(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
還流される上側吸収区域および下側ストリッピング区域を有する単一塔ハウジングと、
前記ストリッピング区域を、前記吸収区域の下側端部と個別に流体連通する上側端部をそれぞれ有する第１および第２部分に仕切っているほぼ垂直な壁と、
前記ストリッピング区域の前記第１部分の上側端部に連通する送給ゾーンであって、主に液体の送給流を受容しかつ該送給ゾーンから液体流を該第１部分へと流し、蒸気を前記吸収区域の下側端部へと通過させるための送給ゾーンと、
前記ストリッピング区域の前記第１および第２部分をそれぞれ加熱するための第１および第２リボイラと、
前記ストリッピング区域の前記第１および第２部分からボトム生成物をそれぞれ回収するための第１および第２ボトム流にして、該第１ボトム流は該第２ボトム流よりも相対的により低揮発性である第１および第２ボトム流と、
前記吸収区域から留出生成物を回収するための塔頂流とを有する蒸留塔。
【請求項２】
請求項１に記載の塔において、前記垂直壁は熱的に絶縁されていることを特徴とする蒸留塔。
【請求項３】
請求項１に記載の塔において、前記ストリッピング区域の前記第１部分には分配皿が含まれており、該分配皿は蒸気が前記送給ゾーンから前記吸収区域へと通過するのを可能にすると共に前記吸収区域から下降してくる液体を前記ストリッピング区域の前記第２部分へと分散させることを特徴とする蒸留塔。
【請求項４】
請求項１に記載の塔において、前記吸収およびストリッピング区域は同一直径を有していることを特徴とする蒸留塔。
【請求項５】
請求項１に記載の塔において、前記第１および第２部分はパッキング材によって充填されていることを特徴とする蒸留塔。
【請求項６】
上側吸収区域およびリボイルされる下側ストリッピング区域を有する単一塔ハウジングと、
前記吸収区域を、前記ストリッピング区域の上側端部と流体連通する下側端部をそれぞれ有する第１および第２部分に仕切っているほぼ垂直な壁と、
前記吸収区域の前記第１部分の下側端部近傍の送給ゾーンにして、主に蒸気の送給流を受容しかつ液体を前記ストリッピング区域へと通過させるための送給ゾーンと、
前記吸収区域の前記第１および第２部分をそれぞれ冷却するための第１および第２環流コンデンサと、
前記吸収区域の前記第１および第２部分から留出生成物をそれぞれ回収するための第１および第２塔頂生成物流にして、該第１塔頂生成物流内の留出生成物は該第２塔頂生成物流内の留出生成物よりも相対的により高揮発性である第１および第２塔頂生成物流と、  前記ストリッピング区域からボトム生成物を回収するためのボトム流とを有する蒸留塔。
【請求項７】
請求項６に記載の塔において、前記垂直壁は熱的に絶縁されていることを特徴とする蒸留塔。
【請求項８】
請求項６に記載の塔において、前記吸収区域の前記第１部分には分配皿が含まれており、該分配皿は液体が前記送給ゾーンから前記ストリッピング区域へと流下するのを可能にすると共に前記ストリッピング区域から上昇してくる蒸気を前記吸収区域の前記第２部分へと分散させることを特徴とする蒸留塔。
【請求項９】
請求項６に記載の塔において、前記吸収およびストリッピング区域は同一直径を有していることを特徴とする蒸留塔。
【請求項１０】
請求項６に記載の塔において、前記第１および第２部分はパッキング材によって充填されていることを特徴とする蒸留塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸留塔（distillation column)に関するものであり、より詳しくは上流ストリッパまたはアブソーバを主蒸留塔と組み合わせるために、仕切られたストリッピングまたは吸収区域を有する蒸留塔に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素を蒸留する技術においては、脱プロパン器、脱エタン器、脱メタン器、などのような一次蒸留塔は関連するプロセス並びに流れの組成および状態に応じて、送給物プレストリッパまたはプレアブソーバとして通常知られている二次分留塔としばしば接続されている。例えばエチレンプラントにおいては、エネルギ集中的な脱メタン器塔への送給物内のより重い成分の濃度を下げて該塔の冷却要件を低減するためにプレストリッピング塔がよく用いられる。各分留段階のために個別の塔を用いることはスペース並びに所要機器類の観点から比較的高価である。
