JPS59225730A - 撹拌装置 - Google Patents

撹拌装置

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JPS59225730A
JPS59225730A JP59073093A JP7309384A JPS59225730A JP S59225730 A JPS59225730 A JP S59225730A JP 59073093 A JP59073093 A JP 59073093A JP 7309384 A JP7309384 A JP 7309384A JP S59225730 A JPS59225730 A JP S59225730A
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spike
stirring device
rotor
mixing
spikes
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JP59073093A
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ペ−テル・ヴアルツエル
エドガ−・ムシエルクナウツ
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Bayer AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スパイクを備えたロータと矢張シスパイクを
備えていてロータと協働するステータとを一つのケーシ
ング内に有している攪拌装置、並びにこの攪拌装置を特
殊な混合問題の解決のために使用することに関する。
粘性の液体における連続的な流動体は、通常、スタチッ
ク(静力学的な)混合装置内で混和される。この混合装
置は、回転する部分を有しておらず、高い混合特性を示
すことが出来る。然し乍ら、この装置においては比較的
高い圧力損失と太きカ混合容積とを甘受しなければなら
ない。更に、運転中に混合特性を補足的に後から修正す
ることは不可能である。しかも高粘性の液体と低粘性の
液体とを混和する場合には、特に長尺の混合装置が必要
とされる。多くの化学反応において所望の品質を有する
最終生成物を得るだめには、各出発材料の迅速な混和が
屡々不可欠な前提条件となる。
通常の攪拌装置においては、生成物に強利される流動運
動が、回転方向成分と軸方向成分と半径方向成分とから
合成され、これは高速回転する攪拌装置と低速回転する
攪拌装置とでは異なっている。公知の攪拌装置(リーー
ガーの技術辞典/タ70年版第/を巻第IIー/7頁以
下)は、剪断式攪拌装置であって、この場合軸には流動
方向で見て狭い薄板と;回転方向とは逆向きに彎曲され
た三枚の板を有するインベラ−攪拌機と;直線・ぐドル
型攪拌機乃至クロスビーム攪拌機及びフィンガー攪拌機
とが設けられている。これら全ての攪拌機は、大抵の場
合容器に対し同軸的な回転軸に固定されるアーム、支持
体、ビーム、プレート等を有して(夕) いる。以下に述べる攪拌装置においては、これらの要素
の寸法が発明の対象として見られておらず、回転軸に固
定される要素については、一般的にス   。
A?イクなる表現が用いられる。同様にして、混合装置
も一般的にスパイク攪拌装置と称する。なお、場合によ
ってはケーシングにおける流動破砕要素にもスパイクな
る表現が用いられる。スパイクの構成を説明するために
は、スパイク方向におけるその重心ラインが利用され、
このラインの部分範囲が直線と略々等しくされている。
公知となっている全ての攪拌装置乃至混合装置において
は、スパイク(上に定義された重心ラインによって表現
されるもの)が先づ初めに半径方向で回転軸に対して延
びており、一般的なケースでは回転軸に対し垂直な平面
内で延在していることすらある。低速回転する攪拌装置
においては、この経過列インが場合によシ容器底部の彎
曲した形状に適合されている。例えば剪断攪拌装置にお
いては、半径方向で延びる直線的なスパイクを回転軸に
対し垂直な平面内に位置せしめないことが(乙) 公知となっている。フィンガー攪拌機の場合には、組み
合わされた「ス・ぐイン」が設けられている。
回転軸に固定された支持体部分は、アンカー攪拌機又は
