JP5637670B2 - 固液分離方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、混合物および懸濁液を固液分離するための方法であって、混合物を加圧して、少なくとも１つのフィルタ面を有する閉じたチャンバに供給し、チャンバ内に液相分離を促す静水圧を発生させ、液相分離実施後に、形成されたフィルタケーキを取り除くためにチャンバを開き、チャンバからフィルタ面をフィルタケーキと共に取り外す方法に関する。さらに、本発明はこの方法を実施するための装置にも関する。

一般に、液相を分離するために、混合物および懸濁液をチャンバフィルタプレスにて処理することが知られている。例えば、スラッジやこれに似た物質は、汚水浄化装置にて、有機または無機の凝集剤や濾過促進剤を加えた後に得られ、このようにして脱水される。通常の構造を有するチャンバフィルタプレスでは、スラッジを完全に閉じた濾過チャンバに送り、混合物をポンプにより高圧で脱水するために、所望の濃度に脱水された物質が得られるまで、ポンプする。このとき、混合物または懸濁液に含まれる液相は、フィルタ材より成る個々の濾過チャンバの隔壁を通り取り除かれる。この種の構造を有する既知のチャンバフィルタプレス、およびその液相分離方法の欠点は、技術コストがかなり嵩むにも関わらず、液相が分離されるべき混合物や懸濁液への圧力伝達効率が、チャンバからチャンバへと伝達方向に低下する点にある。この既知のチャンバフィルタプレスのさらなる欠点は、濾過チャンバが開かれている間、混合物の供給が中断されるため、処理を連続的に行うことが出来ない点にある。さらに、極低圧で行われる事前脱水を含め、液相分離の全段階が、高圧対応設計の１つのチャンバで行われるので、この高圧対応設計のチャンバは極度に非経済的な方法で使用されることになるという点も挙げられる。

したがって、本発明の課題は、全く新しい固液分離方法と、この方法を実施するのに適した装置であって、技術的支出が少なく、能率が高く、加えて処理能力の高い装置を提供することにある。

上述の種の方法においてこの課題は、混合物を、まず、最高約０．２バールの静水圧で処理して供給量の８０〜９０%を濾液として取り除き、次に、濃縮残留物を注ぎ出して閉じたチャンバ内にて最高５バールの圧力で処理し、最終的には、チャンバの容積を減らすことで、濃縮残留物が最高５０バールの圧力で分離する、という特徴により解決される。

この方法ステップにより、既に濃縮された混合物のために高圧処理対応に設計されたチャンバを、高圧下での分離にのみ利用するという、目的に適ったかたちで、液相分離の各工程を最適化することができる。

特に好適には、静水圧での処理の間、混合物を連続的に供給し、その後の処理はバッチプロセスとして実施する。この方法により、連続作動システムの利点と非連続システムの高脱水圧とを併せ持つ最適な方法が達成される。

本発明の特に好適な実施形態において、高圧処理の後に、閉じたチャンバ内にて得られたフィルタケーキを洗浄し、使用された洗浄液を高圧下で再び分離する。これらの特徴により、本発明の方法は、特に、最終生成物として所望の純度の混合物フィルタケーキが望まれる混合物への適用に適するものとなる。これには、多数の化学的、薬学的例が挙げられる。

本発明の特に好適な実施形態において、静水圧での分離を１つの工程で実施し、また、取り出された濃縮残留物の処理を、圧搾チャンバとして構成された複数の並置チャンバで同時に実施する。この特徴により、混合物を第１工程に連続して供給することが可能となり、第１工程において全体量が有意に減少するため、後の液相分離を並置圧搾チャンバにてバッチプロセスとして行うことができる。さらに、この方法では、キャパシティ、つまり処理能力をシンプルに調整することができる。

詳しくは、固液分離の終了後に各圧搾チャンバを同時に開き、また、得られたフィルタケーキを可動フィルタベルトによって取り除くものとすることも好適である。これらの特徴により、非連続的に作動する工程のサイクル時間が短縮され、特に経済的な構造となる。

詳しくは、固形物ケーキを、１つまたは複数の圧搾プレートからフィルタベルトによって水平に取り除くものとすると好適である。

さらに好適には、固形物を取り除いた後にフィルタベルトを洗浄する。

本発明の実用的な方法においては、圧搾チャンバを開き、固形物ケーキを取り除き、フィルタベルトを洗浄し、再び圧搾プレートを閉じるのに必要な切り替え時間は約３０秒である。

