DE3707625C2 - Method and device for the treatment of fluidized bulk materials in fluidized bed apparatus - Google Patents
Method and device for the treatment of fluidized bulk materials in fluidized bed apparatusInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von fluidisierten Schüttgütern in einem Wirbelschichtapparat, in welchem ein elektrisches Feld aufgebaut ist.The invention relates to a method for the treatment of fluidized bulk goods in a fluidized bed apparatus in which an electric field is established.
Die Erfindung befaßt sich auch mit einem Wirbelschichtapparat zur Durchführung des eingangs erwähnten Verfahrens.The invention is also concerned with a fluidized bed apparatus to carry out the method mentioned at the beginning.
In der chemischen Industrie, in der Land- und Nahrungsgüterwirtschaft und in der Grundstoffindustrie sind Prozesse üblich, bei denen Wirbelschichtapparate zur Granulation, Trocknung, Kühlung oder Reaktionsführung von fluidisierten Schüttgütern eingesetzt werden.In the chemical industry, in agriculture and food industry and processes are common in the raw materials industry, at which fluidized bed apparatus for granulation, drying, cooling or reaction control of fluidized bulk materials used will.
Es ist bekannt, daß bei Wirbelschichtprozessen, bei denen ein Schüttgut durch einen durchströmenden Gasstrom fluidisiert wird, durch den Abrieb, den Austrag des Feinkorns und mögliche prozeßbedingte Staubzuführungen, immer ein Staubaustrag aus der Schicht erfolgt. Außerdem werden durch Prallwirkung auch größere Körner aus der Schicht sporadisch mit ausgetragen. It is known that in fluidized bed processes in which a Bulk material is fluidized by a flowing gas stream, through the abrasion, the discharge of the fine grain and possible process-related dust supply, always a dust discharge from the Layer takes place. In addition, impact effects also make larger ones Grains from the layer are sporadically removed.
Bleibt dieser Austrag unberücksichtigt, so führt er zu Verlusten an Einsatzstoffen und beeinträchtigt die Umweltbedingungen durch den Austritt staubhaltiger Abluft in die Umgebung. Bei Kreislauffahrweise entstehen erhebliche Erosionsprobleme am Lüfter. Deshalb wurden bisher die Staubausträge aus der Anlage vermieden, indem im Wirbelschichtapparat oberhalb der Schicht eine größere Beruhigungszone mit erweitertem Querschnitt und damit verringerten Luftgeschwindigkeiten angeordnet wurde und indem diesem Wirbel schichtapparat Zyklone, Elektrofilter oder Naßabscheider einzeln oder in Kombination nachgeschaltet wurden.If this discharge is not taken into account, it leads to losses of input materials and affects the environmental conditions the discharge of dust-laden exhaust air into the environment. In a circular mode significant erosion problems arise on the fan. Therefore, the dust discharges from the system have been avoided so far, by placing a larger one in the fluidized bed apparatus above the bed Calming zone with an enlarged cross-section and thus reduced Air velocities have been arranged and this vortex Layering device Cyclones, electrostatic precipitators or wet separators individually or connected in combination.
Es wurden auch Lösungen realisiert, bei denen die Staubabscheidung im Wirbelschichtapparat selbst oberhalb der Beruhigungszone in Gewebefiltern verschiedener Bauart erfolgt. Die Nachteile dieser Lösung bestehen ebenfalls in einem größeren Apparatevolumen durch zusätzliche mechanische oder pneumatische Einrichtungen zur Reinigung der Filter, um den Anstieg des Druckverlustes der Filter zu begrenzen und den Staub, allerdings meist diskontinuierlich, in die Schicht zurückzuführen.Solutions were also implemented in which the dust separation in the fluidized bed apparatus itself above the calming zone in Different types of fabric filters are used. The disadvantages of this Solution also exist in a larger volume of equipment additional mechanical or pneumatic devices for Cleaning the filter to prevent the increase in pressure drop in the filter limit and dust, but mostly discontinuously, attributed to the shift.