・ぐドル乃至ビーム攪拌機の場合と同じように、略々回
転軸に対し垂直な平面内で半径方向に延びている。これ
らの支持体部分には、大抵の場合複数の上向きのフィン
ガーが固定されている。
この場合これらのフィンガー、即ち、矢張シフィンガ一
方向におけるその重心ラインによって特徴づけられ、実
際には常に値線であるこれらのフィンガーは、回転軸と
平行に延びている。つまり換言するならば、フィンガー
と回転軸とは同一平面内に位置していて、互いに交差す
ることはない。
大抵は容器の壁に取シ付けられる流動破砕部材を組み込
むことによって、半径方向の流れを強化する目的で回転
流動運動を制動することも、既に公知となっている。然
し乍ら、公知の諸装置における混合作用が、その長さと
消費エネルギーとに対して必ずしも充分ではない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第、29377g、;を
号明細書に記載されている混合方法並びに装置において
は、混合しようとする成分が円筒形のケーシング内で回
転する円板に与えられ、遠心作用によって外向きに動か
される。搬送作用と混合作用とを強化するためには、こ
の円板に傾斜した羽根が取シ付けられている。この場合
の混合は、主としてケーシングと混合円板の周囲に設け
られた歯との間を流体が通過する際に行なわれる。この
方式における欠点は、層流に際して羽根と円板との間の
隅角部に流速の低いゾーンが生ずることにある。
更に、円板とケーシングとの間の摩擦に基づいて、著し
い出力損失が生ずる。従ってこの方式を繊維技術及び写
真技術に応用するためには、その混合特性が不充分なも
のにならざるを得ない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第270タグ22号明細
書に記載されている円板状の混合装置においては、互い
に上下に連続しているステータ円板とロータ円板とが、
周方向に同心的な溝を有している。このように構成され
たステータのリングはロータの溝内に適合せしめられ、
またその逆も成立する。これらのリングは、周方向に対
して斜めに延びる溝を有しているので、同時に良好な搬
送作用と混合作用とが得られる。この装置の欠点は、溝
の円筒面とリングとの間に高い摩擦力が生じ、混合プロ
セスに際して生じた熱を内在する混合円板から放出する
ことが有効に行なわれないことにある。エネルギー消散
状態は、局所的には良好であるが、混合室全体に亘って
不均等にならざるを得ない。従って混合作用も、一部で
は効果的であるが、一部では充分に発揮されない。
本発明の課題とするところは、攪拌装置における混合作
用を簡単な手段によって公知技術におけるより著しく高
め、特に、繊維技術又は写真乳化剤(エマルジョン)の
製法において必要とされる条件を満足させるようにする
ことにある。
この課題を解決すべく提案された本発明の措置によれば
、ロータのスノfイン又はステータのスパイク又はその
双方が、スパイク端部をスパイク方向における重心ライ
ンに還元してこれを略々直線と見做した場合に、スパイ
クの自由端部が回転軸(9) に対し斜めに延びるように構成されている。本発明によ
るその他の実施態様は、各サブクレームに示されている
混合作用が比較的強力であることによって、装置の構成
長さを短縮することが可能である。この攪拌装置は、特
に高粘性材料を用いた層流範囲に適しておシ、更に、粘
性に著しい差のある二つの液体を混合するのにも好適で
あシ、その量の比が極端であるような二つの成分を混和
する必要がある場合、及び分散体乃至エマルジョンを製
造するためにも有効であって、しかもこの場合、装置を
連続運転方式によっても又パッチ運転方式によっても作
動させることが出来る。
ロータスパイクとステータスパイクとが軸に対し垂直な
各平面内に配置されているならば、特に良好な半径方向
混和が行なわれる。更に、動径ベクトルに対するロータ
とステータとの各スノぞインの傾斜方向に応じて、軸に
向う方向又は軸から離反する方向での半径方向搬送作用
を得ることが可能である。小さな半径上における混合機
の内部で(10) は剪断落差が小さいという公知の難点があるにも拘らず
、本発明による混合装置は全ての液体粒子に同一の条件
を提供する。つまシ液体粒子は、外部から内部への寸だ
その逆の搬送によシ、それ自体余シ有効で々い内部範囲
