DE69411263T2 - Methode und vorrichtung zum fällen von kristallen aus einer lösung - Google Patents
Methode und vorrichtung zum fällen von kristallen aus einer lösungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rückgewinnen von Kristallen aus einer Lösung durch Eindampfen mit Kristallisation in einer Eindampfanlage mit mindestens zwei Stufen.
- Die Methode kann allgemein für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein Produkt in Form von Kristallen aus einer Lösung zurückgewonnen werden soll. Ein besonders bevorzugtes Gebiet ist die Rückgewinnung von NaCl in Verbindung mit einer Rauchgasreinigung, bei der Chlorwasserstoff in einer wäßrigen Lösung absorbiert wird und nach der Behandlung mit einem Salz auf Natriumbasis, z.B. Natriumhydroxid, Natriumbicarbonat und Natriumcarbonat, welches eine den pH-Wert erhöhende Wirkung aufweist, als gelöstes NaCl zusammen mit einer Anzahl von Verunreinigungen vorliegt. Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf diese spezifische und besonders bevorzugte Anwendung beschrieben, obwohl die Erfindung nicht auf dieses Gebiet beschränkt ist, sondem alle Anwendungen betrifft, bei denen Kristalle aus einer Lösung zurückgewonnen werden.
- Da die Anforderungen im Hinblick auf Umweltschutzmaßnahmen immer strenger werden, ist es erwünscht, daß die Rauchgasreinigung in einem im wesentlichen geschlossenen System durchgeführt wird, d.h., es sollte kein verunreinigtes Abwasser ausgetragen werden. Ein Schritt bei der Bereitstellung eines solchen geschlossenen Systems besteht darin, bei der Naßabscheidung von Chlorwasserstoff aus Rauchgasen den Chlorwasserstoff als verdünnte Lösung abzuscheiden, welche nach der Behandlung mit einem Salz auf Natriumbasis, zusätzlich zu NaCl, mehrere unterschiedliche Verunreinigungen enthält. Durch Eindampfen und Kristallisieren wird das in der Lösung enthaltene NaCl in einer möglichst reinen Form zurückgewonnen. Das verdampfte Wasser wird kondensiert und zurückgeführt.
- Das Eindampfen und Kristallisieren der Lösung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Eine häufige Methode ist das sogenannte Einstufenverdampfen, d.h., das Eindampfen und Kristallisieren werden in einem einzigen Eindampfer durchgeführt. Diese Methode erfordert jedoch einen erheblichen Dampfverbrauch und führt zu einer geringeren Reinheit des Salzes. Die geringere Reinheit des Salzes hängt u.a. von der hohen Konzentration von Calciumverunreinigungen in der eintretenden Flüssigkeit und dem unzureichenden Vermögen der Methode zur Trennung von NaCl und Verunreinigungen ab.
- Eine Methode zur Verringerung des Dampfverbrauchs besteht darin, das Eindampfen in mehreren Schritten durchzuführen, wobei ein Eindampfer für jeden Teilschritt bei der Herstellung des Salzes verwendet wird. Eine Ausführung des Standes der Technik umfaßt eine Anlage mit vier Eindampfern, wobei eine Vorverdampfung in einem ersten Eindampfer, die Kristallisierung eines Produktsalzes oder Salzes zur Umkristallisierung in einem zweiten Eindampfer und die Kristallisierung von verunreinigtem Salz in einem dritten Eindampfer durchgeführt wird. Das abschließende Konzentrieren des Abfalls wird in einem vierten Eindampfer ohne Salzrückgewinnung durchgeführt. Wenn eine Umkristallisierung des Produktsalzes erforderlich ist, wird die Anlage mit einem weiteren Eindampfer ausgerüstet.
- US-A-4160812 offenbart einen mehrstufigen Eindampfkristallisationsapparat.