Aus der FR-PS 1 332 820 ist bereits ein großer und dementsprechend aufwendiger Zyklonabscheider bekannt, der die Feststoffe von dem die Wirbelschicht erzeugenden Gas trennen soll, um zwei getrennte und der Wirbelschicht wiederholt zugeführte Gas- und Feststoffkreisläufe zu bilden. Dem vorbekannten Wirbelschichtapparat gemäß FR-PS 1 332 820 ist dazu mit Abstand im Abgasstrom eine Niederschlagskammer nachgeschaltet, die in ihrem Inneren durch Masseelektroden voneinander getrennte negativ geladene Hochspannungselektroden aufweist. Durch diese Hochspannungselektroden werden die im Abgasstrom enthaltenen Feststoffteilchen derart tangential abgelenkt, daß sie in die Niederschlagskammer ausweichen, während das Gas über den seitlichen Abgaskanal strömt. Die mittels einer Ultraschallquelle von den Hochspannungselektroden abgeworfenen Feststoffpartikel werden im Trichter der Niederschlagskammer aufgefangen. Die im Trichter aufgefangenen Feststoffpartikel werden anschließend mittels einer Fördereinrichtung erneut dem Wirbelschichtapparat zugeführt, während das Gas über den seitlichen Abgaskanal ebenfalls wiederholt zur Wirbelschicht gelangt.FR-PS 1 332 820 is already a large one and accordingly elaborate cyclone separator known that the solids from the the fluidizing gas is said to separate by two separate ones and the fluidized bed repeatedly supplied gas and solid circuits to build. According to the known fluidized bed apparatus FR-PS 1 332 820 is by far one in the exhaust gas flow Precipitation chamber downstream through inside Ground electrodes separated from each other negatively charged high voltage electrodes having. Through these high voltage electrodes the solid particles contained in the exhaust gas stream become like this deflected tangentially so that they move into the precipitation chamber, while the gas flows through the side exhaust duct. The means an ultrasonic source dropped from the high voltage electrodes Solid particles become in the funnel of the precipitation chamber caught. The solid particles caught in the funnel become then the fluidized bed apparatus again by means of a conveyor fed while the gas is on the side Exhaust duct also repeatedly reaches the fluidized bed.
Bei dem in FR-PS 1 332 820 beschriebenen Wirbelschichtapparat wird der die Feststoffpartikel enthaltende Gasstrom in einen Feststoffkreislauf sowie in einen Gaskreislauf unterteilt, die im Wirbelschichtapparat erneut zusammengeführt und zur Bildung der Wirbelschicht verwendet werden. Dazu ist auch außerhalb des vorbekannten Wirbelschichtapparates ein hoher apparativer Aufwand sowie ein entsprechender Platzbedarf erforderlich. Da die Niederschlagskammer darüber hinaus mit Abstand vom Wirbelschichtapparat angeordnet ist und da zur Aufrechterhaltung der getrennten Feststoff- und Gaskreisläufe entsprechend lange Rohrführungen erforderlich sind, wird der Austritt staubhaltiger Abluft bei der vorbekannten Vorrichtung gemäß FR-PS 1 332 820 nicht mit Sicherheit vermieden, vielmehr besteht dadurch die Gefahr, daß solche unerwünschten Umweltbelastungen eher begünstigt werden.In the fluidized bed apparatus described in FR-PS 1 332 820 the gas stream containing the solid particles is converted into a Solid cycle and divided into a gas cycle, the merged again in the fluidized bed apparatus and for education the fluidized bed. This is also outside of previously known fluidized bed apparatus a high expenditure on equipment as well as a corresponding space requirement. Since the Precipitation chamber also at a distance from the fluidized bed apparatus is arranged and there to maintain the separate Solid and gas circuits with long pipe runs are necessary, the discharge of dusty exhaust air the previously known device according to FR-PS 1 332 820 not with Avoided security, but there is a risk that such undesirable environmental pollution are more likely to be favored.