DE1611096A1 - Aufstroemfilter - Google Patents
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Description
AufStrömfilter
Die Erfindung betrifft einen Aufströmfilter, bestellend aus einem
Behälter mit einem darin befindlichen,aus körnigen Partikeln
bestehenden Filterbett, dem das zu filternde Medium in der Richtung von unten nach oben mit einem derartigen Druck und einer
derartigen Geschwindigkeit zugeleitet wird, daß die Filterpartikel
in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand versetzt werden.
Die üblichen Filter gehören zum sog. Abstromtyp. bei welchem
die Feststoffe enthaltende Flüssigkeit auf die obere Fläche eines Bettes aus Filterstoffen aufgegeben wird, durch das Bett
nach unten fließt und von dort als gefiltertes Produkt abgeführt
wird. .
Der herausfiltrierte Rückstand wird teilweise im Filterbett
zurückgehalten, teilweise bleibt er oben auf diesem als sog.
Filterkuchen liegen.
Angehäufte Rückstände verstopfen gelegentlich das Filterbett zum Teil und müssen dann entfernt werden. Dies erfolgt gewöhnlich
durch Auswaschen des Bettes. Das Auswaschen geschieht derart,
daß das Einströmen der Rohflüssigkeit unterbunden und der Auslaß für die gereinigte Flüssigkeit geschlossen wird. Dann
wird etwas von der vorher erhaltenen gereinigten Flüssigkeit
unter genügendem Druck in den Filter unterhalb des Filterbettes eingebracht, so daß sie nach oben steigt durch das Bett, und
zwar in solcher Menge, daß diesei fiach oben zu einem flüssigkeits·
ähnlichen Zustand ausdehnt. Die gereinigte Flüssigkeit, die
durch dieses flüssigkeitsähnliche Bett strömt, macht die festgehaltenen
Rückstände frei und drängt sie und den derüberliegenden
Filterkuchen weg zuitt Abraum. Der Auswaschvorgang wird so lange
fortgesetzt, bis das Bett rein genug ist, um die Wiederaufnahme
0Ö8t33/<K«4 - — -■- *
BAD ORIGINAL
des Filtervorganges zu gestatten, worauf das Auswaschen unterbrochen,
der Auslaß für die reine Flüssigkeit geöffnet und wieder
rohe Flüssigkeit auf das Filterbett gegeben werden kann. .
Das vorbeschriebene Auswaschen muß sehr sorgfältig durchgeführt
werden. Wenn der Zustrom der Auswaschflüssigkeit anfänglich zu
hoch ist, kann, der oben liegende Filterkuchen durch das. sich ausdehnende
Bett der Flüssigkeitspartikel zu Klumpen gebrochen werden, und etwas von dem Kuchen, der häufig ein höheres spezifi-sches
Gewicht als das flussigkeitsähnliche Bett aufweist, kann
auf den Boden des Bettes sinken. In solchen Fällen können die Stücke des Kuchens nur durch kostspielige mechanische Hilfsmittel
herausgeschafft werden, und wenn sie nicht entfernt werden, gelangen sie in die ausströmende reine Flüssigkeit und verunreinigen
sie. Während des Eückwaschverfahrens werden die Partikel
des Filtermediums, die gewöhnlich ein sehr einheitliches spez. Gew. besitzen, hydraulisch klassifiziert, d.h. die kleineren
Partikel steigen im Bett nach oben und die gröss.eren fallen nach
unten, wobei die Partikelgröße von oben nach unten zunimmt.
Wenn der Zustrom der Auswaschflüssigkeit unterbrochen wird,
sinkt das Bett in seinen verdichteten Zustand zurück, und die Abstufung der Partikelgröße bleibt im wesentlichen erhalten.
Wenn der Filtervorgang wieder aufgenommen wird, trifft die eintretende rohe Flüssigkeit zuerst auf die feinkörnigen oberen
Schichten des Bettes, das dann schnell verstopft wird.