- Um Probleme mit Überzugsschichten beim Naßabscheiden von Chlorwasserstoff aus Rauchgasen zu vermeiden, ist die Konzentration der gelösten Substanzen in der Absorptionslösung nach der Behandlung mit einem Salz auf Natriumbasis niedrig, d.h. sie besteht aus einer verdünnten NaCl-Lösung. Dies bedeutet, daß eine große Menge Wasser durch Vorverdampfung abdestilliert werden muß, bevor die Kristallisation von NaCl beginnt. Wenn das Wasser in der Lösung abdestilliert wird, nimmt jedoch nicht nur die NaCl-Konzentration zu, sondern auch die Konzentration der Verunreinigungen, was bedeutet, daß das kristallisierte Salz relativ verunreinigt ist. Deshalb ist in vielen Fällen ein Umkristallisierungsschritt erforderlich, um eine höhere Reinheit des Produktsalzes zu erhalten. Das Salz, welches umkristallisiert werden soll, wird gewöhnlich in Kondensat gelöst und einem zusätzlichen Eindampfer zugeführt, was zusätzliche Kosten für die Bereitstellung von Dampf in der Anlage nach sich zieht.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhalten eines Salzes mit sehr hoher Reinheit bei geringem Dampfverbrauch ohne das Erfordemis eines gesonderten Umkristallisierungsschrittes bereitzustellen.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Eindampfen in einer Anlage mit mindestens zwei Stufen durchgeführt wird, wobei das Salz, welches in der jeweiligen Stufe mit Ausnahme der ersten Stufe kristallisiert wird, zu einer im wesentlichen gesättigten Lösung, d.h., einer Lösung mit einem Sättigungsgrad von 20-100 %, vorzugsweise 80-100 %, insbesondere 98 %, wieder aufgelöst wird und anschließend als Lösung zum Eindampfen der vorangehenden Stufe in der Anlage zugeführt wird. Infolgedessen tritt eine aufeinanderfolgende Umkristallisierung in mehreren Stufen ein. Das Endproduktsalz wird aus dem ersten Eindampfer der Anlage entnommen, in dem die niedrigste Konzentration von Verunreinigungen angetroffen wird, wenn das Salz kristallisiert wird.
- Gemäß der Erfindung wird somit ein Verfahren zum Rückgewinnen von Kristallen aus einer Lösung durch Eindampfen mit Kristallisation in einer Eindampfanlage mit mindestens zwei Stufen bereitgestellt, wobei das kristallisierte Salz in jeder Eindampfstufe (n) von der Mutterlauge abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierte Salz in jeder Stufe mit Ausnahme der ersten Stufe in der in die Anlage eintretenden Lösung oder Wasser zu einer Lösung mit einem Sättigungsgrad von 20-100 % gelöst wird, worauf diese in die vorangehende Eindampfstufe (n-1) geleitet wird, daß das kristallisierte Salz in der ersten Eindampfstufe der Anlage als Endprodukt ausgetragen wird und daß alle Mutterlaugen in jeder Eindampfstufe (n) von dem kristallisierten Salz abgetrennt werden und, in allen Stufen mit Ausnahme der letzten Stufe, zu einer Eindampfstufe (≥n+1) überführt werden, welche bezogen auf den Flüssigkeitsstrom, stromabwärts in der Anlage angeordnet ist.
- Gemäß der Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Rückgewinnen von Kristallen aus einer Lösung durch Eindampfen mit Kristallisation in einer Eindampfanlage bereitgestellt, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Eindampfer mit einem Einlaß und einem Auslaß für ein Heizmedium und einem Einlaß für die einzudampfende Lösung und einem Auslaß für die eingedampfte Lösung umfaßt, wobei der Auslaß von jedem Eindampfer mit Trennmitteln zum Abtrennen von Kristallen von der Mutterlauge versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß eines Eindampfers (n-1) mit dem Trennmittel des nachfolgenden Eindampfers (n) zum Empfangen von Kristallen von dem Trennmittel und mit einem Zufuhrmittel für eine Flüssigkeit verbunden ist, welche mit den Kristallen eine Lösung bildet, die einen Sättigungsgrad von 20-100 % aufweist, welche eingedampft werden soll, wobei das Zufuhrmittel mit einem Speicher verbunden ist, welcher die einzudampfende Lösung enthält, daß der Auslaß für Kristalle von dem Trennmittel des ersten Eindampfers der Vorrichtung der Produktauslaß ist, und daß ein Auslaß für Mutterlauge von dem Trennmittel mit einem nachfolgenden Eindampfer verbunden ist.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen definiert.