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren sowie einen Wirbelschichtapparat der eingangs erwähntenn Art zu schaffen, mit denen der Staubaustrag aus dem Wirbelschichtapparat ohne Abscheidung des Staubs an einer Filterfläche verhindert, die Verfahrensprozeßdurchführung intensiviert und die Installation voluminöser Abscheider innerhalb oder außerhalb des Wirbelschichtapparates vermieden werden kann. Dabei sollen die mit dem Abluftstrom aus der Schicht mitgerissenen Staubteilchen und/oder Flüssigkeitströpfchen im Raum oberhalb der Wirbelschicht durch geeignete Verfahrensschritte und Mittel aus dem Abluftstrom entfernt und in die Schicht zurückgeführt werden.There is therefore the task of a method and a To create fluidized bed apparatus of the type mentioned at the beginning with which the dust discharge from the fluidized bed apparatus without separation of dust on a filter surface prevents the process execution intensified and the installation more voluminous Separators inside or outside the fluidized bed apparatus can be avoided. The should with the exhaust air flow the layer entrained dust particles and / or liquid droplets in the space above the fluidized bed by suitable Process steps and means removed from the exhaust air stream and be returned to the shift.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art darin, daß zur Verhinderung des Staubaustrages in einer oberhalb der Wirbelschicht befindlichen beruhigten Zone und vor dem Abgußauslaß des Apparates ein elektrisches Feld derart aufgebaut wird, daß die aus der Wirbelschicht mit dem Abgasstrom mitgerissenen Staubteilchen dort aufgeladen werden, agglomerieren und in die Wirbelschicht zurückgeführt werden.This object is achieved in the method of the type mentioned in the introduction that to prevent the Dust discharge in a located above the fluidized bed calmed zone and in front of the pouring outlet of the apparatus electric field is built up so that from the Fluidized bed with dust particles entrained in the exhaust gas flow there be charged, agglomerate and into the fluidized bed to be led back.
Die Verfahrensdurchführung wird dadurch intensiviert, daß der Abgasstrom oberhalb der Wirbelschicht in mindestens zwei, vorzugsweise in vier Teilströme aufgeteilt wird, und daß diese einzeln beziehungsweise paarweise gegenpolig aufgeladen und zur Agglomeration wiedervereinigt werden.The procedure is intensified in that the Exhaust gas flow above the fluidized bed in at least two, is preferably divided into four sub-streams, and that these charged individually or in pairs with opposite poles and for Agglomeration be reunited.
Weiterhin wird das Verfahren dadurch vorteilhaft ergänzt, daß durch Zusatz eine Konditionierungsmittels, wie Salizinsäure, in einer Konzentration von 0,01-0,1% der Agglomerationseffekt unterstützt wird.Furthermore, the method is advantageously supplemented in that by adding a conditioning agent, such as salicylic acid, in a concentration of 0.01-0.1% of the agglomeration effect is supported.
Bei dem Wirbelschichtapparat der eingangs erwähnten Art besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß im Wirbelschichtapparat oberhalb seiner Wirbelschicht zwei gegenpolige Hochspannungselektroden vorgesehen sind, wobei die Sprühelektrode räumlich unterhalb der Niederschlagselektrode angeordnet ist, und daß die Sprühelektrode als eine gitterartige abgasdurchlässige und unter negativer Spannung stehende Hochspannungselektrode ausgebildet ist, und die Niederschlagselektrode zum Abscheiden der im Abgas enthaltenen geladenen Teilchen geerdet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Wirbelschichtapparat wird die Agglomeration dadurch erreicht, daß oberhalb der Wirbelschicht eine gitterartige, unter negativer Hochspannung stehende Sprühelektrode angeordnet ist, durch die die mit Teilchen geschwängerte Abluft hindurchstreicht, dabei aufgeladen und an räumlich darüberliegenden geerdeten Niederschlagselektroden abgeschieden werden.In the fluidized bed apparatus of the type mentioned in the introduction the solution according to the invention in that in the fluidized bed apparatus Above its fluidized bed, two high-voltage electrodes with opposite poles are provided, the spray electrode spatially below the precipitation electrode is arranged, and that the spray electrode than a lattice-like gas permeable and under negative Voltage high-voltage electrode is formed, and the Precipitation electrode for separating the contained in the exhaust gas charged particle is grounded. In the inventive Fluid bed apparatus, the agglomeration is achieved in that above the fluidized bed a lattice-like, below negative High-voltage spray electrode is arranged through which the exhaust air impregnated with particles passes through it charged and at grounded precipitation electrodes above it be deposited.
