TWI598148B - Rotary emulsifying device - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種旋轉乳化裝置,特別是指一種包含一分散單元的旋轉乳化裝置。
現有利用旋轉填充床使兩種不互溶的物料進行乳化可以實現連續生產,且設備便宜。但是當需要製備流量大的乳化產品時,使用現有的旋轉填充床裝置難以使兩種物料均勻乳化,會導致物料混合的均勻程度不足及乳化產品的穩定性偏低。
中國專利CN 101574632A公開一種連續式乳化裝置,包括管式混合器和旋轉填充床,透過先在管式混合器中實現物料的宏觀混合及預乳化,來確保後續在旋轉填充床中實現物料的乳化和分散相粒度的均一化。
然而,設置該管式混合器不僅增加了裝置的整體體積,需要額外的輸送構件以連接該管式混合器與該旋轉填充床,增加了阻塞的風險且需要等待前段在該管式混合器中的預乳化完成後才能進行後段在該旋轉填充床中的乳化程序,因此增加了裝置的設置成本及操作時間。
因此,本發明之目的,即在提供一種旋轉乳化裝置,可以克服上述先前技術的缺點。
於是,本發明旋轉乳化裝置包含一外殼、一第一填充床、一分散單元及一導管單元。該第一填充床設於該外殼,具有一在其軸向上延伸出該外殼的第一中心轉軸部及一連接於該第一中心轉軸部並在該外殼內的填充床基壁,並界定出一中間並在該外殼內的分散空間。該分散單元固設於該第一填充床的該分散空間,包括至少一與該第一中心轉軸部共軸設置的分散環壁,並界定出一中間並在該分散空間中的混合空間,該至少一分散環壁在該軸向上延伸,且形成有至少一通孔。該導管單元從該外殼外部延伸到該混合空間中,包括至少一導管,每一導管具有一位在該混合空間中的開口端,該混合空間適於接收一由該導管單元所供應之混合流體。其中,當該第一中心轉軸部被外部驅動而旋轉以使該第一填充床與該分散單元之組合相對於該外殼旋轉時,該混合空間接收由該導管單元所供應之該混合流體,且該混合流體被離心力驅動而流至該至少一分散環壁進行預乳化,並通過該至少一通孔向外分散流出。
本發明之功效在於:該混合流體透過本發明旋轉乳化裝置的分散單元進行預乳化及分散,可在不增加裝置整體體積及操作時間的前提下增進乳化效果。
以下將就本發明內容進行詳細說明:
較佳地,該至少一分散環壁形成有多個通孔,該等通孔的位置共同圍繞構成至少一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的虛擬平面。
較佳地,該分散單元包括多個分散環壁,該等分散環壁在該第一中心轉軸部的徑向上排列。
可選擇地,該至少一分散環壁形成有至少一狹縫狀的通孔,該通孔圍繞構成至少一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的虛擬平面。
更佳地,該分散單元包括一位在內側的內分散環壁及一位在該內分散環壁外側的外分散環壁;該內分散環壁形成有多個內通孔,該等內通孔的位置共同圍繞構成一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的內虛擬平面;該外分散環壁形成有多個第一外通孔及多個第二外通孔,該等第一外通孔的位置共同圍繞構成一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的第一外虛擬平面,該等第二外通孔的位置共同圍繞構成一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的第二外虛擬平面;該等第一外通孔及該等第二外通孔在位置上與該等內通孔形成錯位,且該等內通孔在位置上介在該等第一外通孔及該等第二外通孔之間。
較佳地,該至少一導管的該開口端位在該軸向上並朝向該填充床基壁。
較佳地,該第一填充床還具有一第一內環壁、一第一外環壁及一第一填充物。該第一內環壁環繞並界定出該分散空間,並形成有多個第一內流孔。該第一外環壁環繞該第一內環壁,並與該第一內環壁共同界定出一第一填充空間。該第一填充物填充在該第一填充空間。其中,當該第一中心轉軸部被外部驅動而旋轉時,該混合流體被離心力驅動而經由該等第一內流孔流入到該第一填充空間中,在該第一填充物上進行乳化。