- Die Erfindung wird nun ausführlich beschrieben mit Bezug auf die beigefügte Abbildung, welche eine bevorzugte Eindampfanlage gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht. In der nachstehenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "vorangehender Eindampfer" auf den Eindampfer, welcher, bezogen auf den Flüssigkeitsstrom in der Anlage, unmittelbar stromaufwärts von einem weiteren Eindampfer angeordnet ist. Der Ausdruck "nachfolgender Eindampfer" bezieht sich auf den Eindampfer, welcher, bezogen auf den Flüssigkeitsstrom in der Anlage, unmittelbar stromabwärts von einem weiteren Eindampfer angeordnet ist. Der Ausdruck "erster Eindampfer" bezieht sich auf den Eindampfer, welcher, bezogen auf den Flüssigkeitsstrom in der Anlage, der erste in der Anlage ist. Diesem Eindampfer wird keine abgetrennte Mutterlauge zugeführt. Außerdem bezieht sich der Ausdruck "Mutterlauge" auf die Flüssigkeit, welche von den bei dem Eindampfen gebildeten Kristallen abgetrennt wird, und schließlich bezieht sich der Ausdruck "Sättigungsgrad" auf das Verhältnis der Konzentration der Lösung zu der Konzentration der gesättigten Lösung.
- Die Anlage in der Figur umfaßt drei Eindampfer I1, I2 und I3, drei Trennmittel C1, C2 und C3, zwei Behälter T1 und T2 und einen Kondensator K1.
- Die drei Eindampfer I1, I2 und I3 sind mit den Rohrleitungen 1, 2 und 3 zum Bereitstellen des Heizmediums, bei dem es sich vorzugsweise um Dampf handelt, verbunden, und der Eindampfer I3 ist mit dem Kondensator K1 über die Rohrleitung 4 verbunden.
- Die Rohrleitung 5, welche aus einem Speicher (nicht gezeigt) eine eintretende NaCl- haltige Lösung der Anlage zuführt, ist mit den Behältern T1 und T2 verbunden. Der Behälter T1 ist darüber hinaus mit dem Eindampfer I1 über die Rohrleitung 6 zum Befördern der Lösung zum Eindampfen verbunden, und der Eindampfer I1 hat einen Auslaß 7 für die eingedampfte Lösung, welche über die Rohrleitung 8 mit dem Trennmittel C1 verbunden ist.
- Das Trennmittel C1 umfaßt einen Auslaß 9 für Mutterlauge, welcher mit dem Eindampfer I2 verbunden ist, und einen Auslaß 10 für abgetrennte Produktkristalle.
- Der Behälter T2 ist mit dem Eindampfer I2 über die Rohrleitung 11 zum Befördern der einzudampfenden Lösung verbunden.
- Der Eindampfer I2 hat einen Auslaß 12, welcher über die Rohrleitung 13 mit dem Trennmittel C2 verbunden ist. Das Trennmittel C2 hat einen Auslaß 14 für Mutterlauge, welcher mit dem Eindampfer I3 verbunden ist, und einen Auslaß 15, welcher mit dem Behälter T1 zum Befördern von abgetrennten Kristallen verbunden ist.
