JP2014503348A - 分配トレイ、容器またはそれらに関連する方法 - Google Patents

分配トレイ、容器またはそれらに関連する方法 Download PDF

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Abstract

一つの例示的な実施形態は、容器のための分配トレイであっても良い。一般的に、分配トレイは部材とコンパートメントと挿入部とを含む。部材は、第一側と第二側とを形成できる。典型的には、第一側はその上に液体を受け取るよう構成される。さらに、部材は複数の開口部を形成できる。通常、コンパートメントは部材を貫通して延びており、第一部分が第一側から突出し、第二部分が第二側から突出しており、かつ、流体がその中を通過できるように構成されている。挿入部は、コンパートメントの内部に配置されても良く、その中を通過する流体の通路を収縮させかつその後拡張させる。
【選択図】図3

Description

先行国内出願の優先権の主張
[0001]本出願は、2010年12月6日に出願した米国特許出願第12/961,208号の優先権を主張するものである。
[0002]本発明は、一般的にはその中に流体を通過させる容器のための分配トレイに関する。
[0003]化学的プロセスや石油精製および他の産業においては、層またはトレイの上に、流体、特に液体と気体との混合相流体を分配するための、様々な容器を使用することができる。一つの具体的な容器は、接触脱ろう(catalytic dewaxing)、水素化精製(hydrotreating)、水素化脱硫(hydrodesulfurizing)、水素化仕上げ(hydrofinishing)および水素化分解(hydrocracking)などのプロセスに使用できるような、濯液流(trickle flow)反応器などの反応器であり得る。一般に、一つまたは複数の液体と気体とを含む流体などである供給原料は、ダウンフロー反応器内の充てん層内に含まれた微粒子触媒の上を通過することができる。いくつかの水素化精製のプロセスにおいては、硫化水素やアンモニアなどの気相におけるさらなる成分を発生させる可能性のある化学反応が起こり得る。そのような気体および液体は、典型的には充てん層を通過して下方に向かって流れ、底部出口から排出される。
[0004]反応を促進させるために、固体触媒が複数の層内に整列させられることが多く、このとき、各層の頂部に流体を均一で効果的かつ効率的に分配する目的で、各層の上に分配器プレートまたはトレイが配置される。
[0005]一般的に、トレイには、その下方に横たわる層一面にわたって均一に分割された流れを供給するために、分配器を設けることができる。しかし、これらの分配器は、例えば理想的な状態が存在せずに液体の不均一な分配が発生した場合には、不具合が生じる可能性がある。一例として、例えばメンテナンスが実行された後の装置のスタートアップの間に、理想的でない分配状態が存在する可能性がある。これらの理想的でない状態は、分配器の下方にある触媒層の不十分なぬれにつながる可能性がある。このような不均一なぬれは、触媒層内においてホットスポットを生成し、触媒寿命を短縮させる一つまたは複数のポケットが生じる可能性もある。加えて、液体の不均一な流れは、層を貫くチャネリングを発生させる可能性もある。従って、そのような不具合を回避して触媒寿命を延ばすために、下方に横たわる触媒層のより良好で安定したぬれをもたらす分配器を提供することが望ましい。
[0006]さらには、多くの場合、製造が比較的複雑でない分配器を提供することが望ましい。従って、流体の均一な流れを効率的かつ効果的に生成できる分配器を提供することが望ましい。
[0007]一つの例示的な実施形態は、容器のための分配トレイであっても良い。一般的に、分配トレイは部材とコンパートメントと挿入部とを含む。部材は、第一側と第二側とを形成できる。典型的には、第一側はその上に液体を受け取るよう構成される。さらに、部材には複数の開口部を形成できる。通常、コンパートメントは部材を貫通して延びており、第一部分が第一側から突出し、第二部分が第二側から突出しており、かつ、流体がコンパートメントの中を通過できるように構成されている。挿入部は、コンパートメントの内部に配置されても良く、その中を通過する流体の通路を収縮させかつその後拡張させる。
[0008]他の例示的な実施形態は、容器のための他の分配トレイであっても良い。一般的に、分配トレイは部材とコンパートメントと挿入部とを含む。部材は、第一側と第二側とを形成できる。典型的には、第一側はその上に液体を受け取るよう構成される。さらに、部材は複数の開口部を形成できる。通常、コンパートメントは、部材を貫通して延びており、第一部分が第一側から突出し、第二部分が第二側から突出しており、かつ、流体がその中を通過できるように構成されている。挿入部は、コンパートメントの内部に配置されても良く、その中を通過する流体の通路を収縮させかつその後拡張させる。通常、コンパートメントはある高さを有し、収縮部はコンパートメントの上側半分内に配置される。