更佳地,該旋轉乳化裝置還包含一設於該外殼的第二填充床,該第二填充床具有一在其軸向上延伸出該外殼的第二中心
轉軸部,並界定出一容納該第一填充床的容納空間;該第一外環壁形成有多個第一外流孔,其中,當該第一中心轉軸部及該第二中心轉軸部分別被外部驅動而旋轉以使該第一填充床及該第二填充床相對於該外殼旋轉時,該混合流體被離心力驅動而經由該等第一外流孔流出該第一填充空間並流至該第二填充床。
又更佳地,該第二填充床還具有一第二內環壁、一第二外環壁及一第二填充物。該第二內環壁環繞並界定出該容納空間,並形成有多個第二內流孔。該第二外環壁環繞該第二內環壁,並與該第二內環壁共同界定出一第二填充空間。該第二填充物,填充在該第二填充空間。其中,當該第一中心轉軸部被外部驅動而旋轉時,該第二中心轉軸部被外部驅動而旋轉以使該第二填充床相對於該第一填充床的旋轉方向反向旋轉,該混合流體被離心力驅動而經由該等第二內流孔流入到該第二填充空間中,在該第二填充物上進行乳化。
較佳地,該填充床基壁在該第一中心轉軸部的徑向上延伸,並連接該至少一分散環壁。
較佳地,該混合流體是兩種不互溶的非氣體流體的混合。該等非氣體流體可分別選自但不限於水及重油,或澱粉及水。
1‧‧‧旋轉乳化裝置
2‧‧‧外殼
20‧‧‧殼體空間
21‧‧‧殼體
211‧‧‧外殼基壁
212‧‧‧外殼環壁
22‧‧‧進氣口
411‧‧‧第一分散環壁
412‧‧‧第二分散環壁
413‧‧‧第三分散環壁
414‧‧‧第四分散環壁
42‧‧‧通孔
421‧‧‧第一通孔
422a~422b‧‧‧第二通孔
23‧‧‧出氣口
24‧‧‧出液口
3‧‧‧第一填充床
30‧‧‧分散空間
31‧‧‧第一中心轉軸部
311‧‧‧填充床基壁
32‧‧‧第一內環壁
33‧‧‧第一外環壁
34‧‧‧第一填充物
340‧‧‧第一填充空間
35‧‧‧第一內流孔
36‧‧‧第一外流孔
4‧‧‧分散單元
41‧‧‧分散環壁
410‧‧‧混合空間
423a~423d‧‧‧第三通孔
424a~424h‧‧‧第四通孔
5‧‧‧導管
51‧‧‧開口端
6‧‧‧第二填充床
60‧‧‧容納空間
61‧‧‧第二中心轉軸部
62‧‧‧第二內環壁
63‧‧‧第二外環壁
64‧‧‧第二填充物
640‧‧‧第二填充空間
65‧‧‧第二內流孔
66‧‧‧第二外流孔
本發明之其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中:〔圖1〕是本發明旋轉乳化裝置的第一實施例的一剖視圖;〔圖2〕是該第一實施例的四個分散環壁經攤平後的一分解圖;
〔圖3〕是本發明旋轉乳化裝置的第二實施例的一剖視圖;〔圖4〕是本發明旋轉乳化裝置的第三實施例的一剖視圖;及〔圖5〕是透過該第一實施例(圖5A)、一第一比較例(圖5B)及一第二比較例(圖5C)進行乳化後所得之產品的顯微鏡照片。
在本發明被詳細描述之前,應當注意在以下的說明內容中,類似的元件是以相同的編號來表示。
本發明將就以下實施例來作進一步說明,但應瞭解的是,該等實施例僅為例示說明之用,而不應被解釋為本發明實施之限制。
<實施例>
參閱圖1,本發明旋轉乳化裝置1之一第一實施例,包含一外殼2、一第一填充床3、一分散單元4及兩個導管5。
該外殼2包括一殼體21、一進氣口22、一出氣口23及一出液口24。該殼體21界定出一殼體空間20,且具有一外殼基壁211與一外殼環壁212。該出液口24設置在該外殼基壁211。
該第一填充床3設於該外殼2,具有一在其軸向上延伸出該外殼2的第一中心轉軸部31及一連接於該第一中心轉軸部31並在該外殼2內的填充床基壁311,並界定出一中間並在該外殼2內的分散空間30。該填充床基壁311在該第一中心轉軸部31的徑向上延伸。
該分散單元4固設於該第一填充床3的該分散空間30,並包括四個與該第一中心轉軸部31共軸設置的分散環壁41。該設