から外部範囲内に到達し、従って壁面層が生ずることは
ない。スタチックな混合装置とは異なって、回転数に関
し別の自由度が得られるので、これによって混合作用に
影響を及ぼすことが可能になり、同じ容積でスタチック
混合装置の何倍もの混合、作用を得ることが出来る。
充分な半径方向混和が行なわれることによって、との種
の攪拌装置が組み込まれた容器内では、容器横断面に亘
って申し分なく均等な温度を維持することが可能である
。発熱乃至吸熱反応用の反応器内に本発明による攪拌装
置を組み込んでおくならば、反応媒体における厳密な温
度公差の緩和を行なうことが出来る。
混合作用のほかに軸方向での搬送作用をも発揮させよう
とする混合作業を行なう場合には、各スパイクが回転軸
に対し垂直な平面から突出しているような攪拌装置を用
いることが可能である。回転軸に対し垂直な方向で見て
互いに交差するようにロータスパイクとステータスノや
インとが配置されているならば、所望の搬送作用を得る
ことが出来る。互いに異なる傾斜角度のス・ぐインを組
み合わせて用いることによって、混合反応器内で局所的
に混合作用と搬送作用とを生ぜしめることが可能である
スタチック人混合装置において観察されたところによれ
ば(化学技師テクニック3/、7979年、3,311
−7〜3乙41)、矩形の横断面を有するウェブが良好
々混合作用を生ぜしめうるとのことである。ところでス
パイクの場合にも、この矩形の横断面形状が特に有効で
あるということが実証された。このような横断面形状は
、装置の製作面から見ても有利である。
次に添付図面に示した実施例につき本発明の詳細な説明
する。
第1図において、円筒形のケーシング/内では回転軸ノ
が同軸的に延在している。混合室3は、スライドリング
シールグによって外部からシールされている。スパイク
jは、回転軸ノに対して垂直な各平面内に配置されてい
る。ロータに固定されたスパイクは符号jaによシ、ま
たステータを形成するスパイクは符号tbによシそれぞ
れ示されている。ロータの軸に固定されたスノクイン!
aの平面と定置のケーシング/に取シ付けられたス/f
イン、Ibの平面とは互いに重なシ合っている。
ケーシング/に取シ付けられたスフ4イクタbは、ケー
シング/と共に混合装置のステータを形成している。こ
れらのスパイクは、差し込みキー乙によシ回転軸ノに相
対回動不能に保持されている。
混合装置の一方の側には、混合しようとする液体のだめ
の流入口gが設けられている。出口接続管片りは、混合
装置の上端部において、ねじ//によシ固定されたカバ
ーフランジ10内に位置している。シールは0字リング
シール/2によって行なわれる。ケーシング/の外側に
は冷却ジャケット/3が設けられておシ、混合熱はこの
ジャケラ(/3) トを介して放出可能である。このような形式により、混
合さるべき液体を加熱することも当然可能である。
第2図には、第1図に示された混合装置の横断面が示さ
れている。ロータ及びステータのスパインタは、周方向
に対して斜めにセットされている。
更にこの図には、スパイクにおける重心ラインと動径ベ
クトルとが一点鎖線で示されておシ、本発明によれば、
この二本の線の間に形成される角度αが少なくとも/夕
0にされている。ロータのスパインタaは、回転軸ノか
らこれらのス・ぐインに回転運動を伝達するリングに接
線方向で取シ付けられている。これらのス・ぐインタa
は、接線方向で配置されていることによシ、実際には周
方向で小さな半径を示している。高い回転モーメントが
生ずることを阻止するため、スパイクの端部には面取部
/lI−が形成されている。スパイク取シ付は部におい
ては、空洞部/夕によシ緩慢な通流領域、所謂デッドゾ
ーンが生ずることは回避される。ロータスパイクjaの
端部は、その円筒外壁に出来(/≠) るだけ接近するようにされ、ステータスパイク、tbも
同様に回転軸−に出来るだけ接近せしめられる。各スパ
イクがこのように構成されている場合でも、ロータはス
テータから抜き出すことが出来る。回転軸2が時計回シ
方向で回転するか逆時計口シ方向で回転するかという点
は、混合作用にとって問題ではない。
第3図に示されているように、通流式混合装置内で達成
される混合特性は、混合装置の幾何学形状が所定のもの
である以上、その容積Vと回転数nと装入量※とに関連