Grobe Teilchen stauen sich dann oben auf dem Bett und bilden
den Filterkuchen. Die Filtriergeschwindigkeit nimmt somit rasch ab, so daß ein neuerliches Auswaschen erforderlich wird, ehe
die unteren Teile des Filterbettes eine nennenswerte Menge !Rückstände
gesammelt haben. ■
Es ist anzunehmen, daß ein Bett mit hydraulisch klassifizierten
Partikeln, wie oben beschrieben, über längere Zeit wirksam wäre,
wenn die rohe Flüssigkeit durch das Bett nach oben geleitet würde,
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- 5^ 1611098
so daß die gesamte Porenkapazität des Bettes für die Aufnahme von Rückständen ausgenutzt werden könnte, ehe eine neue Auswaschung erf order li.eh wird. Jedoch sind Filter mit Aufwärtsströmung
"bisher nicht anwendbar, weil der Flussigkeltszuflußauf
einen geringen Wert reduziert werden muß. Anderenfalls würde
das Filterbett in einen'flüssigkeitsähnlichen Zustand^übergeführt
und seine Funktion als Filter allmählich verlieren, da die das Filterbett bildenden Körner mit der Zeit heraus ge schwemmt würden.
Die Erfindung sieht demgegenüber einen wirkungsvollen Aufstrom-.filter
vor, in welchem auch beim Rückwaschen die erwünschte
Druckflüssigkeits- oder hydraulische .Klassifizierung der Filtermediumpartikel
aufrechterhalten werden kann.
Erfindungsgemäß kennzeichnet sich ein wie eingangs erläuterter
AufStrömfilter durch mindestens ein oberhalb des Filterbettes
vorgesehenes Haltesieb, oberhalb dessen sich der Auslaß für das
von den abzufiltrierenden Stoffen getrennte Medium befindet.
Erfindungsgemäße Filter funktionieren wie folgt: Während des normalen Filtervorganges wird die rohe Flüssigkeit unter solchem
Druck und mit solcher Geschwindigkeit zugeführt, daß sie das
JBett anhebt und es fest gegen die Unterseite des Haltesiebes
drückt, während beim Auswaschen der Zustrom an Rohflüssigkeit unterbunden wird, so daß das Bett herabfällt und sich auflöst,
worauf es in üblicher Weise gewaschen und die Abfallflüssigkeit durch den dafür vorgesehenen Auslaß abgeführt werden kann.
Zwei Ausführungsformen und weitere Einzelheiten der Erfindung
gehen aus der anliegenden Zeichnung beispielsweise und schematisch.
hervor»
Fig« 1 ist eine schema tische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilters, gezeigt während
eines Auswasehvorganges.
Fig. 2 gibt eine ähnliche Ansicht des gleichen Filters wie
Fig. 1 wieder, und zwar während des Filterns.
Fig. 5 zeigt in ähnlicher Ansicht wie Fig. 1 eine andere Ausführungsform der Erfindung während des Filterns.
Der durch die Figuren 1 und 2 dargestellte Filter umfaßt einen Behälter 1 mit einem ventilgeregelten Eohflüssigkeitseinlaß E,
einem, ventilgeregelten Einlaß W für die Waschflüssigkeit, einem
ventilgeregelten Anlaß F für die gereinigte Flüssigkeit und einem ebenfalls ventilgeregelten Auslaß W1 für die Abfallflüssigkeit.
Eine Charge aus einem Filtermedium in Partikelform wird in einer
dafür im Behälter 1 vorgesehenen Kammer untergebracht, und zwar in dem Eaum innerhalb desselben, der zwischen dem unteren Stützsieb
5 und- dem oberen Haltesieb 2 liegt. Diese Charge ist unterschiedlich
mit A, B und C bezeichnet, je nach ihrem physikalischen
Zustand zum jeweiligen Zeitpunkt.