- Der Eindampfer I3 umfaßt einen Auslaß 16, der mit dem Trennmittel C3 über die Rohrleitung 17 verbunden ist. Das Trennmittel C3 hat einen Auslaß 18 für Mutterlauge, welche als Abfall ausgetragen wird. Außerdem umfaßt das Trennmittel C3 einen Auslaß 19, welcher mit dem Behälter T2 zum Befördern von abgetrennten Kristallen verbunden ist.
- Die vorstehend beschriebene Anlage funktioniert wie folgt.
- Von der in die Anlage eintretenden Lösung L1 wird eine Teilmenge L1a verwendet, um zu einer im wesentlichen gesättigten Lösung des kristallisierten Salzes S2 aus dem Eindampfer I2 gelöst zu werden. Die im wesentlichen gesättigte Lösung wird in den ersten Eindampfer I1 der Anlage geleitet, in dem ein Produktsalz S1 kristallisiert wird. Dieses Produktsalz S1 wird von der Mutterlauge L2 in dem Trennmittel C1 abgetrennt, worauf die Mutterlauge L2 dem Eindampfer I2 zugeführt wird.
- Dem Eindampfer I2 wird eine im wesentlichen gesättigte Lösung zugeführt, welche aus kristallisiertem Salz S3 aus dem Eindampfer I3 und einer Teilmenge L1b der in die Anlage eintretenden Lösung L1 gebildet ist. Das in dem Eindampfer I2 kristallisierte Salz S2 wird von der Mutterlauge L3 in dem Trennmittel C2 abgetrennt, worauf das Salz S2 zum Auflösen in den Behälter T1 geleitet wird, und die Mutterlauge L3 zu dem Eindampfer I3 geleitet wird.
- Das in dem Eindampfer I3 kristallisierte Salz S3 wird von der Mutterlauge L4 in dem Trennmittel C3 abgetrennt, worauf das Salz S3 zum Auflösen in den Behälter T2 geleitet wird und die Mutterlauge L4 als Abfall ausgetragen wird.
- Um die Abfallmenge zu verringern, kann die Mutterlauge L4 z.B. sprühgetrocknet werden, bevor sie gelagert wird.
- Um das Eindampfen in der Anlage durchzuführen, wird ein Heizmedium H1 (Dampf) dem Eindampfer I1 über die Rohrleitung 1 zugeführt. Das Heizmedium, welches in dem Eindampfer I1 erzeugt wird, wird in der Rohrleitung 2 zu dem Eindampfer I2 überführt, und das in dem Eindampfer I2 erzeugte Heizmedium wird in der Rohrleitung 3 dem Eindampfer I3 zugeführt. Schließlich wird das Heizmedium, welches in dem Eindampfer I3 erzeugt wird, zu dem Kondensator K1 überführt, um kondensiert zu werden. Das gebildete Kondensat kann zu einem Dampferzeuger zum Erzeugen von frischem Heizmedium in Form von Dampf und/oder zu einem vorangehenden Naßabscheider überführt werden.
- Das vorstehend beschriebene und in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Verfahren kann auf verschiedene Weise innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden. So kann anstelle der der Anlage zugeführten Lösung L1 reines Wasser aus einem Speicher (nicht gezeigt) zugegeben werden, wenn das Salz S2, das von dem Eindampfer I2 erhalten wird, aufgelöst wird. Dies macht man, wenn ein besonders reines Produktsalz S1 erwünscht ist.
- Um Verunreinigungen von der dem Eindampfer I1 zugeführten Lösung abzutrennen, kann ein Ionenaustauscher oder ein Mittel zur chemischen Fällung unmittelbar vor der Zufuhr der Lösung zu dem Eindampfer I1 angeordnet werden.
- Außerdem können zwei Eindampfer für das Heizmedium (Dampf) parallel angeschlossen werden, wogegen die Beförderung der Mutterlauge und des Salzes wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird.