して左右される。一般にこれらのパラメータは、特性値
n■〜とじて総括される。達成された最終混合特性は、
試料測定の標準偏倚σによって規定されうる。出発標準
偏倚σ0はA関係式6o = >/ (V 1 +V 
2 )による供給された成分91とや2との装入量比に
依存している。
混合プロセス後に得られた標準偏倚は、有利には出発標
準偏倚σ0に関連づけられる。得られた標準偏倚σ/σ
0は、これによって容積流化とは無関係なものにされる
実験は第7図に示した混合装置によシグルコースシロッ
プを用いて行なわれた。混合特性を測定するため、容積
流の一方が色素で着色された。混合装置の出口では、回
転しているロータのそれぞれ異なった出口箇所における
/咽3試料体中色素濃度が、レーザ光線の吸光によって
測定された。これらの値から商σ/σ。を規定すること
が出来た本発明による二つの攪拌装置(a及びb)は、
半径方向で直線的なスパイクを有する攪拌装置(C)と
比較された。攪拌装置(a)においては、ロータス・や
インとステータスパイクとが直線的であり、回転軸線の
方向で見て互いに交差していた。ロータに装着されたリ
ングを転換させることによって、攪拌装置(b)が生ぜ
しめられた。その混合作用は攪拌装置の回転方向とは無
関係である。テストされた範囲に関しては、標準偏倚が
略々等しい。これに対し、ロータ及びステータのスパイ
クが回転軸線に対して垂直に延びている攪拌装置におい
ては、第3図のグラフから明らかなように、標準偏倚が
著しく犬である。
第を図に示された混合装置は、第1図のものに類似して
はいるが、そのスパイクが互いに交差するように配置さ
れ、略々均等に彎曲せしめられている。この混合装置の
組み立てを有利ならしめるためには、ロータとステータ
との双方が、つまりケーシングも、リングから構成され
、各リングにはそれぞれ一組のスパイクが固定される。
第5図にはロータのリングが、第4図にはステータのリ
ングが、それぞれ示されている。ステータケーシングを
縦方向で分割可能ならしめておくならば、リング状の構
成様式を採用しないでもよいことは明らかである。
第7図に示された混合装置においては、ス・ぐイン端部
をスパイク方向におけるその重心ラインに還元し且・、
つ略々直線と見做して、ロータ並びにステータの各スパ
イク端部が、回転軸線とスノクイン末端点とを含む平面
内で、スパイク端部の軌跡に対して少なくとも/j0の
角度を成しておシ、この角度は図中の符号βで示されて
いる。ロータのスパインタは、ステータのスパイク側面
のリング状(/7) 間隙内に係合しておシ、壕だその逆も成立する。
ステータは、止めねじ/7によシ円筒形のケーシング/
に固定されている。図示のようにス・やインが交差配置
され、ロータが矢印方向で回転せしめられる場合には、
液体が各スパイクにより下方に搬送される。これに対し
回転方向が逆転されると、液体は上方に搬送される。ロ
ータの駆動は、ステータを貫いて案内されている回転軸
ノによって行々われる。この場合、液体の軸方向混合は
特に反らされたスパイク端部によって強化される。縦方
向で流体を通されるケーシングにおいては、第7図によ
る混合部材を第2図による混合部材に軸方向で接続して
おくと有利である場合が屡々ある。
このような措置がとられるならば、一つの混合装置内で
同時に高い軸方向混合作用と半径方向混合作用とを実現
することが出来る。
第7図によるこの実施例は搬送能力が優れているので、
粉末を液体中に混入するためにも好適である。この場合
、粉末の集塊はスパイク側面に生ずる剪断力によって分
散される。乙の装置の特性(/f) はスクリューコンベヤの特性に類似している(J。
・母ブロフスキーの物理学的工学研究における類似理論
、シュフリンガー、ベルリン−ハイデルベルク、/り7
/)。層流における搬送特性は、二つの特性値Ai と
A2とで示すことが出来る。絞シが完全である場合には
、搬送圧ΔP−A2ηn2VDとなシ、この場合、nは
回転数をηは液体の粘性をDは混合装置の外径をHは混
合長さを、それぞれ意味する。対応圧ΔP3がゼロであ
る場合には、最大の搬送量が得られて、※= A 1 
n D 3となる。10Pasのグルコースシロップを
実験液とした以下の寸法の混合装置においては、A、 
=0.32及びA2=/100なる値が測定された:ス