Der Ausdruck "Sieb", wie er hier gebracht wird, soll irgendeine
poröse oder durchlöcherte Sperre bezeichnen, welche die Partikel des Filterbetts nicht passieren können, während die zu filternde
Flüssigkeit frei hindurchströmen kann. Solche Siebe sind an sich
bekannt und können beispielsweise aus Textil- oder Metallgewebe, gesinterten porösen Feststoffen, willkürlich angeordneten Faserschichten
oder Gefügen bzw. Partikeln von geeigneter Größe und spezifischem Gewicht bestehen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich,wird während des Rückwaschens eine
Säule A aus den Filterpartikeln in flüssigkeitsähnliiiche» Zustand
durch aufwärtsströmende Waschflüssigkeit gehalten, die durch den dafür vorgesehenen Einlaß W eintritt, das Stützsieb 3 und dann .
die Säule A passiert, worauf sie durch das Regelventil 4- und
den Auslaß W1 für die unreine Flüssigkeit austritt.
In der Praxis mißt die fluidisierte Partikelsäule A etwa das
eineinhalbfache der Höhe H des ruhenden Partikelbetts, wie auch
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Pig.. 1 und 2 zeigen, d.h. des Bettes, das sich durch die Schwerkraft auf dem Stützsieb 3 bilden würde, wenn die gesamte ,Flüssigkeitsströmung gestoppt würde*
Nach Durchführung des Waschvorganges können der.EinlaßW für
die Waschflüssigkeit umd das Ventil 4- geschlossen werden, worauf
der Einlaß R für die Ronflüssigkeit und der Auslaß J1 für die
reine Flüssigkeit geöffnet werden können. Die rohe Flüssigkeit
kann dann mit genügend FlieBgeschwindigkeit und Druck in den
Raum unterhalb des Stützsiebes 3 eintreten, um das Partikelbett
A zu heben, bis es das Haltesieb 2 trifft, worauf die Partikel rasch nach -unten drücken, bis eine Stufe erreicht ist, in welcher
die Geschwindigkeit der Aufwärts strömung durch den Widerstand
des suspendierten zusammengedrückten Bettes so sehr reduziert
wird, daß keine Partikel mehr gehoben und in das Bett hineingepreßt werden. Die übrigen Partikel bleiben in flüssigkeitsähnlichem
Zustand in einer Säule, die sich nach unten bis zum unteren Stützsieb 3 erstreckt. Diese Situation ist in Fig. 2
veranschaulicht, wo das suspendierte arbeitende Bett mit B bezeichnet
ist, während die übrigen partikel die Bezeichnung C
tragen, und man sieht, daß dazwischen eine Zone liegt, die relativ frei von Partikeln ist, " ·
Da das Filterbett B abzufiltrierende Stoffe ansammelt, nimmt
die Strömungsgeschwindigkeit ab (vorausgesetzt, daß Rohflüssigkeit unter konstantem Druck zugeführt wird), und die Höhe der
verflüssigten Partikelsäule 0 nimmt stufenweise ab. In der Tat
zeigt die Höhe der Säule 0 recht genau zu Jeder Zeit.die Strömungsgeschwindigkeit
an und bildet ein sicheres Anzeichen für das JSfotwendigwerden der Bückwaschung. Bei automatisch betriebenen
erfindungsgemäßen Filtern kann ein optisch oder anderweitig betätigtes Meßinstrument verwendet werden, das auf die Höhe der Partikelsäule
C anspricht, um die Häufigkeit der Rückwaschungen
regeln.
8AO ORlQlUAL
Die Tatsache, daß das Filterbett zwangsläufig in der Aufwärtsrichtung
angehalten wird, ermöglicht die Anwendung von relativ hoheiji Druck in der zufließenden Rohflüssigkeit. Wenn beispielsweise
Wasser gefiltert wird und das Filtermedium Sand ist, so kann ein Druck von ungefähr 1,4 at angewandt werden, um eine
anfängliche Filtriergesehwindigkeit von 12 gpm/sq.Ft/min bis 28 gpm/sq.ft/min der Querschnittsfläche des Filterbettes je
nach der Größe der Sandpartikel zu erreichen.