- Darüber hinaus kann die Anlage eine gleichgerichtete Zufuhr oder gegenläufige Zufuhr aufweisen, wobei eine gleichgerichtete Zufuhr bedeutet, daß die Lösung und das Heizmedium einander von Eindampfer zu Eindampfer begleiten, wie in Fig. 1 veranschaulicht ist. Eine gegenläufige Zufuhr bedeutet, daß die Lösung z.B. in Fig. 1 von links nach rechts fließt, wogegen das Heizmedium von rechts nach links fließt. Dies bedeutet, daß das in die Anlage eintretende Heizmedium in den Eindampfer I3 eingeführt wird, und daß das Heizmedium, das in dem Eindampfer I3 erzeugt wird, in den Eindampfer I2 überführt wird usw.. Das in dem Eindampfer I1 erzeugte Heizmedium wird zu einem Kondensator überführt.
- Die in dem Trennmittel C1 und C2 abgetrennte Mutterlauge kann nicht nur zu dem direkt nachfolgenden Eindampfer I2 bzw. I3 geleitet werden, sondern auch z.B. von C1 zu I3 (in der Zeichnung nicht gezeigt). Die abgetrennte Mutterlauge sollte jedoch nicht stromaufwärts, bezogen auf den Flüssigkeitsstrom in der Anlage, geleitet werden, d.h. die z.B. im Trennmittel C2 abgetrennte Mutterlauge sollte nicht in den Eindampfer I2 oder I1 zurückgeführt werden, da dies auf unerwünschte Weise den Gehalt an Verunreinigungen der diesen Eindampfern zugeführten Flüssigkeit erhöhen würde.
- Die Anzahl der Eindampfer, welche die erfinderische Vorrichtung aufweisen kann, wird durch die Dampfwerte des Heizmediums, welches dem ersten Eindampfer zugeführt wird, sowie durch die Bedingungen (Temperatur, Druck), unter denen der Kondensator am Ende der Vorrichtung betrieben wird, bestimmt. Bei Anwendung der vorhandenen Methode ist es unter ökonomischen Gesichtspunkten möglich maximal 6 Eindampfer einzusetzen, aber vorzugsweise werden 3-4 Eindampfer verwendet.
- Das Trennmittel in der Vorrichtung kann z.B. aus Zentrifugen, Filtergeweben oder Sieben bestehen. Gegenwärtig sind Zentrifugen bevorzugt.
- Um die vorliegende Erfindung an einem Beispiel darzustellen, wurde ein Test in einer der Figur entsprechenden Anlage durchgeführt. Das in der Anlage verwendete eintretende Heizmedium war gesättigter Dampf mit einem Druck von 2 Bar, und die in die Anlage eintretende Lösung war wie in Tabelle 1 angegeben zusammengesetzt.
- Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Um diese Ergebnisse mit den Ergebnissen zu vergleichen, die in einer der Methode des Standes der Technik entsprechenden Anlage erhalten wurden, wurde ein Test durchgeführt, bei dem die in die Anlage eintretende Lösung die gleiche wie in dem vorstehenden Test war. Auch war in diesem Fall das eintretende Heizmedium gesättigter Dampf mit einem Druck von 2 Bar.
- Die Anlage des Standes der Technik umfaßt drei Eindampfer der gleichen Art wie in der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anlage, wobei eine Vorkonzentrierung in dem ersten Eindampfer durchgeführt wurde. Ein Teilstrom der eingedampften Lösung aus dem dritten Eindampfer wurde mit der vorkonzentrierten Lösung aus dem ersten Eindampfer vermischt und in den zweiten Eindampfer geleitet, aus dem das Produktsalz entnommen wurde.
- In dem der Methode des Standes der Technik entsprechenden Test wurden die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten. TABELLE 1
- Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wird in der erfindungsgemäßen Anlage im Vergleich zu der Anlage des Standes der Technik ein viel reineres Salz erhalten.
- Somit stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rückgewinnen von Kristallen aus einer Lösung durch Eindampfen bereit, wobei ein reineres Produktsalz mit niedrigeren Kosten erhalten wird, da ein gesonderter Umkristallisierungsschritt nicht nötig ist.