さらに、本発明に係る、上記の方法を実施するための装置は、分離されるべき混合物が連続的に供給される立向きの濾過チャンバと、濃縮残留物を濾過チャンバからバッチプロセスとして注ぎ出し、最高約５バールのポンプ圧を発生させるためのポンプ装置と、容積を変化させることが出来て、１つまたは複数の、ポンプ装置への接続ラインを有する、少なくとも１つの閉じた圧搾チャンバと、を備えることを特徴とする。

本発明の好適な実施形態において、濾過チャンバは、固定外側シリンダと、回転可能な内側フィルタバスケットとから成り、これら２つのシリンダは異なる径を有し、閉じた濾過チャンバを構成する。

好適には、フィルタバスケットは、濾布で覆われた有孔シェルを有する。

詳しくは、フィルタバスケットシリンダの、外側には固形物抜取板が、内側には接触ブラシが設けられると好適である。特に接触ブラシがフィルタ面に設けられていることで、例えば排水スラッジにおいて凝集が破壊されることなく、混合物の脱水が飛躍的に改善される。

さらに好適には、作業の終わりに濾布を洗浄するために、洗浄水ノズルマニホルドが設けられる。

本発明の特に好適な実施形態において、各圧搾チャンバは、独立したコンパクトな、かつ、閉じた単一の構造メンバとして構成される。この特徴により、モジュール構造が形成され、これにより構造メンバを増やすことで、要求に応じた処理能力を簡単に得ることができる。

さらに、本発明の特に好適な実施形態において、モジュール構造では、複数の並置された圧搾チャンバがポンプ装置からの混合物供給路に接続され、また、循環フィルタベルトは全ての圧搾チャンバを通るように案内される。

本発明のさらに好適な実施形態において、ポンプ装置を、渦巻きポンプとして構成する。この特徴により、渦巻きポンプ１つで圧搾チャンバに供給可能であることから、特に経済的な構造が形成される。

詳しくは、本発明は、各圧搾チャンバが以下の構成要素、即ち、下側固定圧搾プレートと、上側固定反対圧力プレートと、環状シーリングを有する昇降自在圧搾プレートと、下側圧搾プレートおよび上側反対圧力プレートの間に設けられた、引張力を受けるためのタイロッドと、昇降自在圧搾プレートをシーリングと共に動かすための液圧シリンダとを備えることで、さらに有利に発展することができる。

好適には、圧搾チャンバは、昇降自在圧搾プレートに固定された環状のフレキシブルシーリングにより囲まれ、このシーリングは、液圧プリテンショニングシリンダによって、下側圧搾プレート方向に可動かつプリストレスを受けることができるものとする。この特徴により、液相分離に用いられる圧力の影響下において、圧搾プレートを確実にシーリングすることが保証され、シーリングの下側固定圧搾プレートにおける接触圧力もこれに応じて高まる。

さらに好適には、圧搾プレートの閉じる動作を制限するために、制限シリンダを設ける。

固形物ケーキが圧搾チャンバから取り除かれる前に再度洗浄されるプロセスを可能にするには、好適には、固形物ケーキのための洗浄装置が圧搾チャンバ内に設けられる。この洗浄装置により、既にプレスされた固形物ケーキに洗浄液が導入され、この洗浄液はその後再び高圧で脱水される。

以下、本発明の実施形態例の詳細を図面を参照しながら説明する。

本発明に係る装置の側面概略を示す部分断面図である。 図１に示す装置の上面図である。 混合物を静水圧により処理するための濾過チャンバの部分概略図である。 図３に示す濾過チャンバのIV-IV線上の断面図である。 圧搾チャンバの開ポジションにおける概略断面図である。 圧搾チャンバの側面図である。 図５に示す圧搾チャンバの閉位置における概略断面図である。 図５中のVIII-VIII平面上の断面図である。

特に図１および２に示されるように、混合物および懸濁液の固液分離方法を実施するための本発明装置１は、基本的に、プロセスに関して互いに独立した２つの工程部、つまり、固形物側をポンプ装置６に接続された供給路４を有する濾過チャンバ２と、１個または複数個の水平に配置された圧搾チャンバ８と、より成る。