[0009]さらに他の例示的な実施形態は、分配トレイを修正する方法である。その方法は、コンパートメントの内部に挿入部を連結して、その中を通過する流体の通路を収縮させることを含み得る。一般的に、コンパートメントは、コンパートメントが部材の少なくとも一つの側から突出するように、開口部において部材に連結されている。
[0010]本明細書で開示される実施形態は、円形の外周を備えかつその中に挿入部を受け入れるよう構成されたコンパートメントを提供することができる。挿入部は、管のようなコンパートメントの内部にベンチュリ形状のスロート部を形成することができる。そのため、スロート部は、分配トレイを通過する液体の流れのための高い駆動力を生み出すことができる。このようにして、トレイが水平でないことが液体の分配に与えるいかなる影響も最小化できる可能性がある。加えて、ベンチュリ型挿入部の内部において圧力降下の幾分かを回復できることから、トレイにわたる圧力降下も最小化できる可能性がある。
[0011]さらに、気体−液体の混合は、流体をベンチュリ形状の挿入部のスロート部の中で収縮または収束させた後に拡開状コーンを通過させることにより、典型的には強化される。そのため、ベンチュリ形状の挿入部を使用することは、流体が分配器から出た後で気体−液体がカバーする領域を増大させる。加えて、管状のコンパートメントの上部に穴を設けることで、流体の流れの操作範囲を増大させることができる。さらに、分配管の各々を通過する流体の流れは、典型的には、トレイ上の液体水頭によって駆動され得るだけでなく、トレイ上の液体と管内部の流体との間の圧力差によっても駆動され得る。そのため、スロート部を通過する流体の流れのトレイの液体水頭への依存度を低減することができ、従って、トレイが水平でない場合における不均一な分配への依存度を低減することができる。特に、スロート部は流体速度を増大させることができ、従って、トレイから管内への液体の引き込みを促進させるような低圧を発生させることができる。その結果、液体をその下方に配置されたあらゆる層の上に噴霧することができる。
定義
[0012]本明細書で使用する「流体」という用語は、一つもしくは複数の気体および/または一つもしくは複数の液体を意味することができる。
[0013]本明細書で使用する「気体」という用語は、単一の気体または複数の気体の容体を意味することができる。さらに、「気体」という用語は、一つまたは複数の気体の中で、同一または異なる物質の、一つもしくは複数の液体粒子および/または一つもしくは複数の固体粒子の、例えば蒸気またはエアロゾルなどのような、容体または懸濁物質を含んでも良い。
[0014]本明細書で使用する「液体」という用語は、単一の液体か、あるいは、一つもしくは複数の気体および/もしくは固体の粒子を含む、一つもしくは複数の液体の溶液または懸濁液を意味することができる。
[0015]本明細書で使用する「吸収」という用語は、吸着や吸収を含む複数のプロセスを総体的に表すことができる。
[0016]本明細書で使用する「リッチ」という用語は、流れの中におけるある化合物または化合物群の、モル比でおおよそ少なくとも50%、好適には70%の量を意味することができる。
[0017]本明細書で使用する「開口部」という用語は、単に本明細書の理解のために、スロート部の収縮部より下方の穴または孔について言及している。特に、これら開口部は、コンパートメント上の開口部より上方に形成されるかまたは挿入部によって形成された孔と同一の数、形状またはサイズを持つことができる。
[0018]例示的な容器の縦断面図である。 [0019]例示的なトレイの斜視図である。 [0020]例示的なコンパートメントの縦断面図である。 [0021]図3の例示的なコンパートメントの4−4線に沿った断面図である。 [0022]他の例示的なコンパートメントの他の例示的な断面図である。 [0023]さらに他の例示的なコンパートメントの縦断面図である。 [0024]別の例示的なコンパートメントの縦断面図である。 [0025]さらに別の例示的なコンパートメントの縦断面図である。 [0026]前記さらに別の例示的なコンパートメントの底面図である。
[0027]図1および図2を参照すれば、容器100が入口110と出口130とを備えて示されている。容器100は、入口110を介して、一つもしくは複数の液体および気体などの、液体または混合相の流体を含む、流体の供給を受け取ることができる。一般的に、供給原料は、触媒などの微粒子の固定層を収容する容器内で分配される。本明細書では反応器を開示しているが、吸収器または質量移動容器などの他のタイプの容器も、本明細書で開示する実施形態を使用することができ、さらに、触媒の代わりにまたは触媒に追加して、吸収剤などの他の材料が収容されても良いことを理解すべきである。さらに、容器100は、炭素またはステンレス鋼などの任意の適切な材料から製造されることができる。