Die Aufladung der Teilchen kann mittels Kontakt- oder Koronaaufladung erfolgen. Dabei wird dem Koronafeld der Vorrang gegeben, da in diesem die höchste Ladungsdichte und somit die größten wirkenden Feldkräfte erzeugt werden können.The particles can be charged by means of contact or corona charging respectively. The corona field is given priority, because in it the highest charge density and thus the largest acting field forces can be generated.
Für die Abscheidung der geladenen Partikel ergeben sich zwei Möglichkeiten:There are two for the separation of the charged particles Options:
- 1. Die Aufladungs- und Abscheidezone sind räumlich nicht voneinander getrennt. Die Staub- und/oder Flüssigkeitspartikel werden durch negative Sprühdrähte aufgeladen und an geerdeten Niederschlagselektroden, die sich in unmittelbarer Nähe befinden, abgeschieden. Das integrierte Auflade- und Ab scheidesystem wird in einem Abstand von 100 bis 700 mm Höhe oberhalb der Wirbelschicht im Erweiterungsteil des Wirbelschichtapparates angeordnet. Die angelegte Feld stärke liegt im Bereich 5-25 kV · cm-1 (für Luft).1. The charging and separation zone are not spatially separated from one another. The dust and / or liquid particles are charged by negative spray wires and deposited on earthed precipitation electrodes, which are in the immediate vicinity. The integrated charging and separating system is arranged at a distance of 100 to 700 mm above the fluidized bed in the extension part of the fluidized bed apparatus. The applied field strength is in the range 5-25 kV · cm -1 (for air).
- 2. Die Aufladungs- und Abscheidezone sind räumlich voneinan der getrennt. Dabei werden die Staub- und/oder Flüssigkeits partikel in einem negativen Koronafeld bzw. durch Kontakt aufladung aufgeladen und an darüber angeordneten geerdeten Niederschlagselektroden abgeschieden. Für das Koronafeld finden als Sprühelektroden dünne Drähte mit scharfen Kanten Verwendung. Diese befinden sich in einem Abstand von 100 bis 300 mm oberhalb der Wirbelschicht und sind netzartig angeordnet, wobei der Abstand der Sprühdrähte zwischen 10 bis 20 mm variieren kann. Als Abscheideelektroden dienen geerdete Platten oder zweckentsprechend gestaltete Profile mit großer Oberfläche. Die Abscheideelektroden befinden sich im Erweiterungsteil des Wirbelschichtapparates. Die ange legte Hochspannung liegt im Bereich von 1 bis 50 kV.2. The charging and separation zone are spatially apart the separated. The dust and / or liquid particles in a negative corona field or through contact charging charged and on grounded ones located above Precipitation electrodes deposited. For the corona field find thin wires with sharp edges as spray electrodes Use. These are at a distance of 100 up to 300 mm above the fluidized bed and are network-like arranged, the distance between the spray wires between Can vary from 10 to 20 mm. Serve as separation electrodes grounded plates or appropriately designed profiles with a large surface. The separation electrodes are located in the extension part of the fluidized bed apparatus. The ange high voltage is in the range of 1 to 50 kV.
Die Erfindung soll anhand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention is based on three exemplary embodiments are explained in more detail.
