknende Material enthaltenden Raum zirkulierender Luft, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der zirkulierenden Luft entfeuchtet und mit dem anderen Teil der zirkulierenden Luft, welcher wieder aufgeheizt worden ist, vermischt wird,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch automatische Fluktuation bzw. Schwankung der Heizkraft ständig ein Gleichgewicht zwischen der Verdunstungskapazität der ausgeblasenen Luft, dem Verdunstungspotential des in dem Material wie z.B. Holz enthaltenen Wassers und dem Wasserrejektions- bzw. -ausseheidungsvermögen der Vorrichtung hergestellt wird.

j5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der entfeuchteten Luft in der Größenordnung von etwa einem Drittel der in Zirkulation befindlichen Luft ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der entfeuchteten Luft in Abhängigkeit von dem Material vergrößert oder verkleinert werden kann.

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5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem

oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Trocknungsraum und einem Konditionlerapparat für die zirkulierende Luft, dadurch gekennzeichnet, daß der Konditionierapparat eine Umleitung (By-pass) enthält, der die Rücklauf- bzw. Wiederaufnahmeluft in zwei Wege lenkt, von denen der eine Weg zur Trocknung und der andere direkt zur Wiederaufheizung führt, auf deren Niveau sich die beiden Wege wieder vereinigen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß jeder Weg der Umleitung mit einer Vorrichtung zur Regulierung seines Durchflusses versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliervorrichtungen aus beweglichen Stellklappen bestehen.

8. ' Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß ein und dasselbe Gebläse die Luft in die beiden Wege der Umleitung führt.

9. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der durch thermodynamisehe Wirkung erzeugten Kalorien im Niveau des Verdunsters injiziert, um die kälteerzeugende Wirkung davon zu annulieren, indem ,-man den anderen Teil der Heizkraft wiedergewinnt, ohne ein anderes Heiz-

mittel zu V$föfflffflfö₃ . ₁₈ .

10. VcTkIeB Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im oberen Niveau des Trocknungsraumes ausgeblasene Luft im unteren Niveau dieses Raumes in Längskanäle in dem Raum wieder aufgenommen und abgesaugt wird, um Stagnationszonen zu vermeiden.

11. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle zur Wiederaufnahme der Luft von ihrem Ende bis zum Luftkonditionierapparat erweiter t sind, um die Verteilung des Durchflusses zu gestatten.

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