[0028]容器100は、分配トレイ200と、触媒などの微粒子の充てん層400とを含む。この例示的な実施形態においては、一つの分配トレイ200と一つの充てん層400だけについて説明するが、容器100は任意数の分配トレイ200と充てん層400とを収容できることを理解するべきである。複数の充てん層を含む例示的な容器は、例えば米国特許出願公開公報2006/0163758A1号に開示されている。加えて、供給原料が分配されると説明しているが、容器100の内部の中間的な流れまたは再循環流を含む、いかなる流れまたは流体が分配されても良い。
[0029]分配トレイ200は、第一側230と第二側240とを有する部材220と、並流ダウンフローを促進するための少なくとも一つのコンパートメント300と、を含むことができる。部材220は円形として説明されているが、部材220は任意の形状を持つことができると理解されるべきである。一般的に、部材220が開口部250を形成する箇所を除いては、部材220は流体に対して非浸透性であり、さらに、部材220は容器100の断面積を実施的に占有している。
[0030]典型的には、分配トレイ200は、液体または混合相流体などの流体がその中を通過することができる、少なくとも一つのコンパートメント300を含む。コンパートメント300は、部材220の上に任意の適切なパターンで配置されることができる。この例示的な実施形態においては、複数、すなわち10個のコンパートメント300が示されている。しかし、任意の適数個のコンパートメント300を使用することができる。コンパートメント300はキャップなしとして示されているが、これらコンパートメント300とともに任意の適切なキャップが独立して使用され得ることを理解すべきである。加えて、部材220は、複数の開口部250を形成することができ、図では、それら開口部250は、一つの開口部252と、それぞれのコンパートメントによって塞がれた状態の他の開口部とによって示されている。典型的には、塞がれていないどの開口部252も施栓することができるように、部材220内のいずれの開口部252も、コンパートメントを受け入れるように構成されている。つまり、コンパートメント300なしで示されている開口部252は単に説明を目的とするものであり、典型的にはその中がコンパートメント300で占められる。さらに、各コンパートメント300は他のコンパートメントと同一でも良く、またはそれぞれ互いに異なっていても良いことを理解すべきである。この例示的な実施形態においては、コンパートメント300は実質的に同一であり得るため、一つだけについて特に詳細に説明する。
[0031]図3を参照すれば、2個の例示的なコンパートメント300が示されている。コンパートメント300は、円筒形、角柱、八角構造または他の適切な形状など、任意の適切な形状をとることができる。この例示的な実施形態においては、コンパートメント300は、通常は第一側230から突出している第一部分310と、典型的には第二側240から突出している第二部分320と、を有することができる。
[0032]図2〜図4を参照すれば、この例示的な実施形態におけるコンパートメント300は、管358を形成することができ、さらに、複数の孔330、即ち第1の孔334と第2の孔336と第3の孔338とを形成することができる。この特別な実施形態においては、これらの孔330は異なるサイズを持つことができる。すなわち、部材220に対して最も高い位置にある第3または頂部の孔338は、第1の孔334または第2の孔336よりも大きな直径を持つことができる。さらに、これら複数の孔330はコンパートメント300上の様々な高さに配置され、コンパートメント300内への液体の導入を制御可能にすることができる。