Es zeigt Fig. 1 mit den zugehörigen Schnitten A-A sowie B-B einen quadratischen Wirbelschichtapparat für den Trock nungsprozeß eines weichen Produktes mit hohem Abrieb. Der ausgetragene Staub hat eine Körnung von 0,1 bis 0,2 mm. Bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,5 m/s im freien Quer schnitt ist 200 mm über der Wirbelschicht, die sich im Wirbelschichtapparat 5 oberhalb des Anströmbodens 1 aus bildet, eine gitterartige negativ geladene Sprühelektrode 2 angeordnet. Die angelegte negative Spannung beträgt -5 kV. An dieser Sprühelektrode 2 werden die Staubteilchen negativ aufgeladen. An der geerdeten Abscheideelektrode 3 werden die Staubteilchen niedergeschlagen und agglomeriert. It shows Fig. 1 with the associated sections AA and BB a square fluidized bed apparatus for the drying process of a soft product with high abrasion. The discharged dust has a grain size of 0.1 to 0.2 mm. At an air speed of 0.5 m / s in the free cross section, a grid-like negatively charged spray electrode 2 is arranged 200 mm above the fluidized bed which forms in the fluidized bed apparatus 5 above the inflow base 1 . The applied negative voltage is -5 kV. The dust particles are negatively charged at this spray electrode 2 . The dust particles are deposited and agglomerated at the grounded separation electrode 3 .
Durch das sich aufbauende Eigengewicht fallen die abge schiedenen Staubteilchen in die Wirbelschicht zurück und werden mit dem Trockenprodukt ausgetragen. Mit 6 ist die Zuführung der Hochspannung bezeichnet. Der staubfreie Abluftstrom verläßt über den am Kopf des Wirbelschicht apparates 5 angeordneten Abluftausgang 4 den Wirbel schichtapparat. Die Apparatewände oberhalb der Wirbel schicht sind mit einer durchschlagssicheren elektrisch isolierenden Schicht ausgekleidet. Sprüh- und Abscheide elektroden sind mittels Isolatoren 7 im Wirbelschicht apparat 5 befestigt.Due to the building weight, the separated dust particles fall back into the fluidized bed and are carried away with the dry product. The supply of the high voltage is denoted by 6 . The dust-free exhaust air stream leaves the fluidized bed apparatus via the exhaust air outlet 4 arranged at the head of the fluidized bed apparatus 5 . The apparatus walls above the fluidized bed are lined with a breakdown-proof, electrically insulating layer. Spraying and separating electrodes are attached by means of insulators 7 in the fluidized bed apparatus 5 .
Fig. 2 mit den zugehörigen Schnitten A-A und B-B zeigt das Beispiel der Verwendung eines runden Wirbelschicht apparates mit klassierendem Abzug für einen Granulations trocknungsprozeß eines ebenfalls weichen Produktes mit hohem Abrieb. Der Anströmboden 1 erzeugt ein sich über lagerndes radiales und axiales Strömungsprofil in der Wirbelschicht. Der ausgetragene Staub hat eine Körnung von 0,05 bis 0,5 mm. Bei einer Luftgeschwindigkeit von 1 m/s im freien Querschnitt sind 150 mm über dem Einspritz system 8 die 250 mm langen Aufladekanäle 9 angeordnet, wobei sich in jedem Aufladekanal eine Sprühelektrode 2, 3 befindet. Die angelegte negative Spannung beträgt -25 kV und die positive +15 kV. Fig. 2 with the associated sections AA and BB shows the example of the use of a round fluidized bed apparatus with classifying deduction for a granulation drying process of a likewise soft product with high abrasion. The inflow base 1 generates a radial and axial flow profile in the fluidized bed which is superimposed. The discharged dust has a grain size of 0.05 to 0.5 mm. At an air speed of 1 m / s in free cross-section, the 250 mm long charging channels 9 are arranged 150 mm above the injection system 8 , with a spray electrode 2, 3 being located in each charging channel. The negative voltage applied is -25 kV and the positive +15 kV.
Nach der Vereinigung der entgegengesetzt aufgeladenen Teilströme kommt es zur Agglomeration der Teilchen. Durch die rotierende Bewegung der Strömung werden die Agglomerate an die geerdete Apparatewand geschleudert, entladen und fallen in die Schicht zurück. Der gereinigte Abluftstrom verläßt den Wirbelschichtapparat 5 über den Abluftkanal 4. Alle Sprühelektroden sind durch Isolatoren 7 im Wirbel schichtapparat 5 befestigt und abgesichert.After combining the oppositely charged partial flows, the particles agglomerate. Due to the rotating movement of the flow, the agglomerates are thrown against the grounded apparatus wall, discharged and fall back into the layer. The cleaned exhaust air flow leaves the fluidized bed apparatus 5 via the exhaust air duct 4 . All spray electrodes are secured and secured by insulators 7 in the fluidized bed layer apparatus 5 .