脱水されるべき懸濁液は、作動中常に濾過チャンバ２内に常圧で供給し、濾過チャンバ２の立向き姿勢に基づいて最高０．２バールの静水圧で脱水する。この処理において、供給量の８０〜９０%を濾過により取り除く。濾過チャンバ２は、作動中常に閉じられたままであり、液相分離が妨害されることはない。濃縮残留物は、ポンプ装置６による最高５バールのポンプ圧で、濾過チャンバ２から圧搾チャンバ８へと送られる。圧搾チャンバ８では、最高５０バールの圧搾によって液相が分離される。液相分離の仕上げ後、または、フィルタケーキの洗浄および、フィルタケーキを排出するための洗浄液の新たな分離の後、全ての圧搾チャンバ８は同時に開かれ、圧搾チャンバ８から、後に詳述するフィルタベルトによりケーキが水平に取り除かれる。圧搾チャンバを開いてフィルタケーキを取り除き、フィルタベルトを洗浄し、再び圧搾チャンバを閉じるのに必要な切り替え時間は３０秒程である。

本発明に係る装置１は、連続システムの利点と非連続システムの高脱水圧とを併せ持つものである。混合物は濾過チャンバ２に供給し、同時に、脱水されたケーキは圧搾チャンバ８から取り除かれる。脱水とケーキの排出とを同時に実施できるのは、全ての連続脱水システムの特徴である。よって、この装置は連続的に作動する高圧圧搾機として構成され、この高圧圧搾機において、混合物は作動中妨害されることなく濾過チャンバ２へと連続的に供給して液相が分離され、一方では、ケーキが圧搾チャンバ８からバッチプロセスで取り除かれる。圧搾チャンバ８内における脱水圧および脱水時間は、各混合物の脱水特性に応じて自由にプログラム可能である。全作動時間にわたり、液相は、それぞれ圧力および処理時間の異なる濾過チャンバ２と、圧搾チャンバ８とにおいて同時に分離される。

図３および４に示す立向き姿勢の濾過チャンバ２は、固定外側シリンダ１２および回転可能な内側フィルタバスケットシリンダ１４とから成る。シリンダ１２，１４はそれぞれ異なる径を有し、両者間のギャップで閉じた濾過チャンバ２を構成する。フィルタバスケットシリンダ１４は、濾布１８で覆われた有孔シェル１６を有する。外側の固形物抜取板２０は濾布１８の外表面に接する一方で、フィルタバスケットシリンダ１４の内側面に設けられた接触ブラシ２２は、そのブリスルをもってシェル１８の孔と係合する。固形物抜取板２０および接触ブラシ２２は、フィルタバスケットシリンダ１４の全高にわたり延在する。フィルタバスケットシリンダ１４が回転する間、固形物抜取板２０および接触ブラシ２２はアクティヴェートし、液相分離を最適化する。作業の終わりに濾布１８を洗浄するために、さらに、洗浄水ノズルマニホルド２４が設けられる。これによって、洗浄水供給ライン２５から供給される洗浄液が濾布１８に噴射される。

接続ライン１０は、濃縮残留物を濾過チャンバ２からポンプ装置６へと、図１に概略的に示されるように供給するためのものである。図３中の符号２３は、濾液のための放水口である。

図５〜８に示される圧搾チャンバは、それぞれ、独立したコンパクトな構造メンバを構成する。これらの圧搾チャンバは、必要に応じて装置１の処理量を増やすために、図１および２に示すように、互いに隣接するようにモジュール形式に取付けることができる。各圧搾チャンバ８は、下側固定圧搾プレート３０、上側固定反対圧力プレート３２、および昇降自在圧搾プレート３４、より成り、昇降自在圧搾プレート３４には、シーリング３６が、下側固定圧搾プレート３０に面するように取付けられ、また、昇降自在圧搾プレート３４は圧搾チャンバ８を取り囲む。下側固定圧搾プレート３０と上側反対圧力プレート３２との間にはタイロッド５０が設けられ、このタイロッド５０は、昇降自在圧搾プレート３４が下側固定圧搾プレート３０を圧しているときに生じる引張力を受ける。