[0033]典型的には、挿入部350をコンパートメント300の内部に配置することができる。一般的に、挿入部350は、典型的には円錐状または漏斗状である二つの対向する断面を持つことができ、それぞれ漸次減少する直径を有して互いに接近し、収縮部356を形成する。挿入部350は、ほぼベンチュリ形状を形成して、コンパートメント300の内部、この例示的な実施形態においては管358の内部にスロート部354を形成することができる。一般的に、スロート部354は、コンパートメント300を通過して下方に向かって流れる気体260などの流体のための収縮部356を形成することができる。加えて、少なくとも一つの孔364がスロート部354内に形成されることができ、これによってコンパートメント300内を通過する液体などの流体を、スロート部354に流入させることができる。この例示的な実施形態においては、挿入部350がほぼベンチュリ形状を有するが、管358の内部と外部との間で圧力差をもたらすような任意の形状が使用されても良い。さらに、コンパートメント300は、挿入部350内の収縮部356より下に、複数の開口部340を形成することができる。これら複数の開口部340は、同一または異なる高さにあっても良く、かつ、同一もしくは異なるサイズおよび/または同一もしくは異なる形状を有することができる。複数の開口部340は、収縮部356より下に配置されることができ、液体が上方に向かって流れかつ孔364内へと流入することを可能にする。図4でさらに示すように、コンパートメント300は、複数の開口部340をその外周に沿って形成することができ、挿入部350も、複数の孔364をその外周に沿って形成することができる。
[0034]開口部と孔とは円形として説明されているが、これらの開口部は、スロット、スリットまたは任意の他の多角形状など、任意の適切な形状で形成できることを理解すべきである。コンパートメントおよび/または挿入部の例示的な開口部は、例えば米国特許第4,140,625号公報に示されている。一般的に、開口部340と孔330および364とは、1〜4cmの直径を有するような、任意の適切なサイズを有することができる。
[0035]図5を参照すれば、他の例示的なコンパートメント300は、角柱362の形状を持とることができる。図3において4−4線に沿って説明されているのと同様に、角柱または四角形状のコンパートメントは、対応する四角または角柱形状を持つ挿入部と、対応する開口部340および孔364とを有することができる。
[0036]図1〜図4を参照すれば、操作においては、分配トレイ200上に集められた液体が、典型的には上昇してコンパートメント300内の開口部340を通過しても良い。その後、液体はコンパートメント300の内部で上昇し、挿入部350内に形成された孔364を通過することができる。同時に、典型的には一つもしくは複数の気体または気体と液体との混合物である流体が、コンパートメント300の頂部を通過して、孔364を通過する液体と混ざり合うことができる。ベンチュリ形状のスロート部354は、その中を通過する流体の速度を増大させることができ、かつ、スロート部354の内部と外部との間で圧力差を発生させて、より多くの液体210を挿入部350内に引き込むことができる。流体圧力差から生じた液体の流れのための駆動力は、スロート部354の相対的な断面積の変化によって調整できる。液体の流れのための駆動力は、部材220上の液位に依存しても良い。混合された気体−液体は、挿入部350の膨張ノズルを介して部材220より下方位置で、その下にある充てん層400に対して放出されることができる。
[0037]典型的には、スロート部354の内部において発生した低い圧力は圧力降下を引き起こし、その中に流体を引き込む。一般的に、液体210の液位がコンパートメント300の第一部分310上の孔334,336,338の一つまたは複数を超える液位まで上昇すると、少なくとも一つの孔330が液体210の少量部分を部材220から受け取ることができる。その液体は気体260とともに挿入部350を流れ落ち、孔364から流入している液体210と混ざり合うことができる。
[0038]通常は同時に、液位の上昇による液体の流れのための穴面積の減少と、ベンチュリ形状のスロート部354を通過する液体の流れの増加とによって、圧力降下が増大させられる。それにより、コンパートメント300上の開口部340内への液体の流れのための駆動力を増大させることができる。このようにして、分配トレイ200上の上昇する液体210は、コンパートメント300内への液体の流れを増大させることができる。そのため、分配トレイ200は、液体の流れまたは気体の流れのより広い範囲内において操作可能である。ベンチュリ形状のスロート部354を使用する他の利点は、管の内部で蒸気−液体の混合と接触とを強めることであり、この利点は、二相間における熱および質量の移動を向上させることができる。
[0039]図3と図4とを参照すれば、本明細書で開示されている実施形態の一つの利点は、分配トレイ200を効率的に製造できることである。特に、挿入部350は、管358のようなコンパートメント300の内部に配置されることができる。その後、コンパートメント300は、部材220の開口部252の中に挿入されることができる。挿入部350と管358とは、溶接のような任意の適切な手段を用いて固着させることができる。このような方法で製造することで、ノズルを別個の部分に分離してその後にプレート上に取り付ける必要を回避することができる。