Wenn der Flüssigkeitszufluß unterbunden wird, verliert das sehwebende
Bett semne tragende Kraft und beginnt sich zu zersetzen, und zwar vom Boden nach oben, zuerst langsam, dann mit zunehmender
Geschwindigkeit, bis der verbleibende Teil in sich zusammenfällt und mit großer Turbulenz absinkt unter Zurücklassung eines
großen Teiles des aufgenommenen Rückstandes. Wird dann der Druck wieder hergestellt, so steigt das ganze Filterbett wieder nach
oben und wirkt wie ein Kolben, der die rückstandhaltige Flüssigkeit
austreibt. Ein -erneutes Fallen des Bettes läßt eine weitere Menge Rückstand zurück, und bei Wasser wurde gefunden, daß 8 bis
10 Arbeitsgänge ausreichen, um ein Sandbett völlig für einen neuen Einsatz zu reinigen. Diese Art des auf und ab gerichteten
Zyklus kann daher für das Rückwaschen benutzt werden. Alternativ kann nach einem ersten Senken des Bettes Waschflüssigkeit mit
solcher Geschwindigkeit aufgegeben werden, um das Bett bis zum wirksamen Maximum von etwa 1 1/2 mal seiner Höhe im Ruhezustand
zu expandieren (siehe Fig. 1), und diese Geschwindigkeit kann beibehalten werden, bis das Bett für den nächsten Prozeß rein
genug ist, genau wie es bei einem normalen Abstromfilter geschieht.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, wobei
auf daß untere Stützsieb verzichtet wurde und die rohe und die
Waschflüssigkeit nach unten bis nahe an den Boden des Behälters geführt werden. In der Praxis sind geeignete Hilfsmittel vorgesehen,
um die Anströmgeschwindigkeit über den gesamten Bereich
der aufströmenden Flüssigkeit zu egalisieren.
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AL
Bei dieser Form ergibt sich eine geringere Gesamthöhe des Behältergefäßes im. Vergleich zu ähnlichen. Filtern gemäß den Figuren
i und 2.
Bei Versuchen, die zu der Erfindung führten, wurde ein Modell
^ . aus .Polymethxlmethacrylat . -.- .
gebaut, das aus einem Rohr/von 0,1?? m Durchmesser und 1,5 m
Höhe bestand, mit oberen und unteren Sieben von 80 Haschenweite. Mit einer ruhenden Sandsäule von ca. 1 m Höhe und einem Eintrittsdruck
von ca. 1,4- at in zufließendem ungereinigtem Wasser wurde folgerichtig eine Filterbettdicke von ca.-60 cm erreicht,
und die Durchsatzresultate waren wie oben erwähnt.\
Wenn das Filtern fortgesetzt wird, bis das Filterbett stark mit
Rückständen versetzt ist, bleibt das Bett in der Schwebe, auch wenn die Wasserzufuhr unterbunden wird. Dies beruht auf einer
kittenden Wirkung der abfiltrierten JPartikel, die in Zusammenwirken
mit ^em-:Aii%e±^ einer Aufwölbung des Bettes zwischen
den umgebenden Wänden des engen Filters führt. Eine gewisse
Aufwölbwirkung bei beladenem Bett läßt sich in Filterbetten erwarten, bei denen der Abstand zwischen den Wänden kleiner
oder nur wenig größer als die Tiefe des Filterbetts ist.
Man kann daher bei Behältern, in denen mit Aufwölbung gerechnet
werden muß, dieses Bestreben dadurch verhindern, daß man eine oder mehrere Flüssigkeitsdüsen innerhalb des Bettes vorsieht
oder an einem oder mehreren Punkten an der Peripherie des Behälters,
durch welche Flüssigkeitsstrahlen in das Bett geleitet
werden, wodurch alle Aufwölbungen im Bett zerstört werden
und die Zersetzung des letzteren vor Beginn der Auswaschung eingeleitet wird.
Die Flüssigkeitsstrahlen können auch während des Auswaschens aufrechterhalten werden, um eine stärkere Durchwirbelung der
Partikel und damit eine raschere Reinigung zu erzielen. Die Strahlen können auch in ihrem Volumen so proportioniert sein,
daß durch sie die gesamte Auswaschflüssigkeit zugeführt wird, in welchem Fall nur die Rohflüssigkeit in der in Fig. 5 gezeigten
Art zum Boden des Behälters geleitet wird.