複数の液圧シリンダ、つまり開シリンダ３８、閉シリンダ４０、および圧搾シリンダ４２によって、昇降自在圧搾プレート３４とそのシーリング３６のみが動かされ、ポジショニングされる。

下側固定圧搾プレート３０の上面側には、循環フィルタベルト２８（図１参照）が案内される。このフィルタベルト２８は、連続する複数の圧搾チャンバ８がモジュールとして使用されている場合、全ての圧搾プレート３０の上方を通るものとする。最後の圧搾チャンバ８を去った後、フィルタベルト２８は循環洗浄ステーション３１を通る。この洗浄ステーション３１は、フィルタケーキのための排出ステーション３３を含むものとする。全ての圧搾チャンバ８の下方では、フィルタベルト２８が、モジュール列最初の圧搾チャンバ８の入り側である転向引張制御ステーション３５へと戻し案内される。フィルタケーキを取り除く各サイクルにおいて、圧搾チャンバ８のフィルタベルト２８は、循環洗浄ステーション３１から転向引張制御ステーション３５までの、半循したのみに留まる。こうしながら、ステーション３１の２つの洗浄水ノズルマニホルドにより、フィルタベルト２８の両面が洗浄される

図５および７は、圧搾チャンバ８の２つの基本ポジション、つまり、図５に示される、フィルタケーキを取り除いてフィルタ表面を洗浄するための開ポジションと、図７に示される、圧搾チャンバ８が満たされ、ポンプ装置６により生じる圧迫によりまず液相分離が成される閉位置と、を示すものである。フィルタベルト２８がその上を通る下側固定圧搾プレート３０には、付加的にチャネル３９を設け、これらチャネル３９により、圧搾プレート８内で分離された液相が排出される。

図５に特に示されるように、閉位置の圧搾チャンバ８を囲む昇降自在圧搾プレート３４に固定される環状シーリング３６には、上側固定反対圧力プレート３２に支持される液圧プリテンショニングシリンダ４４が設けられる。これらプリテンショニングシリンダ４４によって、シーリング３６がフィルタベルト２８の上側面にあるときの接触圧力は、圧搾チャンバ８内の圧力に応じて意図的に調整できる。こうすることで、時間やチャンバ８内の圧力に関わらず、圧搾チャンバ８の完全な緊張が保証される。

さらに付加的に設けられた制限シリンダ４６により可動圧搾プレート３４の閉方向へのストロークを調整することができる。圧搾チャンバ８内の最初の液相分離中に、好適には渦巻きポンプ２９であるポンプ装置６から生ずる圧力により圧搾チャンバ８の高さを調整することができる。

続いて、図１〜８に示される、装置１の処理動作をより詳細に説明する。図５が示すのは、開状態の圧搾チャンバ８である。このとき、昇降自在圧搾プレート３４とシーリング３６とは、開シリンダ３８により上方へと持ち上げられている。シーリング３６のためのプリテンショニングシリンダ４４も解放されて収縮する。

昇降自在圧搾プレート３４を持ち上げる間、まず、シーリング３６がフィルタベルト２８からプリテンショニングシリンダ４４によって持ち上げられ、その後、圧搾プレート３４全体がシーリング３６と共に、開シリンダ３８によって上方に動かされる。同時に、圧搾シリンダ４２が解放される。

図５に示す状態の圧搾チャンバ８において、既終のサイクル中に形成されたフィルタケーキは、フィルタベルト２８を動かすことによって圧搾チャンバ８から取り除くことができる。フィルタケーキを捨てた後、図５に示す圧搾プレートは再び図５に示す状態に戻るが、このとき、圧搾チャンバ８内には、図５において符号４１にて示されるフィルタケーキは存在しない。