テータの外径D= 9 ’l ttun、ロータスパイ
クトステー タスバイントの間の間隙幅S=/+w、ス
/(’イン端部が回転軸線とス・ぐイン端部とを含む平
面内におけるスフ4イク端部軌跡と交差する角度β=l
/を夕0、ロータス・母インとステータスパイクとが交
差するように配置された場合のロータとステータとにお
けるスパイ・りの幅B=乙鰭、ロータとステータとにお
けるスノ’?インの厚さDB=l/1trs、ロータに
おけるスノやイン列の数nR=、2、ステータにおける
スパイク列の数nS=λ、ロータの高さHR−30ms
、ステータの高さHs=30van、ロータ及びステー
タの各27942列におけるス・ぐインの数−g。この
混合装置における完全な特性曲線は次の式であられされ
る。
3; OPasの粘性、n−−2s−1の攪拌回転数、
※=、20θ7/hの装入量を有する液体においては、
ΔP=0.3/パールの圧力が生ぜしめられる。複数の
ロータとステータとの組み合わせを相前後して接続する
ならば、その混合及び圧力作用が当然強化される。例え
ば、同じ幾何学形状と同じ装入量とヲ有スる五つのロー
タ・ステータ・コンビネーションを相前後して接続した
場合には、ΔP−/、zパールの圧力が生ずる。
本発明による攪拌装置の特別な使用例は、押出機として
のそれである。第1図及び第2図に示されたようなスパ
イク攪拌装置は、押出機の出口に固定され、ロータは押
出機軸の前端部に装着される。この場合、押出機の軸全
体を前方に引き抜くことは、この軸の直径がステータス
パイクによって必要とされるス4−スよシ小さいので、
難な〈実施されうる。この装置はポリアミド押出機にお
いて実験的に使用された。この攪拌装置によって、中心
部と外部ゾーンとにおける温度の比較緩和が達成され、
稀薄液状の付加剤を高粘性の溶解硬ルロン内に混入する
ことが可能になる。
使用例 染色原付加削(η=0./〜0.夕Pas )をポリア
クリル溶液中□に混入するためには、従来、700覇の
内径と3.7mの長さとを有するスタチック混合装置が
用いられていた。紡糸溶液の装入量は夕00〜/、20
011/hであシ、原付加削の量は溶液量の7〜jパー
セントである。若干の色混合が行なわれる場合には、混
合特性が不充分なものになるので、第1図によるダイナ
ミックな通流混合装置が実験的に組み込まれた。この混
合装置の有効混合長さは3♂0篩であシ、その内径は1
10wmである。
()/) 30 m1n−1の回転数及び10OOIJ/hの溶液
装入量においては、この混合装置の混合特性が実質的に
スタチック混合装置の特性と等しくなる。回転数を例え
ば/ j Om1n−’に調節するならば、混合特性を
著しく高めることが出来る。ダイナミック混合装置内で
生ずる高い剪断作用は、低粘性付加剤の混入を決定的に
助長し、充分な均質性を保証する。配量される染料の量
がよシ少なくなり、従って混合作業の難度が増大した場
合には、回転数を更に高めることが出来る。     
、イ
【図面の簡単な説明】
第1図はダイナミック通流混合装置の縦断面図、第2図
は第1図によるダイナミック通流混合装置のA−B線に
治った横断面図、第3図は本発明によ多構成されたそれ
ぞれ異なる混合装置の出口における標準偏倚の測定結果
を示すグラフ、第7図は攪拌装置の異なった実施態様を
示す横断面図、第5図は第5図によるロータのリングを
立体的に示した図、第を図は第7図によるケーシングの
リングを立体的に示した図、第7図は各ス・ぐインが(
)2) 回転軸線に対し垂直方向で見て互いに交差しているロー
タとステータとを備えた混合装置を示す図である。 /・・・ケーシング、!・・・回転軸、3・・・混合室
、≠・・・スライドリングシール、3; + j a 
+ j b・・・スパイク、乙・・・差し込みキー、ど
・・・流入口、り・・・出口接続管片、/θ・・・カバ
ーフランジ、//・・・ネジ、ハシ・・0字リング、/
3・・・冷却ジャケット、/≠・・・面取部、/夕・・
・空洞部、/7・・・止めねじ。 代理人の氏名  川原1)−穂 (23)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)スパイク(夕)を備えたロータと矢張シスパイク
    を備えていてロータと協働するステータとを一つのケー
    シング内に有している攪拌装置において、ロータのスパ