置在最內層的分散環壁41界定出一中間並在該分散空間30中的混合空間410。該等分散環壁41在該軸向上延伸且連接該填充床基壁311,並在該第一中心轉軸部31的徑向上排列,且各自形成有多個通孔42。
在本實施例中,該兩個導管5作為該導管單元,從該外殼2外部延伸到該混合空間410中,並分別供應水及重油,且每一導管5具有一位在該混合空間410中的開口端51。該等導管5的該等開口端51位在該軸向上並朝向該填充床基壁311。
經攤平後的該四個分散環壁41如圖2所示,該等分散環壁41依據在該分散空間30中的設置關係由內向外分別依序為第一分散環壁411、第二分散環壁412、第三分散環壁413及第四分散環壁414。以該第一分散環壁411作為內分散環壁時,該第二分散環壁412作為外分散環壁;以該第二分散環壁412作為內分散環壁時,該第三分散環壁413作為外分散環壁;以該第三分散環壁413作為內分散環壁時,該第四分散環壁414作為外分散環壁。第一分散環壁411形成有多個第一通孔421,第二分散環壁412形成有多個第二通孔,第三分散環壁413形成有多個第三通孔,第四分散環壁414形成有多個第四通孔。在圖2中,為了說明方便起見,該等第二通孔依據位置分布分別依序編號為422a~422b,該等第三通孔依據位置分布分別依序編號為423a~423d,該等第四通孔依據位置分布分別依序編號為424a~424h。
該等第一通孔421(作為內通孔)的位置共同圍繞構成一垂直於該第一中心轉軸部31之軸向的第一虛擬平面(作為內虛擬平面)。該等第二通孔422a(作為第一外通孔)及該等第二通孔
422b(作為第二外通孔)的位置分別共同圍繞構成垂直於該第一中心轉軸部31之軸向的兩個第二虛擬平面(作為外虛擬平面)。該等第二通孔422a及該等第二通孔422b在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上與該等第一通孔421形成錯位,且該等第一通孔421在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上介在該等第二通孔422a及該等第二通孔422b之間。在本實施例中,該第一虛擬平面將該第一分散環壁411分為兩部分,該等第二虛擬平面將該第二分散環壁412分為三部分。
相類似地,該等第三通孔423a~423d(作為外通孔,此時該等第二通孔422a~422b作為內通孔)的位置分別共同圍繞構成垂直於該第一中心轉軸部31之軸向的四個第三虛擬平面(作為外虛擬平面,此時該等第二虛擬平面作為內虛擬平面)。該等第三通孔423a及該等第三通孔423b在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上與該等第二通孔422a形成錯位,且該等第二通孔422a在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上介在該等第三通孔423a及該等第三通孔423b之間;該等第三通孔423c及該等第三通孔423d在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上與該等第二通孔422b形成錯位,且該等第二通孔422b在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上介在該等第三通孔423c及該等第三通孔423d之間。在本實施例中,該等第三虛擬平面將該第三分散環壁413分為五部分。
相類似地,該等第四通孔424a~424h(作為外通孔,此時該等第三通孔423a~423d作為內通孔)的位置分別共同圍繞構成垂直於該第一中心轉軸部31之軸向的八個第四虛擬平面(作為外虛擬平面,此時該等第三虛擬平面作為內虛擬平面)。該等第四通孔