続いて、圧搾チャンバ８は、図７に示される状態へと移行する。この状態では、全てのモジュールユニットの圧搾チャンバが閉じられている。この状態に移行するために、開シリンダ３８は解放され、閉シリンダ４０が圧搾プレート３４とシーリング３６とを下方へと下げる。このとき、圧力プレート３４の下方への動きは、制限シリンダ４６により制限される。続いて、プリテンショニングシリンダ４４は加圧され、シーリングはフィルタベルト２８の上面側、つまり、下側固定圧搾プレート３０に、必要に応じて押し付けられる。このため、圧搾チャンバ８は、濾過チャンバ２内にて供給量の２０〜１０％に濃縮された混合物を受け取ることのできる状態である。既に説明した全てのアクションの間、濾過チャンバ２へは、物質が連続して供給され、同時に、相応の液相が分離される。濃縮残留物はポンプ装置、つまり、渦巻きポンプ２９により、濾過チャンバ２から出され、接続ライン１０を通り、各圧搾チャンバ８へと供給される。ここでは、渦巻きポンプにより生じる約５バールのポンプ圧で、さらに濃縮液から液相が分離される。処理中に得られた濾液は、圧搾チャンバ８から、フィルタベルト２８と、これらを相互連結するチャネル３９とを通って排出される。続いて、渦巻きポンプに続く接続ライン１０は、対応するバルブや滑り弁（図示しない）などにより閉じられ、また、昇降自在圧搾プレート３４は、圧搾シリンダ４２によって下側固定圧搾プレート３０の方向に押され、圧搾チャンバ８の容積を減らすことで、最大５０バールの圧力で液相の最終分離が行われる。この処理中、必要であれば、シーリング３６の接触圧力はプリテンショニングシリンダ４４により高めることができる。

所望の液相分離が圧搾チャンバ８内で実施された後、圧搾シリンダ４２は解放され、プリテンショニングシリンダ４４も解放され、開シリンダ３８がアクティヴェートされる。続いて、再び図５に示される状態に至り、そのため圧搾チャンバ８は、再び、形成されたフィルタケーキ４１を取り除き排出することから始まる上述のサイクルを始めることができる状態となる。

全過程において、濾過チャンバ内での液相分離が連続的に実施されていることに再び言及しておく。

上記では、本発明の実施形態について詳述したが、当業者には、本発明の範囲から外れること無く様々な修正および変更を加えることができることは自明であろう。本願明細書、請求の範囲、および図面に示唆される、構造の詳細および寸法配置を含む本発明の全ての特徴および利点は、個々をとっても、恣意的な組み合わせにおいても、本発明の重要な要件である。

１ 装置
２ 濾過チャンバ
４ 供給
６ ポンプ装置
８ 圧搾チャンバ
１０ 接続ライン
１２ 外側シリンダ
１４ フィルタバスケットシリンダ
１６ シェル
１８ 濾布
２０ 固形物抜取板
２２ 接触ブラシ
２３ 濾液放水口
２４ 洗浄水ノズルマニホルド
２５ 洗浄水供給ライン
２８ フィルタベルト
２９ 渦巻きポンプ
３０ 下側固定圧搾チャンバ
３１ 循環洗浄ステーション
３２ 上側固定反対圧力プレート
３３ 排出ステーション
３４ 昇降自在圧搾プレート
３５ 転向-引張制御ステーション
３６ シーリング
３７ 洗浄水ノズルマニホルド
３８ 開シリンダ
３９ チャネル
４０ 閉シリンダ
４１ フィルタケーキ
４２ 圧搾シリンダ
４４ プリテンショニングシリンダ
４６ 制限シリンダ
４８ 洗浄装置
５０ タイロッド

Claims (9)

