DE4336426A1 - Process and plant for the continuous cross-flow filtration of suspensions in the area of standard filtration - Google Patents
Process and plant for the continuous cross-flow filtration of suspensions in the area of standard filtrationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Filtration von Suspensionen mit kontinuierlichem Feststoffaustrag nach dem Querstromfiltrationsprinzip im Bereich der Normalfiltration.The invention relates to a method and an apparatus for continuous filtration of suspensions with continuous solids discharge according to the cross flow filtration principle in the area of normal filtration.
Für die technischen Filterapparate ist charakteristisch, daß mit der Filtrationsdauer die Filterleistung abnimmt, da der sich aufbauende Filterkuchen einen immer größeren Widerstand für das Filtrat darstellt. Besonders gravierend ist der Abfall der Filterleistung bei Kompressibilität des Filterkuchens, so daß als Trennverfahren nur die verkürzte Standardfiltration durchführbar ist, was zu einer diskontinuierlichen Fahrweise der Filterapparate zwingt. So fällt z. B. bei der Zuckerfabrikation pro Tonne verarbeiteter Rüben ca. 1 m³ Rohsaft an, der etwa 3 kg kompressible Feststoffteilchen enthält und damit eine Suspension mit geringem Feststoffanteil darstellt. Das als Pülpe anfallende Rübenmaterial muß aus dem Rohsaft abgeschieden werden, da sonst eine nicht unbedeutende Menge Trockensubstanz, die als Tierfutter Verwendung finden könnte, verloren ginge. Die Entpülpung erhöht die technologische Verarbeitungsqualität, wodurch eine Ausbeuteerhöhung möglich ist. Weiter verbessert sich die Dicksaftfarbe und eine Verringerung des Kalksalzgehaltes tritt ein, wodurch beim späteren Eindampfprozeß Inkrustationshemmer eingespart werden können.It is characteristic for the technical filter apparatus that with the filtration time the filter performance decreases because the filter cake that builds up always represents greater resistance to the filtrate. The waste is particularly serious Filter performance with compressibility of the filter cake, so that only as a separation process the shortened standard filtration is feasible, resulting in a discontinuous Forcing the filter apparatus to operate. So z. B. in sugar manufacturing pro Ton of processed beets to about 1 m³ of raw juice, which is about 3 kg compressible Contains solid particles and thus a suspension with a low solids content represents. The beet material obtained as pulp must come from the raw juice be separated, otherwise a not insignificant amount of dry matter, that could be used as animal feed would be lost. The drainage increases the technological processing quality, which enables an increase in yield is. The thick juice color also improves and a reduction in Limescale content occurs, resulting in the later evaporation process Incrustation inhibitors can be saved.
Die Saftreinigung in Zuckerfabriken wird mit Hilfe des Kalk-Kohlensäureverfahrens durchgeführt. Teilweise erfolgt vorher eine Grobentpülpung mit speziellen Pülpefängern oder Bogensieben.Juice cleaning in sugar factories is done using the lime-carbon dioxide process carried out. In some cases, a rough cleaning with special ones is carried out beforehand Pulp catchers or bow screens.
Nachteilig wirken sich beim Pülpefänger die eingesetzten Bürsten zur mechanischen Reinigung des Filtermaterials aus, da so Pülpeteilchen in die Poren des Filtermaterials gedrückt werden, ebenso der diskontinuierliche, damit Infektionen fördernde, Feststoffaustrag und das ungünstige Verhältnis Filterfläche zu Behältervolumen. (Zuckerherstellung [1984], S. 191).The brushes used for mechanical drainage have a disadvantageous effect Cleaning of the filter material, because so pulp particles in the pores of the Filter material are pressed, as well as the discontinuous, thus infections promoting, solids discharge and the unfavorable ratio of filter area to Container volume. (Sugar production [1984], p. 191).