[0040]図6を参照すれば、さらなる例示的な実施形態のコンパートメント500であって、第一部分510と第二部分520とを備え、第一部分510が典型的には部材220の上側に突出し、第二部分520が通常は部材220の下側に突出しているものを示す。コンパートメント500は高さ558を有することができる。一般的に、挿入部560はコンパートメント500の内部に配置されている。コンパートメント500は、第1開口部552と第2開口部554とを有する複数の開口部550を形成することができる。通常は、開口部550はコンパートメント500の外周に等間隔で配置されている。
[0041]次に、挿入部560は、第1または最高の高さにある開口部572および574と、第2または中間の高さにある開口部576および578と、第3または最低の高さにある開口部580および582と、を含む一つまたは複数の開口部570を形成することができる。一般的に、挿入部560は、コンパートメント500の内側の略ベンチュリ形状のスロート部594と収縮部596とを形成する。典型的には、収縮部596は、コンパートメント500の上側半分、望ましくは上側から3分の1内の位置に形成される。開口部572および574は、収縮部596の位置かまたはそれより下方の位置にあっても良い。通常、複数の開口部550の全体面積は、一つまたは複数の開口部570の全体面積よりも大きい。そのため、一つまたは複数の570は、挿入部560への液体の流れを制御することができる。コンパートメント500の壁の内部で液体が上昇するにつれて、液体が開口部570を通過する量が増加し得る。つまり、液体の高さが上昇して、開口部580および582を、次いで開口部576および578を、さらに開口部572および574を通過するにつれ、液体の流れが増大する。挿入部560を収容するコンパートメント500は、トレイ200について上述した方法と同様の方法で製造することができ、上述の説明と同様に動作しうる。
[0042]図7を参照すれば、さらに他の例示的な実施形態のコンパートメント600であって、第一部分604と第二部分608とを備え、第一部分604が典型的には部材220の上側に突出し、第二部分608が通常は部材220の下側に突出しているものを示す。一般的に、第1挿入部610と第2挿入部630とがコンパートメント600の内部に配置されている。典型的には、第1挿入部610は逆向きの漏斗状であっても良く、第2挿入部630は漏斗状であっても良い。これら挿入部610と630とは、それぞれの収縮部614と634とを形成することができ、このとき、第2挿入部630の少なくとも一部が、第1挿入部610の少なくとも一部と対向して入れ子状の関係となる。一般的に、第1挿入部610の管部の直径は、第2挿入部630の管部と任意ではあるが円錐部の少なくとも一部とを受け入れるように寸法設定されている。コンパートメント600は、第1開口部652と第2開口部654とを有する複数の開口部650を形成することができる。典型的には、開口部650は、コンパートメント600の外周に等間隔で配置されている。
[0043]第1挿入部610は、開口部652および654よりも高い位置にある開口部622および624を含む、一つまたは複数の開口部616を形成することができる。一般的に、第1挿入部610と第2挿入部630とは、コンパートメント600の内側に配置される。液体が開口部652と654とに流入するにつれて、液体は上昇して開口部622と624とを通過して流れ、コンパートメント600を下方に向かって通過するように流れかつ収縮部634を通過している気体と相互作用することができる。このようにして、液体は、集合してコンパートメント600の中で環状の流路を形成する挿入部610と630とを通過する屈曲路をとっても良い。もし過剰な液体が部材220の上にある場合には、その液体は孔644、孔646またはさらには孔648を通過しても良い。挿入部610と630とを収容するコンパートメント600は、屈曲路トレイ200について上述した方法と同様の方法で製造することができ、上述の説明と同様に動作しうる。
[0044]図8と図9を参照すれば、さらに他の例示的な実施形態のコンパートメント700であって、第一部分704と第二部分708とを備え、第一部分704が典型的には部材220の上側に突出し、第二部分708が通常は部材220の下側に突出しているものを示す。一般的に、第1挿入部710と第2挿入部730とがコンパートメント700の内部に配置されている。通常は、第1挿入部710は逆向きの漏斗形状であっても良く、第2挿入部730は漏斗形状であっても良い。これら挿入部710と730とは、それぞれの収縮部714と734とを形成することができ、このとき、第2挿入部730の少なくとも一部が、第1挿入部710の少なくとも一部と対向して入れ子状の関係となる。一般的に、第1挿入部710の管部の直径は、第2挿入部730の管部と任意ではあるが円錐部の少なくとも一部とを受け入れるように寸法設定されている。コンパートメント700は、第1開口部752と第2開口部754とを含む複数の開口部750を形成することができる。通常は、開口部750は、コンパートメント700の外周に等間隔で配置されている。