009639/0484
BAD
Wenn einer oder mehrere Flüssigkeitsstrahl en eingesetzt werden,
um jede in einem rückstandhaltigen Bett vorhandene Aufwölbung zu zerstören, ist es erforderlich, ein eigenes Auslaßventil
für die so eingespritzte Flüssigkeit vorzusehen, da der Abfluß-. auslaß bei der Vorbereitung des Rückwaschens geschlossen wird,
ebenso das Ventil 4 und das Einströmventil R,während das
Hauptventil für die Waschflüssigkeit bei W noch nicht offen ist.
Ein regelbarer Hilfsauslaß kann zu diesem Zweck unterhalb des
unteren Siebes angeordnet sein, wie bei 5 in den Figuren 1 und
2 und bei 6 in Fig. 3 gezeigt. Im letzteren Falle kann die öffnung
in der Behälterwand mit einem geeigneten Sieb versehen sein, um den Austritt irgendwelcher Bettpartikel zu verhindern.
Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die Anwendung hohen
Druckes beim erfindungsgemäßen Arbeiten nicht obligatorisch ist. Wenn sich das Bett einmal gebildet hat, kann der Druck auf
1 1/2 oder 2 lb/sq.in. (je nach der Partikelgröße des Bettes)
reduziert und die Filtrierung bei diesem oder einem beliebigen höheren Druck fortgesetzt werden.
Der Fachmann kann erkennen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
im Gebrauch nicht auf die Filtrierung flüssiger Medien wie
Wasser, Petroleum, Getränke, Industrielösungen u. dgl. beschränkt ist, sondern auch zur Filtrierung strömender Gase wie
Luft verwendet werden kann, so lange die einzelnen das Bett bildenden Partikel ein solches spez. Gewicht und eine derartige
Größe aufweisen, daß sie im aufwärts gerichteten Strom eines Gases fluidisiert und nachher gegen das obere Haltesieb gepreßt werden können, um ein Filterbett geeigneter Dicke zu
bilden, unter der Voraussetzung, daß das einströmende Gas keine
klebenden Beimengungen aufweist, die die Bettpartikel zusammenbacken
und deren Auseinanderfallen und Absinken zum Zwecke der
Reinigung verhindern wurden. So können z.B, Staubpartikel in
trockener Luft oder einem trockenen Gas durch ein Bett aus Sägespänen geeigneter Größe, leichten Kunststoffen oder dergleichen
gefiltert werden. , ' f
00**39/0484
Wenn eine."besonders schnelle Reinigung des Filterbettes erforderlich
ist, können Schall- oder Ultraschall schwingungen verwendet
werden, die mit Hilfe eines im ..Inner en der verflüssigten
Säule oder in einer oder mehreren der .Behälterwände untergebrachten Umwandlungsgerätes oder von Umwandlern in diö fluidisierten
Bettpartikel eingeführt werden. Solche Umwandler können von der
bekannten Art sein,, wie sie für die Reinigung von Gegenständen
durch Eintauchen in eine fflüssigkeiLt verwendet werden, in welcher
Schall- oder Ultraschallsehwingungen erzeugt werden.
Es -können ?au.ch ein oder mehrere Strahlen der'Waschflüssigkeit
oder e±nes komprimierten JSases wie ζ JSk. IiUft zugeführt'werden,
um während. -üles ¥as.chvorganges eine Mohe jEurbuleaszi r'in der !"lüssigkea.tsss.uLe
Jiervor2airufen»
Um während tdes Waaeihvorganges Jede TieiKiinreiniguiig des ^oberen
Haiifaesiebes durch fssämutzige Waschf liisssiigfceit zu ^erMiadern,
können SpülMittel ßringesetezt werden, weliehe zusätaliah ein Abwärtsströmen
der gereinigten Flüssigkeil; durch das 2ialtesieb
während des Maschvarjganges ermöglichen.