Analog ist die Funktionsweise einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Trennung eines Feststoff-Flüssigkeitsgemisches mit rotierenden Förderschnecken nach DD 21 33 53. An der äußeren Schnecke befinden sich Abstreifer, die eine Filtermittelregenerierung bewirken sollen, aus o.g. Gründen aber nicht funktionssicher sein dürften. The operation of a device for the continuous separation of a Solid-liquid mixture with rotating screw conveyors DD 21 33 53. On the outer screw there are wipers, one Filter medium regeneration, from the above But not reasons should be reliable.
Beim Einsatz des Bogensiebes sind die geringe spezifische Flächenleistung, die Infektions- und Schaumgefahr durch Luftkontakt sowie der hohe Grenzkorndurchmesser von ca. 2 mm als nachteilig zu nennen.When using the curved screen, the low specific area performance is that Risk of infection and foam due to air contact and the high Limit grain diameter of approx. 2 mm to be mentioned as disadvantageous.
DD 13 97 96 beschreibt eine kontinuierlich arbeitende Filtervorrichtung, deren Einsatz für die Pülpeabscheidung nicht möglich ist, da nur Suspensionen getrennt werden können, deren Teilchengröße kleiner einer Nutgröße ist, in der eine Zwangsströmung längs eines Filterkörpers mit poröser Wandlung vorliegt.DD 13 97 96 describes a continuously operating filter device, the Use for pulp separation is not possible because only suspensions are separated can be whose particle size is smaller than a groove size in which one There is a forced flow along a filter body with porous conversion.
DE 36 25 094 beschreibt eine kontinuierliche Filtervorrichtung zum Ausfiltern von Feststoffen aus einem Flüssigkeitsstrom mit einem feststoffrückweisenden Material wobei sich die ausgefilterten Feststoffe im Sammelraum zwischen Filtratauslauf und dem Behälterboden ablagern. Oben wird das Filtrat abgeleitet, unten der Feststoff diskontinuierlich abgezogen. Bei Behältervolumina von 0,2 m³, etwa gleicher Dichte des Rohsaftes und der Pülpeteilchen ist der Betrieb dieser Vorrichtung im Zuckerherstellungsprozeß kaum geeignet.DE 36 25 094 describes a continuous filter device for filtering out Solids from a liquid stream with a solid-rejecting material the filtered solids in the collecting space between the filtrate outlet and deposit the bottom of the container. The filtrate is drained off at the top, the solid below subtracted discontinuously. With container volumes of 0.2 m³, approximately the same density the raw juice and the pulp particles is the operation of this device in Sugar production process hardly suitable.
In DD 29 56 64 ist ein Verfahren und eine Einrichtung beschrieben, die kontinuierlich und unter Luftabschluß arbeitet, wobei ein Teil der Suspension als Bypassvolumenstrom zur Reinigung der Filterfläche dient. Eine kontinuierliche Filtration findet danach durch eine Gegendrucksteuerung mittels Standrohr und Realisierung eines variablen Bypassverhältnisses sowie Einsatz von Kreisringfiltern bzw. eckigen Filterelementen statt (Anwendung des Querstromfiltrationsprinzipes). Ein sicherer kontinuierlicher Betrieb bei nichtoptimierter strömungstechnischer Gestaltung ist für ein solches Filter unterhalb eines bestimmten Bypassverhältnisses nicht bekannt. Auch entspricht die Gegendrucksteuerung mit Hilfe eines Standrohres nicht technischen Realitäten bei hohem Anlagendruck. Bei einer nichtkreisförmigen Ausführung des Filtergehäuses ist die gleichmäßige Beaufschlagung der Filterplatten mit Suspension nicht gesichert. Weiter dürfte eine Regenerierung der Filterfläche durch zwischen den Filterflächen angebrachten Düsenstöcken nicht in der Lage sein, ein mit "Dead end"-Filtration zugefahrenes Filter wieder in den betriebsfähigen Zustand zu versetzen.DD 29 56 64 describes a method and a device which works continuously and in the absence of air, with part of the suspension as Bypass volume flow is used to clean the filter surface. A continuous one Filtration then takes place through a back pressure control using a standpipe and Realization of a variable bypass ratio and use of circular filters or square filter elements instead (application of the cross-flow filtration principle). Safe continuous operation with non-optimized fluidic Design for such a filter is below a certain bypass ratio not known. The counter pressure control with the help of a standpipe corresponds not technical realities with high system pressure. With a non-circular Design of the filter housing is the even application of Filter plates with suspension not secured. A regeneration of the Filter surface not in through nozzle sticks installed between the filter surfaces be able to reinsert a filter with "dead end" filtration to put it in an operational condition.
In DE 40 12 971 ist eine nach dem Crossflow-Prinzip arbeitende Filtervorrichtung für Säfte aus Extraktionsanlagen beschrieben. Diese ist bei beliebigen Betriebsdruck betreibbar, wobei der Filtrationsdruck als äußerst gering bezeichnet wird. Die Vorrichtung besitzt einen komplizierten Aufbau der Filterelemente mit radialer Überströmung des Filtermittels zu einem Zentralrohr und einer Paketanordnung der Filterelemente zur Realisierung großer Filterflächen. Eine gleichmäßige Beaufschlagung der Filterelemente bei geringer Druckdifferenz dürfte in der dargestellten Ausführungsform nicht möglich sein. Auch wird die abrasive Wirkung des Bypaßvolumenstromes durch zuerst axiale, dann radiale Strömungsrichtung verringert.DE 40 12 971 describes a filter device that works according to the crossflow principle described for juices from extraction plants. This is at any operating pressure operable, the filtration pressure being referred to as extremely low. The Device has a complicated structure of the filter elements with a radial Overflow of the filter medium to a central tube and a package arrangement of the Filter elements for realizing large filter areas. An even one Actuation of the filter elements at a low pressure difference is likely in the illustrated embodiment may not be possible. Also the abrasive effect the bypass volume flow through first axial, then radial flow direction decreased.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein betriebssicheres Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoff aus Suspensionen mit kompressiblem Verhalten des Filterkuchens anzugeben, das eine einfache Fertigung ermöglicht und bei beliebigen Druck kontinuierlich arbeitet und die aufgezeigten Probleme vermeidet.The invention has for its object an operationally reliable method and Device for separating solid matter from suspensions with compressible Specify the behavior of the filter cake, which enables simple manufacture and works continuously at any pressure and the problems shown avoids.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.The object is achieved by the specified in claim 1 Features resolved. Advantageous embodiments are in the subclaims contain.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren und in einer Filtervorrichtung nach dem Querstromfiltrationsprinzip mit mehrstufig schaltbaren Filterelementen zur Erhöhung des Feststoffgehaltes des Bypassvolumenstromes, die eine Filterpatrone in einem axial drosselbaren Filtratauslauf sowie tangentialen Suspensionszu- und Bypassablauf aufweist, die durch die erosive Wirkung des Bypassvolumenstromes freigespült wird und aufgrund der Filterelementegeometrie im Bereich der Einlaufstörung mit um die Vertikalachse schwingender Patrone arbeitet, wobei bei mehrstufiger Ausführung der austretende Bypassvolumenstrom gleich dem Eintrittsvolumenstrom der nachfolgenden zueinander abgestuften Filterelemente ist.The invention consists in a method and in a filter device according to the Cross flow filtration principle with multi-stage switchable filter elements to increase the solids content of the bypass flow, which a filter cartridge in one axially throttled filtrate outlet and tangential suspension inlet and Bypass drain has by the erosive effect of the bypass flow is flushed free and due to the filter element geometry in the area of Running-in disorder works with the cartridge swinging around the vertical axis, whereby at multi-stage design the escaping bypass volume flow is equal to that Entry volume flow of the subsequent filter elements graded to one another.
Zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.Two embodiments of the present invention are set forth in the accompanying Drawings shown.
Dabei zeigtIt shows
Fig. 1 schematisch eine dreistufige Filtervorrichtung für Suspensionen, Fig. 1 shows schematically a three-stage filtering apparatus for suspensions,
Fig. 2 den Längsschnitt durch ein Filterelement. Fig. 2 shows the longitudinal section through a filter element.
In einer Zuckerfabrik findet die Abscheidung pflanzlicher Feinteile im Bereich der Normalfiltration statt, wobei der Filterkuchen kompressibles Verhalten zeigt. Die kontinuierlich arbeitende Querstromfiltrationsanlage kompakter Bauart wird zwischen dem Sandfänger und den Anlagen der Kalk/Kohlensäure-Saftreinigung eingebunden.In a sugar factory, the separation of vegetable fines takes place in the area of Normal filtration instead, whereby the filter cake shows compressible behavior. The Continuously operating cross flow filtration system of compact design is between the sand trap and the lime / carbon dioxide juice cleaning systems involved.
Durch die Reihenschaltung der Filterelemente wird eine maximale Feststoffanreicherung im aus dem letzten Filterelement austretenden Bypass erreicht. Eine Rückführung eines Teiles dieses Bypassvolumenstromes in den Filtrationsprozeß ist aufgrund der großen Volumina nicht zweckmäßig. By connecting the filter elements in series, a maximum Solidification in the bypass emerging from the last filter element reached. A return of a part of this bypass volume flow in the Filtration process is not appropriate due to the large volumes.
Die gewählte Filtervorrichtung gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus drei kreisrunden Filterelementen 1, 2, 3, die zueinander abgestufte Durchmesserverhältnisse aufweisen und in Reihe geschaltet sind.The selected filter device according to Fig. 1 consists essentially of three circular filter elements 1, 2, 3 having mutually stepped diameter ratios and are connected in series.
Die Filterelemente 1, 2, 3 besitzen eine mittig auf dem Filtratauslaufrohr eingesetzte Filterpatrone 9, die im Gehäusedeckel 4 mit Spiel justiert ist. An den Filterelementen 1, 2, 3 befinden sich die tangential angebrachten Saftzu- und Bypassableitungen 6. Mit Hilfe einer Filtrat-Absperrarmatur 13 wird gesichert, daß nur ein Teil der zugeführten Suspension als Filtrat abgenommen wird, um das Freispülverhalten zu sichern.The filter elements 1 , 2 , 3 have a filter cartridge 9 inserted in the center of the filtrate outlet pipe, which is adjusted with play in the housing cover 4 . On the filter elements 1 , 2 , 3 there are the tangentially attached juice supply and bypass lines 6 . With the help of a filtrate shut-off valve 13 , it is ensured that only a part of the suspension supplied is removed as filtrate in order to ensure the flushing behavior.
Aufgrund der Drosselung des Filtratablaufes und der Bemessung des Ringspaltes 11 wird die Filterpatrone 9, mit einer von der Art und Menge der Feststoffabscheidung abhängigen Bypassgeschwindigkeit, umströmt. Zusätzlich zur Dimensionierung der Bypassfläche erfolgt die Gestaltung des Verhältnisses Bypassfläche zu Patronenlänge so, daß sich die Strömung im Gebiet der Einlaufstörung längs der Filterfläche 12 befindet. Eine weitere Strömungsstörung kann durch die mittig justierte, in einer Weichgummidichtung 14 am Gehäuseboden stehenden Filterpatrone erreicht werden. Aufgrund eines einstellbaren Spiels mittels Konus im Gehäusedeckel 4 wird die Filterpatrone durch das Strömungsmittel in mechanische Schwingungen geringer Amplitude zur Vertikalachse versetzt wird, wodurch zusätzliche Strömungsstörungen das Freispülverhalten unterstützen. Ein Einströmkörper 15 am Patronenkopf sichert als Schikane das tangentiale Einströmen der Suspension in den Kreisringspalt.Due to the throttling of the filtrate drain and the dimensioning of the annular gap 11 , the filter cartridge 9 is flowed around with a bypass speed which is dependent on the type and amount of the solids separation. In addition to the dimensioning of the bypass area, the ratio of the bypass area to the cartridge length is designed such that the flow is in the area of the inlet disturbance along the filter area 12 . A further flow disturbance can be achieved by means of the centrally adjusted filter cartridge, which is located in a soft rubber seal 14 on the housing base. Due to an adjustable play by means of a cone in the housing cover 4 , the filter cartridge is set into mechanical vibrations of low amplitude to the vertical axis by the fluid, as a result of which additional flow disturbances support the flushing behavior. An inflow body 15 on the cartridge head, as a baffle, ensures that the suspension flows tangentially into the annular gap.
Die Filterpatrone 9 besteht aus einem Rohrkörper mit großer freier Durchtrittsfläche dem Untersieb und der Bespannung mit dem eigentlichen Filtermittel. Die Maschenweite wird entsprechend der Feststoffbeladung, dem erforderlichen Grenzkorndurchmesser bzw. der erforderlichen Filterleistung festgelegt.The filter cartridge 9 consists of a tubular body with a large free passage area, the lower sieve and the covering with the actual filter medium. The mesh size is determined according to the solids loading, the required grain size or the required filter capacity.
Je nach eingesetzten Filterelementen wird bei sicherem Betrieb jedes Einzelelementes bei einem Verhältnis Filtrat- zu Bypassvolumenstrom von 1 : 1 bei der dreistufigen Ausführung die zugeführte Suspension in 7/8 Filtrat und 1/8 Rückführung zur Extraktionsanlage getrennt.Depending on the filter elements used, safe operation means that each Single element with a ratio of filtrate to bypass volume flow of 1: 1 at three-stage execution the supplied suspension in 7/8 filtrate and 1/8 Return to the extraction system separately.
Für z. B. 100 m³/h Suspensionszuführung liefert das erste Filterelement 50 m³/h Filtrat; das zweite Filterelement 25 m³/h Filtrat sowie 12,5 m³/h Filtrat das dritte Filterelement. Ein mit Feststoffen angereicherter Bypassvolumenstrom von 12,5 m³/h wird in diesem Fall zur Extraktionsanlage zurückgeführt.For e.g. B. 100 m³ / h suspension feed, the first filter element delivers 50 m³ / h Filtrate; the second filter element 25 m³ / h filtrate and 12.5 m³ / h filtrate the third Filter element. A bypass volume flow of 12.5 m³ / h enriched with solids in this case it is returned to the extraction system.
Volumenstrommeßgeräte 17 dienen der Kontrolle der Filtratabsperrarmaturen 13. Volume flow meters 17 are used to control the filtrate shut-off devices 13 .
Eine Regenerierung der Filterflächen 12 ist möglich, wenn die Filtratabsperrarmaturen 13 geschlossen werden und der gesamte Suspensionsstrom an der Filterfläche entlang strömt.A regeneration of the filter surfaces 12 is possible if the filtrate shut-off valves 13 are closed and the entire suspension flow flows along the filter surface.
Dieser Spülvorgang wird in kurzer Zeit realisiert und eingeleitet, wenn den Filterelementen 1, 2, 3 zugeordnete Differenzdruckmanometer 16 eine Grenzwertüberschreitung signalisieren.This flushing process is implemented and initiated in a short time when differential pressure gauges 16 assigned to the filter elements 1 , 2 , 3 signal that a limit value has been exceeded.
Das Verfahrensprinzip der Querstromfiltration eignet sich unter anderem zur Vorklärung industrieller bzw. kommunaler Abwässer. Dadurch können Folgeeinrichtungen zur mechanischen Abwasseraufbereitung differenzierter beschickt, Klärbeckenkapazität und Wasserkreisläufe sowie Pumpenantriebsleistungen, Kanal- und Rohrleitungsquerschnitte verringert werden.The principle of cross-flow filtration is suitable for Pre-treatment of industrial or municipal wastewater. This allows Subsequent devices for mechanical wastewater treatment more differentiated feed, clarifier capacity and water cycles as well Pump drive powers, duct and pipe cross sections can be reduced.
In diesem Fall wird aufgrund der stark wechselnden Zusammensetzung der Suspensionen und dem schwankenden Abwasseranfall, z. B. bei starken Regengüssen, der Einsatz eines Filterelementes 1 nach Fig. 2 entsprechender Dimensionierung eines Filtermittels für den gewünschten Grenzkorndurchmesser vorgesehen.In this case, due to the strongly changing composition of the suspensions and the fluctuating wastewater, e.g. B. in heavy downpours, the use of a filter element 1 according to FIG. 2 appropriate dimensioning of a filter medium for the desired limit grain diameter provided.