    イク(J−a )又はステータのスパイク(tb)又は
    その双方が、スミ4イク端部をスパイク方向における重
    心ラインに還元してこれを直線と見做した場合に、スパ
    イク(りの自由端部が回転軸(2)に対し斜めに延びる
    ように構成されていることを特徴とする攪拌装置。
  2. (2)  ロータのスパイク(ja)又はステータのス
    パイク(tb )又はその双方が、スミ4イク端部をス
    パイク方向における重心ラインに還元してこれを直線と
    見做した場合に、回転軸(,2)に対し垂直な各平面内
    に位置しておシ、スパイク(りの自由端部を動径ベクト
    ルと交差させた場合に少なくとも/j0の角度(α)が
    形成されることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項
    記載の攪拌装置。
  3. (3)スパイク(3)の自由端部が、スパイク端部とス
    パイク方向における重心ラインに還元してこれを直線と
    見做した場合に、回転軸(,2)とスミ4イク末端点と
    を含む平面内で、スパイク端部の軌跡に対して少なくと
    も/j0の角度(β)を成していることを特徴とする特
    許 (/)項記載の攪拌装置。
  4. (4)  ロータスノやイク又はステータスノぐイク又
    はその双方が、スノクイク(タ)をスパイク方向におけ
    る重心ラインに還元したとして、或る曲率を有している
    ことを特徴とする前記特許請求の範囲第(/)項〜第(
    3)項のいづれか一項に記載の攪拌装置。
  5. (5)ス/?イク横断面が矩形であることを特徴とする
    前記特許請求の範囲第(/)項〜第(り)項のいづれか
    一項に記載の攪拌装置。
  6. (6)  ロータ及びステータの各スパイクが、回転軸
    の方向で見て互いに交差していることを特徴とする前記
    特許請求の範囲第(/)項〜第(J−)項のいづれか−
    項に記載の攪拌装置。
  7. (7)  ロータ及びステータの各ス・やイン端部が、
    スパイク方向をスノクイク方向における重心ラインに還
    元してこれを直線と見做した場合に、回転軸の方向で見
    て互いに交差していることを特徴とする特許 記載の攪拌装置。
  8. (8)有利には層状の流動状況において、もしくは極端
    に不均等な量状況において、更に有利には大きな粘性差
    を有する液体、エマルジョン又は分散体を混和するため
    にも、縦方向通流式のケーシング内でダイナミック混合
    装置として使用することを特徴とする前記特許請求の範
    囲第(/)項〜第(7)項のいづれか一項に記載の攪拌
    装置。
  9. (9)温度の比較緩和及び熱交換の改善のために使用す
    ることを特徴とする前記特許請求の範囲第(/)項〜第
    (7)項のいづれか一項に記載の攪拌装置。 OQ  搬送機構として使用することを特徴とする前記
    特許請求の範囲第(/)項〜第(7)項のいづれか一項
    に記載の攪拌装置。 α■ ロータが押出機軸のヘッドに結合されている形式
    の押出機に使用することを特徴とする前記特許請求の範
    囲第(/)項〜第(7)項のいずれか一項に記載の攪拌
    装置。 αa 染料付加剤をポリアクリル溶液中に混入するため
    に使用することを特徴とする前記特許請求の範囲第(/
    )項〜第(7)項のいづれか一項に記載の攪拌装置。
JP59073093A 1983-04-15 1984-04-13 撹拌装置 Pending JPS59225730A (ja)

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DE3313710A1 (de) 1984-10-18
EP0125465A3 (de) 1985-06-05
DD223642A5 (de) 1985-06-19
DK193184D0 (da) 1984-04-13
EP0125465A2 (de) 1984-11-21
DK193184A (da) 1984-10-16

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