424a及該等第四通孔424b在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上與該等第三通孔423a形成錯位,且該等第三通孔423a在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上介在該等第四通孔424a及該等第四通孔424b之間;該等第四通孔424c及該等第四通孔424d在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上與該等第三通孔423b形成錯位,且該等第三通孔423b在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上介在該等第四通孔424c及該等第四通孔424d之間;該等第四通孔424e及該等第四通孔424f在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上與該等第三通孔423c形成錯位,且該等第三通孔423c在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上介在該等第四通孔424e及該等第四通孔424f之間;該等第四通孔424g及該等第四通孔424h在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上與該等第三通孔423d形成錯位,且該等第三通孔423d在該第一中心轉軸部31之軸向的位置上介在該等第四通孔424g及該等第四通孔424h之間。在本實施例中,該等第四虛擬平面將該第四分散環壁414分為九部分。
該第一填充床3還具有一第一內環壁32、一第一外環壁33及一第一填充物34。該第一內環壁32環繞並界定出該分散空間30,並形成有多個第一內流孔35。該第一外環壁33環繞該第一內環壁32,並與該第一內環壁32共同界定出一第一填充空間340。該第一外環壁33形成有多個第一外流孔36。該第一填充物34填充在該第一填充空間340。在本實施例中,該第一內環壁32、該第一外環壁33及該第一填充物34為一整體的多孔填充材料。
當該第一中心轉軸部31被外部驅動而旋轉以使該第一填充床3與該分散單元4之組合相對於該外殼2旋轉時,該等導管5
分別供應水及重油,水及重油分別經由該等開口端51流入到該混合空間410中,並在該填充床基壁311上進行混合,而成為水及重油的混合流體。可選擇地,該導管單元為一個導管5,當該第一中心轉軸部31被外部驅動而旋轉時,該導管5供應水及重油的混合流體,水及重油的混合流體經由該開口端51流入到該混合空間410中,並在該填充床基壁311上進行進一步混合。
接著,水及重油的混合流體被離心力驅動而流至該第一分散環壁411進行預乳化,並通過該等第一通孔421向外分散流出。隨著離心力的驅動,水及重油的混合流體依序流至該第二分散環壁412進行預乳化,通過該等第二通孔422a~422b向外分散流出,流至該第三分散環壁413進行預乳化,通過該等第三通孔423a~423d向外分散流出,流至該第四分散環壁414進行預乳化,通過該等第四通孔424a~424h向外分散流出,流入到該第一填充空間340中,在該第一填充物34上進行乳化,最後,乳化後所得之產品通過該等第一外流孔36向外流出至該出液口24而被排出。同時,一氣體從該進氣口22引入該殼體空間20,且在該第一填充空間340中與其中的經預乳化後的水及重油的混合流體接觸,以進行氣體與水及重油之間的質量傳遞。
參閱圖3,本發明旋轉乳化裝置1之一第二實施例與該第一實施例相類似,差異之處在於該第二實施例的旋轉乳化裝置1相對於該第一實施例的旋轉乳化裝置1是以該第一實施例的第一中心轉軸部31之任一徑向為軸旋轉90度設置,惟第二實施例的旋轉乳化裝置1之出液口24設置在該第二實施例的外殼環壁212下側。
參閱圖4,本發明旋轉乳化裝置1之一第三實施例與該第一實施例相類似,差異之處在於該第三實施例的旋轉乳化裝置1還包含一設於該外殼2的第二填充床6,該第二填充床6具有一在其軸向上延伸出該外殼2的第二中心轉軸部61,並界定出一容納該第一填充床3的容納空間60。