[0045]第1挿入部710は、高さ方向の終端を形成し、挿入部710と730との間に屈曲路を形成することができる。複数のオリフィス770、即ちオリフィス772、774、776、778を形成しているプラグ760が挿入部710と730との間に配置され、その間を流れる液体流れを調整することができる。一般的に、第1挿入部710は収縮部714を、第2挿入部730は収縮部734を、コンパートメント700の内側に形成する。液体が開口部752と754とに流入するにつれて、液体は上昇して複数のオリフィス770を通過して流れ、コンパートメント700を通過して下方に向かって流れかつ収縮部734を通過している気体と相互作用することができる。このようにして、液体がコンパートメント700を通過する屈曲路をとっても良い。もし過剰な液体が部材220の上にある場合には、その液体は孔744、孔746、またはさらには孔748を通過しても良い。挿入部710と730とを収容するコンパートメント700は、トレイ200について上述した方法と同様の方法で製造することができ、上述の説明と同様に動作しうる。
[0046]さらなる詳細説明がなくても、当業者が上述の説明を使用して本発明を最大限に利用できることが分る。従って、上述した好適な特定の実施形態は、単に説明的と解釈されるべきであり、いかなる方法であろうとも、開示事項の残りの部分について限定的に解釈されるべきではない。
[0047]上述の説明から、当業者は本発明の本質的な特徴を容易に理解することができ、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、様々な変更や修正を行うことで、本発明を様々な用途および条件に適応させることができる。

Claims (10)

  1. 容器100のための分配トレイ200であって、
    A)第一側230と第二側240とを形成する部材220であって、前記第一側230がその上に液体を受け取るよう構成されており、かつ複数の開口部250を形成している、部材220と、
    B)前記部材220を貫通して延びるコンパートメント300であって、前記第一側230から突出する第一部分310と前記第二側240から突出する第二部分320とを含み、その中を流体が通過できるよう構成されたコンパートメント300と、
    C)前記コンパートメント300の内部に配置された挿入部350であって、その中を通過する前記流体の通路を収縮させかつその後拡張させる挿入部350と、
    を含む分配トレイ200。
  2. 前記挿入部350が前記コンパートメント300の内部に実質的にベンチュリ形状のスロート部354を形成する、請求項1に記載のトレイ200。
  3. 前記コンパートメント300が管358を形成する、請求項1または2に記載のトレイ200。
  4. 前記コンパートメントが角柱362を形成する、請求項1または2に記載のトレイ200。
  5. 複数のコンパートメント300をさらに含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトレイ200。
  6. 前記コンパートメント300の前記第一部分310が複数の孔330を異なる高さにおいて形成して、前記流体がその中を通過できるようにする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のトレイ200。
  7. 前記挿入部350が一つまたは複数の孔364を形成して、前記流体がその中を通過できるようにする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のトレイ200。
  8. 前記複数の孔330は少なくとも3個の孔(334,336および338)を含み、最高の高さにある孔338が他の孔(334および336)の各々よりも大きな直径を持つ、請求項6に記載のトレイ200。
  9. 前記挿入部350が収縮部356と一つまたは複数の孔364とを形成し、前記コンパートメント300が複数の開口部250を前記収縮部356よりも下方に形成する、請求項1、2、3、4、5、6または8に記載のトレイ200。
  10. 前記コンパートメント300が複数の孔330を前記収縮部356よりも上方に形成する、請求項9に記載のトレイ200。
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