1. 連続的に作動する濾過チャンバ（２）及び少なくとも１つの非連続的に作動する圧搾チャンバ（８）を用いて混合物および懸濁液を固液分離するための方法であって、
   前記懸濁液のための前記混合物を、まず、少なくとも１つのフィルタ面を有する前記濾過チャンバ（２）に供給して最高０．２バールの静水圧で処理して供給量の一部を、濃縮残留物を残して濾液として取り除き、
   前記濾過チャンバ（２）を作動中常に閉じた状態で維持することにより液相分離の妨害を阻止し、
   その後、渦巻きポンプ（２９）により前記濃縮残留物を前記濾過チャンバ（２）から注ぎ出して、最高５バールの圧力で、前記圧搾チャンバ（８）の１つへと供給し、さらに該圧搾チャンバ（８）で処理し、
   最後に、前記圧搾チャンバ（８）の容積を減らすことにより、前記濃縮残留物における残留した濾液を最高５０バールの圧力で分離し、
   静水圧での濾過後のさらなる処理を前記圧搾チャンバ（８）内でバッチプロセスとして実施し、
   混合物を、作動中妨害されることなく濾過チャンバ（２）へと連続的に供給して、液相を分離し、フィルタケーキを圧搾チャンバ（８）からバッチプロセスで取り除くことを特徴とする固液分離方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記静水圧での処理の後に、前記閉じたチャンバ内にて得られた前記フィルタケーキを洗浄し、使用された前記洗浄液を静水圧下で再び分離することを特徴とする固液分離方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記静水圧での分離を１つの工程で実施され、また、前記取り出された濃縮残留物の処理を、圧搾チャンバとして構成された複数の並置チャンバで同時に実施することを特徴とする固液分離方法。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の方法において、複数の前記圧搾チャンバを前記固液分離の終了後に同時に開き、また、得られた前記フィルタケーキを、可動フィルタベルトによって取り除くことを特徴とする固液分離方法。
5. 請求項４記載の方法において、前記フィルタケーキを、複数のうち少なくとも１つの圧搾プレートから前記フィルタベルトによって水平に取り除くことを特徴とする固液分離方法。
6. 請求項５記載の方法において、前記フィルタケーキを取り除いた後に、さらに前記フィルタベルトを洗浄することを特徴とする固液分離方法。
7. 請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法において、前記圧搾チャンバを開き、前記フィルタケーキを取り除き、前記フィルタベルトを洗浄し、再び前記圧搾プレートを閉じるのに必要な切り替え時間は約３０秒間であることを特徴とする固液分離方法。
8. 固体と液体の混合物を分離するための装置において、
   前記固体と液体の混合物を受け取るための濾過チャンバ（２）であって、
   固定外側シリンダ（１２）、外面を濾布（１８）で覆われた回転可能な内側のフィルタバスケットシリンダ（１４）、
   前記固定外側シリンダ（１２）と前記フィルタバスケットシリンダ（１４）の間に区画される環状容積を有し、
   さらに、外側の固形物抜取板（２０）、内側の接触ブラシ（２２）、および濾液放水口（２３）を有する濾過チャンバ（２）と、
   その入口が前記環状容積に液体連通する渦巻きポンプ（２９）と、
   少なくとも１つの、容積を変化させることができる圧搾チャンバ（８）であって、
   下側固定圧搾プレート（３０）、
   上側固定反対圧力プレート（３２）、
   フィルタベルト（２８）、
   環状のシーリング（３６）を有する昇降自在圧搾プレート（３４）、
   前記下側圧搾プレート（３０）と前記上側反対圧力プレート（３２）の間に設けられた、引張力を受けるためのタイロッド（５０）、及び
   前記昇降自在圧搾プレート（３４）を前記シーリング（３６）と共に動かすための液圧シリンダ（３８，４０，４２）を有する圧搾チャンバ（８）と、を備え、
   連続的に供給路（４）が前記固体と液体の混合物を前記環状容積に供給し、濾液が前記濾布（１８）および回転可能な内側のフィルタバスケットシリンダ（１４）を通過して前記フィルタバスケットシリンダ（１４）によって区画される内部容積に入り、前記濾液放水口（２３）を通して放出され、
   前記固体と液体の混合物の濃縮残留物が、前記渦巻きポンプ（２９）に流入し、該渦巻きポンプ（２９）によって、前記濃縮残留物は、接続ライン（１０）を通して少なくとも１つの容積を変化させることができる前記圧搾チャンバ（８）に運ばれ、
   前記固体と液体の混合物の濃縮残留物は、さらに前記渦巻きポンプ（２９）により発生されるポンプ圧によって固液分離され、
   濾液は、前記フィルタベルト（２８）を通り、また濾液は、前記圧搾チャンバ（８）から、前記下側固定圧搾プレート（３０）におけるチャネル（３９）を通って下方に排出され、前記フィルタベルト（２８）上にフィルタケーキ（４１）が残る、装置。
9. 請求項８記載の装置において、前記圧搾チャンバ（８）内のフィルタベルト（２８）上の前記フィルタケーキ（４１）は、さらに、前記液圧シリンダ（４２）を用いて、前記下側固定圧搾プレート（３０）の方向に前記昇降自在圧搾プレート（３４）を押すことで最高５０バールの圧力で押されて分離する、装置。

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