Fig. 3 stellt einen quadratischen Wirbelschichtapparat 5 mit seitlichem Abluftkanal 4 dar, der ebenfalls für einen Granulierungsprozeß eines weichen Produktes mit hohem Ab rieb benutzt wird. Der ausgetragene Staub hat eine Körnung von 0,05 bis 0,5 mm. Fig. 3 shows a square fluidized bed apparatus 5 with side exhaust duct 4 , which is also used for a granulation process of a soft product with high abrasion. The discharged dust has a grain size of 0.05 to 0.5 mm.
Der Wirbelschichtapparat 5 besteht oberhalb des Einspritz systems 8 aus Plast, unterhalb daneben aus Stahl und ist geerdet. Die Luftgeschwindigkeit im freien Querschnitt des Wirbelschichtapparates 5 beträgt 1,2 m/s. Der Abstand der netzartigen Elektrode 2 mit einer Maschenweite von 1,2 mm von dem geerdeten Einspritzsystem 8 beträgt 50 mm. Die über eine Spannungsreduzierungseinrichtung 11 ange legte Spannung an der Elektrode 2 gegenüber Erde beträgt mindestens -15 kV. Über der Hochspannungselektrode 2 be findet sich ein Freiraum 10 mit einer Höhe von 600 mm, der die natürliche Absatzbewegung größerer Teilchen för dert. Dieser Freiraum 10 geht in einen sich allmählich verjüngenden Abluftkanal 4 über, in dem eine weitere senk rechte netzartige Hochspannungselektrode 11 mit einer Maschenweite von 0,05 mm angebracht ist. Diese Hochspannungs elektrode 11 liegt gegenüber Erde an einem Potential von -50 kV. Die Staubteilchen, die bis zur Hochspannungselek trode 11 gelangen, rutschen an ihr unter dem Einfluß der Schwerkraft herunter und fallen in das Auffangvolumen 12. Von dort gelangt das Produkt über eine Zellenschleuse 13 zurück in die Wirbelschicht.The fluidized bed apparatus 5 consists above the injection system 8 made of plastic, below it made of steel and is grounded. The air speed in the free cross section of the fluidized bed apparatus 5 is 1.2 m / s. The distance of the mesh-like electrode 2 with a mesh size of 1.2 mm from the grounded injection system 8 is 50 mm. The voltage applied to the electrode 2 to earth via a voltage reducing device 11 is at least -15 kV. Above the high-voltage electrode 2 there is a free space 10 with a height of 600 mm, which promotes the natural sales movement of larger particles. This free space 10 merges into a gradually tapering exhaust air duct 4 , in which a further vertical right mesh-like high-voltage electrode 11 with a mesh size of 0.05 mm is attached. This high voltage electrode 11 is at ground at a potential of -50 kV. The dust particles, which come to the high-voltage electrode 11 , slide down on it under the influence of gravity and fall into the collecting volume 12 . From there, the product returns to the fluidized bed via a cell lock 13 .
Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used
1 - Anströmboden
2 - Sprühelektrode
3 - Abscheideelektrode
4 - Abluftausgang
5 - Wirbelschichtapparat
6 - Zuführung der Hochspannung
7 - Isolatoren
8 - Einspritzsystem
9 - Aufladekanäle
10 - Freiraum
11 - Hochspannungselektrode
12 - Auffangvolumen
13 - Zellenschleuse 1 - Inflow floor
2 - spray electrode
3 - deposition electrode
4 - exhaust air outlet
5 - fluidized bed apparatus
6 - supply of high voltage
7 - isolators
8 - injection system
9 - charging channels
10 - Free space
11 - high voltage electrode
12 - Collection volume
13 - cell lock
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| Date | Code | Title | Description |
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SKET SCHWERMASCHINENBAU MAGDEBURG GMBH, O-3011 MAG |
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GLATT INGENIEURTECHNIK GMBH, O-5300 WEIMAR, DE |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: B01J 8/42 |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition |