ES2236884T3 - Aparato de concentracion por evaporacion de aguas residuales. - Google Patents

Aparato de concentracion por evaporacion de aguas residuales.

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ES2236884T3 ES98610045T ES98610045T ES2236884T3 ES 2236884 T3 ES2236884 T3 ES 2236884T3 ES 98610045 T ES98610045 T ES 98610045T ES 98610045 T ES98610045 T ES 98610045T ES 2236884 T3 ES2236884 T3 ES 2236884T3
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Abstract

LA PRESENTE INVENCION PROPORCIONA UN APARATO DE CONCENTRACION EVAPORATIVA PARA AGUAS RESIDUALES, QUE CONSTA DE UN RECIPIENTE DE EVAPORACION 2, PARA CONCENTRAR POR EVAPORACION EL AGUA RESIDUAL Y UN CALENTADOR 3 PARA CALENTAR POR CIRCULACION UN LIQUIDO CONTENIDO EN EL RECIPIENTE DE EVAPORACION 2. EN DICHO SISTEMA, TODA O PARTE DE LA ENERGIA TERMICA DEL VAPOR GENERADO 6 DESCARGADO A PARTIR DEL RECIPIENTE DE EVAPORACION 2, SE RECUPERA MEDIANTE UNA BOMBA CALORIFICA DE ABSORCION 29, Y DICHA ENERGIA TERMICA SE SUMINISTRA AL CALENTADOR 3. SEGUN LA PRESENTE INVENCION, LA CONCENTRACION EVAPORATIVA SE PUEDE LLEVAR A CABO EFICIENTEMENTE EN EL RECIPIENTE DE EVAPORACION, UTILIZANDO DE FORMA EFECTIVA LA ENERGIA TERMICA DEL VAPOR GENERADO. ASIMISMO, EL FUNCIONAMIENTO DE DICHO SISTEMA SE PUEDE REALIZAR DE FORMA ESTABLE, ASEGURANDO DE FORMA ESTABLE LA CANTIDAD DE VAPOR DE CALENTAMIENTO.

Description

Aparato de concentración por evaporación de aguas residuales.
1. Sector técnico al que pertenece la invención y estado de la técnica relacionada
La presente invención se refiere a un aparato de concentración por evaporación para aguas residuales y, más específicamente, a un aparato de concentración por evaporación para aguas residuales en el que la concentración por evaporación de las aguas residuales de la separación de azufre de gases de combustión descargados de una planta de eliminación de azufre de gases de combustión puede ser realizada muy eficientemente y de forma estable, siendo posibles instalaciones a pequeña escala y similares.
Se describirá a continuación haciendo referencia a la figura 2 un aparato convencional de concentración por evaporación y un sistema de tratamiento que utiliza el aparato.
El agua residual (1) se introduce en un recipiente evaporador (2) o en una conducción de entrada a un calentador (3) para un líquido concentrado (9), y es mezclada con el líquido del interior del recipiente. El líquido del interior del recipiente mezclado se saca de la parte inferior del recipiente de evaporación (2) por medio de una bomba de circulación (10) y se envía al calentador (3) como líquido concentrado (9), y un líquido concentrado excedente (12) se envía a un depósito de líquido concentrado (11). El líquido concentrado (12) enviado al depósito de líquido concentrado (11) se trata además por un solidificador (14) como líquido concentrado (12b), y se descarga por una salida del sistema como materia sólida inocua (15).
Asimismo, el vapor generado (6) descargado por la evaporación del líquido del interior del recipiente se envía a un enfriador (7).
El líquido concentrado (9) enviado al calentador (3) se calienta mientras pasa por un tubo de calentamiento en el calentador (3). El calentador (3) es un intercambiador de calor cilíndrico multitubular, en el que el vapor de calentamiento (4) que se introduce en una camisa del calentador (3) se condensa por la absorción del calor latente producido por el intercambio de calor, y se descarga al exterior del sistema como un condensado (5) mediante un separador de vapor. Al líquido concentrado (9) que ha pasado por el calentador (3) se le permite volver al recipiente de evaporación (2), y se repite la concentración por evaporación.
El vapor generado (6) producido en el recipiente de evaporación (2) se envía al enfriador (7), y se enfría como agua condensada (8) en una camisa del enfriador (7). El agua de enfriamiento (fría) pasa por un tubo de enfriamiento del enfriador (7). Después de que el agua de enfriamiento (fría) enfría el vapor generado (6) por intercambio de calor, el agua de enfriamiento se descarga al exterior del enfriador como agua de enfriamiento (caliente). Después, el agua de enfriamiento (caliente) se enfría pasando a agua fría (fría) de nuevo mediante una torre de enfriamiento o elemento similar, y se utiliza de forma circulante. El gas no condensable generado en el enfriador (7) se aspira mediante una bomba de vacío (13) y se descarga a la atmósfera. En este documento, gas no condensable significa un gas que no se licua por enfriamiento.
El agua residual (1) de eliminación de azufre se satura con yeso, de modo que la temperatura del vapor de calentamiento (4) no debe ser mayor de 75ºC para evitar la generación de incrustaciones. Por consiguiente, el vapor de calentamiento (4) debe ser un vapor de baja temperatura.
Asimismo, el vapor generado (6) producido en el recipiente de evaporación (2) se condensa en el enfriador, y se recupera como agua condensada (8) para un eliminador de azufre.
Según la técnica anterior descrita antes, el agua residual se calienta en el recipiente de evaporación (2) mediante el calor del vapor de calentamiento enviado desde el calentador (3). El vapor generado (6) calentado en el recipiente de evaporación (2) se condensa mediante agua de enfriamiento en el enfriador (7) por intercambio de calor, y el calor intercambiado se disipa a la atmósfera como calor de evaporación en una torre de enfriamiento. En otras palabras, la mayor parte del calor del vapor de calentamiento se disipa en la atmósfera como calor de evaporación en una torre de enfriamiento.
Asimismo, la técnica anterior presenta un inconveniente consistente en que es muy grande la cantidad de vapor de calentamiento enviada desde el calentador (3).
Como resultado, el aparato convencional de concentración por evaporación presenta un problema porque la energía térmica suministrada al calentador (3) como vapor se descarga a la atmósfera, de modo que se requiere nueva energía térmica para enviar el vapor (4) al calentador (3) de nuevo.
También aparece un problema porque cuando el vapor de calentamiento no puede ser suministrado de forma suficiente al calentador (3), disminuye la capacidad de condensación por evaporación en el recipiente de evaporación (2), y el funcionamiento del aparato de concentración por evaporación se vuelve inestable, de modo que no se puede mantener constante la relación de concentración por evaporación del agua residual.
El documento WO9720606 da a conocer un procedimiento para purificar agua, en el que el agua a purificar se envía a un evaporador, provocando el calentamiento de la misma y, como mínimo, la transformación parcial en vapor con la consiguiente concentración de la fase líquida. El vapor entonces se comprime y se envía a un intercambiador de calor para ceder su calor latente al agua que entra, con la condensación consiguiente del vapor. La fase líquida concentrada y el vapor condensado se vacían para su reutilización subsiguiente. En particular, el documento WO9720606 da a conocer un aparato para la concentración por evaporación para agua residual y que comprende un recipiente de evaporación para concentrar por evaporación agua residual, un calentador para calentar en circulación un líquido introducido en dicho recipiente de evaporación, medios de extracción para extraer el vapor generado desde el recipiente de evaporación, y medios de intercambio de calor acoplados a los medios de extracción para recuperar la totalidad o parte de la energía térmica del vapor generado descargado de dicho recipiente de evaporación y para suministrar dicha energía térmica a dicho calentador.
2. Objetivo y características de la invención
En vista de los anteriores problemas, los inventores hicieron importantes estudios para desarrollar un aparato de concentración por evaporación para eliminar el azufre de aguas residuales, en el que la concentración por evaporación puede efectuarse de forma eficiente en un recipiente de evaporación al utilizar de forma efectiva la energía térmica del vapor generado, y también el funcionamiento del aparato de concentración por evaporación puede ser realizado de forma estable por asegurar de forma estable la cantidad de vapor de calentamiento.
Como resultado, los inventores observaron que tales problemas podrían ser resueltos por un aparato de concentración por evaporación según se expone en la reivindicación 1.
En este punto, es preferible que la bomba de absorción de calor utilice agua (H_{2}O) como refrigerante y solución de bromuro de litio (LiBr) como absorbente (líquido de absorción), e incluye un evaporador para evaporar un refrigerante por la energía térmica del vapor generado, un absorbedor para absorber el vapor refrigerante en el absorbente, y un regenerador para hacer concentrado el absorbente por evaporación del refrigerante desde el absorbente por utilización de una fuente de calor de accionamiento para hacer reutilizable el absorbente. Asimismo, la bomba de absorción de calor puede estar dotada de un condensador para calentar de nuevo el agua caliente de circulación por utilización del vapor refrigerante generado en el regenerador.
Preferentemente, la fuente de calor de accionamiento debería ser vapor, o fuego directo de combustión de fuel o de gas de combustión, y la presión en el recipiente de evaporación debería ser menor que la presión atmosférica. El aparato de concentración por evaporación según la presente invención es más efectivo en el caso en que el agua residual concentrada por evaporación por el recipiente de evaporación es agua residual de eliminar el azufre de tipo húmedo cuando los óxidos de azufre se eliminan en la combustión de gases de escape de carbón o de aceite.
Según el aparato de concentración por evaporación de la presente invención, la cantidad de vapor de calentamiento necesario para concentrar por evaporación agua residual puede ser disminuida significativamente en comparación con los aparatos convencionales. Asimismo, la capacidad de la instalación del enfriador y de la torre de enfriamiento necesarios para la condensación del vapor generado por el recipiente de evaporación puede ser reducida significativamente en comparación con los aparatos convencionales.
Además, según el aparato de la presente invención, el condensado de vapor de la fuente de calor de accionamiento es limpio, sin que esté contaminado, de modo que puede ser enviado a una planta de generación de vapor para su reutilización.
4. Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista de una disposición mostrando una realización de un aparato de concentración por evaporación para agua residual según la presente invención; y
la figura 2 es una vista de una disposición de un aparato convencional de concentración por evaporación para agua residual.
En los dibujos, el número de referencia (1) indica agua residual de eliminar el azufre, el (2) indica un recipiente de evaporación, el (3) indica un calentador, el (4) indica vapor, el (5) indica condensado, el (6) indica vapor generado, el (7) indica un enfriador, (8a) y (8b) indican agua condensada, el (9) indica líquido concentrado, el (10) indica una bomba de circulación, el (11) indica un depósito de líquido concentrado, (12) y (12b) indican líquido concentrado, el (13a) indica una bomba de vacío, (13b) indica una bomba, el (14) indica un solidificador, el (15) indica una materia sólida, el (16) indica un depósito de agua condensada, el (17a) indica agua de enfriamiento (fría), el (17b) indica agua de enfriamiento (caliente), el (18) indica un evaporador, el (19) indica un absorbedor, el (20) indica un regenerador, el (21) indica vapor de planta, el (22) indica condensado, el (23) indica agua calentada, el (24) indica un depósito de agua en circulación, el (25a) y el (25b) indican agua caliente circulando, el (26a) y el (26b) indican bombas, el (27) indica agua caliente circulando, el (28) indica un condensador, y el (29) indica una bomba de absorción de calor.
5. Descripción detallada de realizaciones preferentes
Se describirá seguidamente un aparato de concentración por evaporación según la presente invención y un sistema de tratamiento utilizando el aparato de concentración haciendo referencia a la figura 1.
En el aparato de concentración por evaporación mostrado en la figura 1, a diferencia del aparato convencional mostrado en la figura 2, se recupera la totalidad o parte de la energía térmica del vapor generado descargado de un recipiente de evaporación por una bomba de absorción de calor, y la energía térmica se suministra a un calentador.
En esta realización, como se explicó en la figura 2 relativa a la técnica anterior, el agua residual (1) se introduce dentro de un recipiente de evaporación (2) y se mezcla con el líquido del interior del recipiente. El líquido mezclado del interior del recipiente se calienta por un líquido en circulación enviado desde un calentador (3), y parte del agua se evapora y se concentra.
El líquido concentrado del interior del recipiente se extrae de la parte inferior del recipiente de evaporación (2) por medio de una bomba de circulación (10), y se envía a un calentador (3) como un líquido concentrado (9). Un líquido concentrado excedente (12) se descarga al exterior del sistema, y se trata dentro de una materia sólida inocua por un solidificador (14) o elemento similar. La totalidad o parte del vapor generado (6) descargado por la evaporación del líquido del interior del recipiente se envía a una bomba de absorción de calor (29), y otra parte del mismo se envía a un enfriador (7).
El líquido concentrado (9) enviado al calentador (3) se calienta por intercambio de calor mientras pasa por un tubo de calentamiento del calentador (3). En el calentador (3), para el cual se utiliza habitualmente un intercambiador de calor multitubular cilíndrico, el agua caliente de circulación (caliente) (25a) introducida en una camisa del calentador (3) se enfría por la absorción del calor latente causado por el intercambio de calor, volviendo al agua caliente circulante (fría) (25b). La mayor parte del agua caliente circulante (fría) (25b) se envía a la bomba de absorción de calor (29), y otra parte de la misma se envía a una planta de generación de vapor.
Después de haber pasado el líquido concentrado (9) por el calentador 3, puede fluir de nuevo al recipiente de evaporación, y se repite la concentración por evaporación. En este momento, el agua caliente de circulación (25a) suministrada al calentador (3) debería ser preferentemente agua caliente presentando una temperatura de saturación de 70 a 80ºC.
En el proceso de tratamiento anterior, las condiciones de funcionamiento en el recipiente de evaporación (2) se establecen como sigue:
Temperatura de evaporación
Normalmente de 45 a 90ºC
\quad
Preferentemente de 50 a 70ºC
Presión del vapor evaporado
Normalmente de 70 a 530 Torr
\quad
(9,33 a 70,66 kPa)
\quad
Preferentemente de 90 a 190 Torr
\quad
(12,00 a 25,33 kPa)
Por ejemplo, si la temperatura de evaporación es menor de 45ºC, debe hacerse un vacío elevado en el interior del recipiente de evaporación (2), de modo que se presenta un problema porque se necesita una bomba de vacío de capacidad elevada, la cual no es económica. Si excede los 90ºC, hay un inconveniente porque aumenta la incrustación de yeso, y aumenta la caloría para calentar durante la concentración por evaporación.
En la presente invención, la totalidad o parte del vapor generado (6) producido en el recipiente de evaporación (2) se envía a la bomba de absorción de calor (29).
La bomba de absorción de calor (29), que habitualmente utiliza agua como refrigerante y solución de bromuro de litio como absorbente, incluye un evaporador de refrigerante (18) para evaporar un refrigerante por la energía térmica del vapor generado (6), un absorbedor (19) para absorber vapor refrigerante en el absorbente, y un regenerador (20) para hacer que el absorbente concentrado por evaporación del refrigerante desde el absorbente, para así hacerla reutilizable en el absorbedor. Asimismo, es preferible que la bomba de absorción de calor (29) esté dotada de un condensador (28) para calentar de nuevo el agua caliente de circulación 27 por el vapor refrigerante generado en el regenerador.
En la figura 1, la totalidad o parte del vapor generado (6) se introduce en el evaporador (18) en la bomba de absorción de calor (29). En el evaporador (18), el agua se calienta por el vapor generado (6), se genera vapor refrigerante a baja temperatura, y el vapor refrigerante se suministra al absorbedor (19). Por este intercambio de calor provocado por el movimiento del vapor refrigerante en la bomba de absorción de calor (29), el vapor generado introducido (6) disipa energía térmica por la evaporación de refrigerante y se condensa en el evaporador (18), y a continuación se descarga desde el evaporador (18) como un líquido condensado (8b).
El absorbedor (19) antes mencionado se suministra con vapor refrigerante a baja presión generado en el evaporador (18) y un absorbente concentrado del regenerador (20). En este absorbedor (19), el absorbente concentrado de bromuro de litio absorbe el vapor refrigerante de baja presión y lo vuelve a una solución diluida, y se descarga el calor de absorción. Esto es, el vapor refrigerante se absorbe en un absorbente concentrado con concentraciones elevadas de bromuro de litio mientras se mantiene la entalpía del vapor.
La mencionada solución diluida con concentraciones bajas en bromuro de litio se envía al regenerador (20), y se calienta por el vapor de planta (21) en el regenerador (20). Mediante este calentamiento, el vapor refrigerante (vapor de agua) en la solución diluida se evapora, y se suministra al condensador (28). Asimismo, la solución diluida se concentra en un absorbente concentrado con elevadas concentraciones de bromuro de litio. Este absorbente concentrado se suministra de nuevo al absorbedor (19).
El agua caliente de circulación (27) se introduce en el absorbedor (19) y se calienta por el calor de absorción, y además se introduce en el condensador (28), donde se calienta de nuevo por el vapor refrigerante. A continuación, el agua caliente de circulación (27) se descarga desde el condensador (28) como vapor calentado a elevada temperatura (23).
La energía térmica dada al agua calentada (23) alcanza habitualmente 1,7 veces aproximadamente la caloría del vapor de planta (21), y la temperatura del mismo alcanza habitualmente de 70 a 90ºC dependiendo de la cantidad y temperatura del agua calentada (23).
En este momento, el vapor refrigerante (vapor de agua) habiendo calentado el agua caliente de circulación (27) en el condensador (28) se condensa en agua, y se suministra al evaporador (18) como necesaria. Asimismo, la solución diluida habiendo absorbido el vapor refrigerante de baja presión en el absorbedor (19), se suministra al regenerador (20).
De esta manera, el agua calentada (23) calentada dos veces en la bomba de absorción de calor se envía a un depósito de agua de circulación (24), y se combina con el condensado (22) del vapor de planta (21) en el depósito (24).
El agua caliente en el depósito de agua de circulación (24) se envía al calentador (3) como agua caliente de circulación (caliente) (25a) mediante una bomba (26a). El agua caliente de circulación (25a) introducida en el calentador (3) se enfría por la absorción del calor latente provocado por el intercambio de calor, y fluye hacia afuera como agua caliente de circulación (fría) (25b). Parte de la misma se envía a la bomba de absorción de calor (29) como agua caliente de circulación (27), y otra parte se envía a la planta de generación de vapor.
Por otro lado, otra parte del vapor generado (6) producido en el recipiente de evaporación (2) se envía al enfriador (7), y se enfría en el agua de condensación (8a) en la camisa del enfriador (7). En un tubo de enfriamiento del enfriador (7), habitualmente fluye a su través agua de enfriamiento (fría), enfría el vapor generado (6) por intercambio de calor, y a continuación se descarga en el exterior del aparato como agua de enfriamiento (caliente) (17b). Después, el agua de enfriamiento (caliente) (17b) se enfría de nuevo dentro del agua de enfriamiento (fría) mediante una torre de refrigeración o elemento similar, por lo cual se utiliza para circulación.
El gas no condensable generado en el enfriador (7) es aspirado por una bomba de vacío (13a), y descargado a la atmósfera. En este punto, el gas no condensable significa un gas que no se licua por enfriamiento.
El agua condensada (8a) enviada desde el enfriador (7) se introduce dentro de un depósito de agua condensada (16) junto con el agua condensada (8b) enviada desde la bomba de absorción de calor (29). También en este depósito de agua condensada (16), el gas no condensable generado se aspira por la bomba de vacío (13a) y se descarga a la atmósfera. El agua condensada en el depósito de agua condensada (16) se envía a un eliminador de azufre por medio de una bomba (13b).
El aparato de concentración por evaporación para agua residual según la presente invención no se limita a la anterior realización, y puede ser modificado de diversos modos dentro del alcance del concepto técnico de la presente invención.
En el aparato de concentración por evaporación para agua residual según la presente invención, la concentración por evaporación puede efectuarse eficientemente en un recipiente de evaporación al utilizar de forma efectiva la energía térmica del vapor generado, y asimismo el funcionamiento del aparato de concentración por evaporación puede ser realizado de forma estable al asegurar de forma estable la cantidad de vapor de calentamiento.
Es decir, según la presente invención, la energía térmica obtenida del vapor generado se extrae para calentar el agua caliente de circulación, por lo que el vapor de calentamiento utilizado por un calentador puede suministrarse eficientemente en grandes cantidades. Por tanto, la cantidad necesaria de nuevo vapor de calentamiento para la concentración por evaporación del agua residual puede ser reducida significativamente (40 a 50%) en comparación con el aparato convencional. Asimismo, el aparato de concentración por evaporación puede hacerse funcionar de forma estable, y la relación de concentración por evaporación del agua residual puede mantenerse constante. Además, puede reducirse significativamente (de 40 a 50%) la capacidad de las instalaciones del enfriador y de la torre de enfriamiento necesaria para la condensación del vapor generado desde un recipiente de evaporación, en comparación con el aparato convencional.
Además, según el aparato de la presente invención, el vapor condensado de la fuente de calor de accionamiento es limpio sin que esté contaminado, de modo que puede enviarse de nuevo, a una planta de regeneración de vapor, para su reutilización.

Claims (10)

1. Aparato de concentración por evaporación para aguas residuales; el aparato comprende un recipiente de evaporación (2) para la concentración por evaporación de las aguas residuales, un calentador (3) para calentar por circulación el líquido interior de dicho recipiente de evaporación (2), y un conducto para extraer vapor generado (6) del recipiente de evaporación (2), estando caracterizado el aparato por una bomba de absorción de calor (29) acoplada al conducto para recuperar, como mínimo, parte de la energía térmica del vapor generado descargado de dicho recipiente de evaporación (2) y para suministrar dicha energía térmica suministrada a dicho calentador (3); siendo capaz dicho conducto de tratar de alimentar, como mínimo, parte del vapor generado (6) a la bomba de absorción de calor (29) y otra parte del mismo a un enfriador (7); comprendiendo dicho calentador (3) un intercambiador de calor, por el cual se alimenta el líquido interior del recipiente de dicho recipiente de evaporación (2) y agua caliente (25); y medios de alimentación se acoplan al intercambiador de calor para enviar la mayor parte del agua (25b) que proceda del intercambiador de calor a la bomba de absorción de calor (29) para ser calentada por el vapor generado extraído (6), y otra parte de la misma a una planta de generación de vapor.
2. Aparato, según la reivindicación 1, y que comprende un depósito común (16) de agua condensada para recoger el agua condensada (8a) del enfriador (7) y el agua condensada (8b) de la bomba de absorción de calor (29).
3. Aparato, según la reivindicación 2, en el que medios de aspiración (13) están dispuestos para aspirar y descargar a la atmósfera el gas no condensable generado en el enfriador (7) y el gas no condensable generado presente en el depósito del agua condensada (16).
4. Aparato, según la reivindicación 2 ó 3, en el que medios de envío (13b) están dispuestos para enviar el agua condensada en el depósito de agua condensada (16) a un eliminador de azufre.
5. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha bomba de absorción de calor (29) incluye un evaporador (18) para evaporar un refrigerante por la energía térmica de dicho vapor generado (6), un absorbedor (19) para absorber dicho vapor refrigerante en el absorbente, y un regenerador (20) para hacer el absorbente concentrado por evaporación del refrigerante de dicho absorbente al utilizar un vapor para hacerlo reutilizable en dicho absorbedor (19).
6. Aparato, según la reivindicación 5, en el que dicha bomba de absorción de calor (29) utiliza agua como refrigerante y solución de bromuro de litio como absorbente.
7. Aparato, según la reivindicación 5 ó 6, en el que una salida de dicho regenerador (20) está conectada al calentador (3) por un depósito de agua de circulación (24) a efectos de suministrar la energía térmica del agua condensada obtenida por condensación de dicho vapor al utilizar dicha bomba de absorción de calor (29) con dicho calentador (3).
8. Aparato, según la reivindicación 7, en el que la salida de dicho regenerador (20) está conectada a un depósito de agua de circulación (24); estando dispuestos medios de conexión para enviar al depósito del agua de circulación (24) el agua (25b) que procede del intercambiador de calor después de haber pasado por la bomba de absorción de calor (29); estando dispuestos medios de bomba (26a) para enviar el agua del depósito del agua de circulación (24) al calentador (3).
9. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la presión en dicho recipiente de evaporación (2) es menor que la presión atmosférica.
10. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agua residual concentrada por evaporación por dicho recipiente de evaporación (2) es agua residual de eliminación de azufre de tipo húmedo cuando se han retirado los óxidos de azufre en la combustión del gas de combustión de carbón o aceite.
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