該第二填充床6還具有一第二內環壁62、一第二外環壁63及一第二填充物64。該第二內環壁62環繞並界定出該容納空間60,並形成有多個第二內流孔65。該第二外環壁63環繞該第二內環壁62,並與該第二內環壁62共同界定出一第二填充空間640。該第二外環壁63形成有多個第二外流孔66。該第二填充物64填充在該第二填充空間640。在本實施例中,該第二內環壁62、該第二外環壁63及該第二填充物64為一整體的多孔填充材料。
當該第一中心轉軸部31被外部驅動而旋轉時,該第二中心轉軸部61被外部驅動而旋轉以使該第二填充床6相對於該第一填充床3的旋轉方向反向旋轉,該混合流體被離心力驅動而經由該等第一外流孔36流出該第一填充空間340並向外流至該第二填充床6,並經由該等第二內流孔65流入到該第二填充空間640中,在該第二填充物64上進行乳化,最後,乳化後所得之產品通過該等第二外流孔66向外流出至該出液口24而被排出。
該第三實施例的旋轉乳化裝置1藉由設置該第二填充床6,可進一步提升經過該第一填充床3乳化後所得之產品的乳化效果。
<比較例>
第一比較例與該第一實施例相類似,主要差異之處在於該第一比較例的旋轉乳化裝置1不含該分散單元4(不進行預乳化),該等導管5的該等開口端51位在該分散空間30中且位在該第一中心轉軸部31的徑向上並朝向該第一填充床3。當該第一中心轉軸部31被外部驅動而旋轉以使該第一填充床3相對於該外殼2旋轉時,該等導管5分別供應水及重油,水及重油分別被離心力驅動而流過該第一填充空間340,同時在該第一填充物34上進行乳化,最後,乳化後所得之產品通過該等第一外流孔36向外流出至該出液口24而被排出。
第二比較例與該第一比較例相類似,主要差異之處在於該第二比較例的旋轉乳化裝置1還包含一管式混合器,連接至該等導管5,適於使水及重油先在該管式混合器中進行預乳化再由該等導管5供應到該分散空間30中。
<乳化效果測試>
在該第一填充床3與該分散單元4之組合相對於該外殼2以1400rpm的轉速旋轉時,將水及重油分別以250kg/h及1540kg/h的流量分別由兩個導管5(噴嘴內徑皆為2.5cm)通入該第一實施例的混合空間410中進行混合(溫度控制在50~60℃)。另外透過該第一比較例(不進行預乳化)及該第二比較例(經該管式混合器進行預乳化)的旋轉乳化裝置1進行上述相似操作。最後,該第一實施例、該第一比較例及該第二比較例進行乳化後所得之產品的顯微鏡照片分別如圖5A、圖5B及圖5C所示。
圖5A顯示透過該第一實施例進行乳化後所得之產品的水液滴在重油裡分散相當均勻,水液滴尺寸多在數個微米以下(10
μm以下),且該乳化產品的穩定性高;如圖5B所示,透過該第一比較例進行乳化後所得之產品中存在許多尺寸不均勻的水液滴,特別是存在大於15μm的水液滴,顯示該乳化產品的穩定性極差;如圖5C所示,相較於該第一實施例的乳化產品,透過該第二比較例進行乳化後所得之產品中亦存在許多尺寸不均勻的水液滴,顯示該乳化產品的穩定性較差。
綜上所述,本發明旋轉乳化裝置1藉由該包括該至少一分散環壁41的分散單元4,能使該混合流體於該第一填充床3旋轉時被離心力驅動而流至該至少一分散環壁41進行預乳化及分散,故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者,僅為本發明之實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧旋轉乳化裝置
2‧‧‧外殼
20‧‧‧殼體空間
21‧‧‧殼體
211‧‧‧外殼基壁
212‧‧‧外殼環壁
22‧‧‧進氣口
23‧‧‧出氣口
24‧‧‧出液口
32‧‧‧第一內環壁
33‧‧‧第一外環壁
34‧‧‧第一填充物
340‧‧‧第一填充空間
35‧‧‧第一內流孔
36‧‧‧第一外流孔
4‧‧‧分散單元
41‧‧‧分散環壁
410‧‧‧混合空間
3‧‧‧第一填充床
30‧‧‧分散空間
31‧‧‧第一中心轉軸部
311‧‧‧填充床基壁
42‧‧‧通孔
5‧‧‧導管
51‧‧‧開口端
Claims (10)