Gegebenenfalls ist hier eine Parallelschaltung mehrerer gleicher Filterelemente, die mittels Pumpenbetrieb aus einem Vorlaufbehälter beschickt werden, möglich.If necessary, here is a parallel connection of several identical filter elements that can be fed from a flow tank using pump operation.
Die Suspension wird wieder tangential eingeleitet und strömt mit einem Drall in den Ringspalt 11 ein. Die Strömungsgeschwindigkeit längs der Filterfläche 12 ist so hoch bemessen, daß keine Feststoffablagerungen auf dem Filtermittel trotz deutlicher Verringerung derselben stattfinden. Ursache sind instationäre Strömungsverhältnisse, hervorgerufen durch Einlaufstörungen im Ringspalt 11 sowie ein Schwingen der Filterpatrone um die Vertikalachse. Hohe spezifische Flächenleistungen werden bei geringsten Filtrationsdifferenzdrücken erreicht. Das Filtrat kann wieder technologischen Prozessen als Brauchwasser oder der biologischen Reinigung zugeführt werden. Der Bypassvolumenstrom 6 mit dem angereicherten Feststoff wird der Abwasseraufbereitungsanlage zugeführt.The suspension is again introduced tangentially and flows into the annular gap 11 with a swirl. The flow velocity along the filter surface 12 is so high that no solid deposits on the filter medium take place despite a significant reduction in the same. The cause is unsteady flow conditions, caused by inlet disturbances in the annular gap 11 and a swinging of the filter cartridge around the vertical axis. High specific area performances are achieved with the lowest filtration differential pressures. The filtrate can be returned to technological processes as process water or biological cleaning. The bypass volume flow 6 with the enriched solid is fed to the wastewater treatment plant.
100 m³/h zugeführte Suspension können in 3/5 Filtrat und 2/5 Bypass funktionssicher getrennt werden.100 m³ / h supplied suspension can functionally safe in 3/5 filtrate and 2/5 bypass be separated.
Bei sich andeutender Versetzung der Filterfläche wird anhand von Grenzwertdaten des Volumenstrommeßgerätes 17 und des Differenzdruckmanometers 16 ein kurzzeitiger Spülzyklus von wenigen Sekunden eingeleitet, indem die Filtratabsperrarmatur 13 geschlossen wird. Nachdem das Differenzdruckmanometer 16 den Wert 0 anzeigt, ist der Spülvorgang abgeschlossen.If the filter surface is indicated to be displaced, a brief rinsing cycle of a few seconds is initiated on the basis of limit value data from the volume flow meter 17 and the differential pressure manometer 16 by the filtrate shut-off valve 13 being closed. After the differential pressure manometer 16 shows the value 0, the flushing process is complete.
BezugszeichenlisteReference list
1, 2, 3 Filterelemente einer dreistufigen Ausführung
4 Gehäusedeckel
5 Filtratauslaufrohr
6 Bypassleitungen mit tangentialen Ein- und Ausläufen
7 Filtratrückführung
8 aufkonzentrierte Suspension
9 Filterpatrone
10 Justiervorrichtung zentrisch
11 Ringspalt
12 Filterfläche
13 Filtratabsperrarmatur
14 Weichgummidichtung
15 Einströmkörper
16 Differenzdruckmanometer
17 Volumenstrommeßgerät 1 , 2 , 3 filter elements of a three-stage design
4 housing covers
5 filtrate outlet pipe
6 bypass lines with tangential inlets and outlets
7 Filtrate return
8 concentrated suspension
9 filter cartridge
10 Centering device
11 annular gap
12 filter surface
13 filtrate shut-off valve
14 soft rubber seal
15 inflow body
16 differential pressure gauges
17 volumetric flow meter
Claims (7)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE4336426A DE4336426A1 (en) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | Process and plant for the continuous cross-flow filtration of suspensions in the area of standard filtration |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=6501000
Family Applications (1)
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