Claims (9)
1. Verfahren zum Rückgewinnen von Kristallen aus einer Lösung durch Eindampfen
mit Kristallisation in einer Eindampfanlage mit mindestens zwei Stufen, wobei das
kristallisierte Salz in jeder Eindampfstufe (n) von der Mutterlauge abgetrennt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierte Salz in allen Stufen mit
Ausnahme der ersten Stufe in der in die Anlage eintretenden Lösung oder Wasser zu
einer Lösung mit einem Sättigungsgrad von 20-100 % gelöst wird, worauf diese der
vorangehenden Eindampfstufe (n-1) zugeführt wird, daß das kristallisierte Salz in
der ersten Eindampfstufe der Anlage als Endprodukt entnommen wird und daß
alle Mutterlaugen in jeder Eindampfstufe (n) von dem kristallisierten Salz
abgetrennt und in allen Stufen mit Ausnahme der letzten Stufe zu einer Eindampfstufe
(≥n+1) überführt werden, welche, bezogen auf den Flüssigkeitsstrom,
stromabwärts in der Anlage angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierte Salz
in der in die Anlage eintretenden Lösung zu einer Lösung mit einem
Sättigungsgrad von 80-100 %, vorzugsweise 98 % gelöst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
kristallisierte Salz in der zweiten Eindampfstufe der Anlage in reinem Wasser zu einer
Lösung mit einem Sättigungsgrad von 80-100 %, vorzugsweise 98 % gelöst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzlösung, bevor
sie der ersten Eindampfstufe zugeführt wird, durch einen Ionenaustauscher
geleitet und/oder einer chemischen Fällung unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Eindampfanlage Dampf gegenläufig oder gleichgerichtet zu der Flüssigkeit
zugeführt wird.
6. Vorrichtung zum Rückgewinnen von Kristallen aus einer Lösung durch
Eindampfen mit Kristallisation in einer Eindampfanlage, wobei die Vorrichtung mindestens
zwei Eindampfer (I1,I2,I3) mit einem Einlaß (1,2,3) für ein Heizmedium und einem
Einlaß (6,11,14) für eine einzudampfende Lösung und einem Auslaß (7,12,16) für
die eingedampfte Lösung umfaßt, wobei der Auslaß (7,12,16) von jedem
Eindampfer (I1,I2,I3) mit Trennmitteln (C1,C2,C3) zum Abtrennen von Kristallen von der
Mutterlauge versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß eines
Eindampfers (I1,I2...In-1) mit dem Trennmittel (C2,C3...Cn) des nachfolgenden
Eindampfers (I2,I3...In) zum Empfangen von Kristallen von dem Trennmittel und mit
einem Zufuhrmittel (5) für eine Flüssigkeit verbunden ist, welche mit den Kristallen
eine Lösung bildet, die einen Sättigungsgrad von 20-100 % aufweist und
eingedampft werden soll, wobei das Zufuhrmittel mit einem Speicher verbunden ist,
welcher die einzudampfende Lösung (L1) enthält, daß der Auslaß (10) für Kristalle
von dem Trennmittel (C1) des ersten Eindampfers (I1) der Vorrichtung der
Produktauslaß ist, und daß ein Auslaß (9,14,18) für Mutterlauge von dem
Trennmittel (C1,C2,C3) mit einem nachfolgenden Eindampfer verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrmittel für
die Flüssigkeit, welches dem Einlaß des ersten Eindampfers der Vorrichtung
benachbart ist, mit einem Wasserspeicher verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (6) des
ersten Eindampfers (I1) der Vorrichtung mit einem Ionenaustauscher und/oder
Mittel zur chemischen Fällung ausgerüstet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Heizmediumeinlaß eines Eindampfers (In) mit dem Heizmediumauslaß
oder -einlaß des vorangehenden Eindampfers (In-1) verbunden ist.
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