- 一種旋轉乳化裝置,包含:一外殼;一第一填充床,設於該外殼內,具有一在其軸向上延伸出該外殼的第一中心轉軸部及一連接於該第一中心轉軸部並在該外殼內的填充床基壁,該第一填充床界定出一在該外殼內的分散空間;一分散單元,固設於該第一填充床的該分散空間,包括至少一與該第一中心轉軸部共軸設置的分散環壁,該分散單元界定出一在該分散空間中的混合空間,該至少一分散環壁在該軸向上延伸,且形成有至少一通孔;及一導管單元,從該外殼外部延伸到該混合空間中,包括至少一導管,每一導管具有一位在該混合空間中的開口端,該混合空間適於接收一由該導管單元所供應之混合流體;其中,當該第一中心轉軸部被外部驅動而旋轉以使該第一填充床與該分散單元之組合相對於該外殼旋轉時,該混合空間接收由該導管單元所供應之該混合流體,且該混合流體被離心力驅動而流至該至少一分散環壁進行預乳化,並通過該至少一通孔向外分散流出。
- 如請求項1所述的旋轉乳化裝置,其中,該至少一分散環壁形成有多個通孔,該等通孔的位置共同圍繞構成至少一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的虛擬平面。
- 如請求項1所述的旋轉乳化裝置,其中,該分散單元包括多個分散環壁,該等分散環壁在該第一中心轉軸部的徑向上排列。
- 如請求項3所述的旋轉乳化裝置,其中,該分散單元包括一位在內側的內分散環壁及一位在該內分散環壁外側的外分散環壁;該內分散環壁形成有多個內通孔,該等內通孔的位置共同圍繞構成一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的內虛擬平面;該外分散環壁形成有多個第一外通孔及多個第二外通孔,該等第一外通孔的位置共同圍繞構成一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的第一外虛擬平面,該等第二外通孔的位置共同圍繞構成一垂直於該第一中心轉軸部之軸向的第二外虛擬平面;該等第一外通孔及該等第二外通孔在位置上與該等內通孔形成錯位,且該等內通孔在位置上介在該等第一外通孔及該等第二外通孔之間。
- 如請求項1所述的旋轉乳化裝置,其中,該至少一導管的該開口端位在該軸向上並朝向該填充床基壁。
- 如請求項1所述的旋轉乳化裝置,其中,該第一填充床還具有:一第一內環壁,環繞並界定出該分散空間,並形成有多個第一內流孔;一第一外環壁,環繞該第一內環壁,並與該第一內環壁共同界定出一第一填充空間;及一第一填充物,填充在該第一填充空間; 其中,當該第一中心轉軸部被外部驅動而旋轉時,該混合流體被離心力驅動而經由該等第一內流孔流入到該第一填充空間中,在該第一填充物上進行乳化。
- 如請求項6所述的旋轉乳化裝置,還包含:一設於該外殼的第二填充床,該第二填充床具有一在其軸向上延伸出該外殼的第二中心轉軸部,並界定出一容納該第一填充床的容納空間;該第一外環壁形成有多個第一外流孔,其中,當該第一中心轉軸部及該第二中心轉軸部分別被外部驅動而旋轉以使該第一填充床及該第二填充床相對於該外殼旋轉時,該混合流體被離心力驅動而經由該等第一外流孔流出該第一填充空間並流至該第二填充床。
- 如請求項7所述的旋轉乳化裝置,其中,該第二填充床還具有:一第二內環壁,環繞並界定出該容納空間,並形成有多個第二內流孔;一第二外環壁,環繞該第二內環壁,並與該第二內環壁共同界定出一第二填充空間;及一第二填充物,填充在該第二填充空間;其中,當該第一中心轉軸部被外部驅動而旋轉時,該第二中心轉軸部被外部驅動而旋轉以使該第二填充床相對於該第一填充床的旋轉方向反向旋轉,該混合流體被離心力驅動而經由該等第二內流孔流入到該第二填充空間中,在該第二填充物上進行乳化。
- 如請求項1所述的旋轉乳化裝置,其中,該填充床基壁在該第一中心轉軸部的徑向上延伸,並連接該至少一分散環壁。
- 如請求項1所述的旋轉乳化裝置,其中,該混合流體是兩種不互溶的非氣體流體的混合。
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