Die Ausdrücke "Kammer" uncL "^Behälter" sind hier in weitem Sinn
zu verstehen. In den Zeichnungen ist ein Behälter als geschlossenes Gefäß mit verschiedenen Flüssigkeitsein- und -auslassen in
Form von ventilgeregelten Bohren «Largestellt, aber in erfindungsgemäßen Filtern von größerem ;Maßstab, wie sie bei der Trinkwasserftiltrierung
in Städten oder dergleichen verwendet werden,
hat jeder Behälter die Form eines oben offenen Reservoirs, von
welchem das filtrierte Wasser durch Überlauf-Entwässerungsanlagen
oder dergleichen herabströmt-, und jede Filtermedium
enthaltende Kammer kann durch den unteren feil des Reservoirs
unterhalb eines darin angebrachten Haltesiebes gebildet werden.
Claims (13)
1) Atfströffifilter, bestehend aus einem Behälter mit einem darin
■befindlichen, aus körnigen Partikeln bestehenden Filterbett,
dem das zu filternde Medium in der Richtung von unten nach oben mit einem derartigen Druck und einer derartigen Geschwindigkeit zugeleitet wird, daß die Filterpartikel in
einen flüssigkeitsähnlichen Zustand versetzt werden, gekennzeichnet durch mindestens ein oberhalb des Filterbettes
(A, B, O) vorgesehenes Haltesieb (2), oberhalb dessen sich der Auslaß (F) für das von den abzufiltrierenden Stoffen
getrennte Medium befindet.
2) Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zusätzliches, unterhalb des Filterbettes (A, B, C) angeordnetes Stützsieb
(3).
3) Filter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zutrittsleitung (R) für das zu filtrierende Medium
unterhalb des Stützsiebes (3) mündet.
4-) Filter nach den Ansprüchen 1 und 2 *- 3» dadurch gekennzeichnet,
daß die Zutrittsleitung (R) für das zu filternde Medium im
Filterinneren abwärts gegen den Boden geführt ist.
5) Filter nach den Ansprüchen 1-4, gekennzeichnet durch wenigstens
eine Flüssigkeitsdüse zur Zuleitung eines Flüssig-
• keitsstrahles zum Aufbrechen oder Umrühren des fluidisierten
Filterbettes.
6) Filter nach den Ansprüchen 1-5» gekennzeichnet durch eine
. regelbare Austrittsöffnung (5» 6) für zur Zerstörung des fluidisierten Bettes eingeführte Hilfsflüssigkeit.
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-11 - »Ό I I U3D
7) Filter nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eines der Siebe (2, 5) aus einem Textilfaser-,
Kunststoff- oder Metallgewebe, einem gesinterten, porösen Feststoffkörper oder dergleichen besteht. ■
8) Filter nach den. Ansprüchen 1 - 7, gekennzeichnet duxch eine
Einrichtung für die Einbringung von Schall- oder Ultraschallschwingungen
in den Inhalt des Behälters»
9) Verfahren zum. Betrieb des Filters nach den Ansprüchen 1 - 8,
dadurch gekennzeichnet, daß auch die Eüekwaschung des mit
abfiltrierten Stoffen durchsetzten Filterbettes mit reinen
Flüssigkeiten oder Gasen unter Flüidisierung des Filterbettes durchgeführt wird. .
10) Filter zur Ausführung des .-Verfahrens nach Anspruch 9) ι
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung für dag
Waschmedium unterhalb des Stützsiebes (J) mündet.
11) Filter zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 9»
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußleitung (V), für das
Waschmedium im Inneren des Filters abwärts gegen dessen
Boden geführt ist.
12) Filter zur Ausführung des Ye rf ahrens nach Anspruch 9 und
naoh den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet., 4aß
sich die C&nung für die Austrittsleitung (WV) für das
Waschmedium unterhalb des Siebes (2) befindet.
13) Filter nach den Ansprüchen 1 - 8 und 10 - 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leitungen (S, F, W, W1) ventilgeregelt sind. :
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- - / ::^ "./'/'.■ ;· "-■ ; ; "-■..■ :" ■.-- .;.SAD ORiGiNAL
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Cited By (3)
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