【０００３】
米国特許第４，２３０，５３３号（Ｇｉｒｏｕｘ氏）は垂直仕切りを備えた分留塔を開示しており、該仕切りは上側および下側蒸気−液体接触皿間の中央領域において塔内に配置されて前記中央領域を上側および下側皿、塔シエルおよび仕切りによって画成される第１および第２チャンバに分割している。
【０００４】
米国特許第１，９１５，６８１号（Ｌｕｓｔｅｒ氏）はシエルを有する気泡タワー（分留塔）を開示しており、該シエルは分解生成物を分留するための幾つかの隔室にしてそれからの重い残留生成物の引出しを可能にしかつその中へ新鮮な気体オイルまたは他の装入原料が、該装入原料の引出しおよびそれによる分解作業中における変換の一部の損失なしに送給される幾つかの隔室を有している。前記タワーには幾つかの隔室を貫通して延びると共にこれら隔室を複数の通路に分ける仕切り壁が中央区域内に設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は一次蒸留塔と二次送給物プレストリッパまたはプレアブソーバとを、諸分留段階が同一の全体的圧力において行なわれる単一コラムへと一体化して、分留プロセスにおけるスペースおよび機器類の節約を実施することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の新規な、一体化された蒸留塔は仕切られたストリッピングまたは吸収区域を有しており、該区域は主蒸留塔と送給物プレストリッパまたはプレアブソーバとの機能を兼ね備えている。塔の仕切られた区域は塔の全長にわたってシーリング的に延びている垂直壁によって形成されている。仕切られた区域の各部分は仕切られたストリッピング区域の場合には個別のリボイラを有し、仕切られた吸収区域の場合には個別のコンデンサを有している。
【０００７】
一実施例において、本発明は一体化されたストリッパ／蒸留塔を提供する。単一塔ハウジングには環流される上側吸収区域と、下側ストリッピング区域とが設けられている。ストリッピング区域を、前記吸収区域の下側端部と流体連通する上側端部を備えた個別の第１および第２部分に仕切るために全体的に垂直な壁が設けられている。ストリッピング区域の第１部分の上側端部近傍には主に液体の送給流を受容しかつ蒸気を吸収区域の下側端部へと通過させるための備えがされている。ストリッピング区域の第１および第２部分をそれぞれ加熱するために第１および第２リボイラが設けられている。第１および第２ボトム流はストリッピング区域からのボトム生成物の回収をそれぞれ可能にしている。第１ボトム流は第２ボトム流よりも相対的により低揮発性である。吸収区域から留出生成物を回収するために塔頂流が設けられている。
【０００８】
一体化されたストリッパ／蒸留塔の好ましい実施例においては、前記垂直壁は熱的に絶縁されている。ストリッピング区域の前記第１部分内には分配皿が設けられていて、蒸気が送給ゾーンから吸収区域へと上昇通過することおよび吸収区域から下降してくる液体をストリッピング区域の第２部分へと分散させることを可能にしている。前記吸収およびストリッピング区域は選択的にかつ好ましくは同一直径を有している。該ストリッピング区域は選択的にかつ好ましくは蒸気−液体接触を行なうためにパッキングを使用し、該吸収区域はパッキングまたはトレイを使用する。
【０００９】
別の実施例において、本発明は一体化されたアブソーバ／蒸留塔を提供する。単一塔ハウジングには上側吸収区域と、リボイルされる下側ストリッピング区域とが設けられている。全体的に垂直な壁が吸収区域を、ストリッピング区域の上側端部と流体連通する下側端部を備えた個別の第１および第２部分に仕切っている。吸収区域の第１部分の下側端部近傍には主に蒸気の送給流を受容しかつ液体をストリッピング区域へと通過させるための備えがされている。吸収区域の第１および第２部分をそれぞれ冷却するために第１および第２還流コンデンサが設けられている。第１および第２塔頂生成物流は吸収区域の第１および第２部分からの留出生成物の回収をそれぞれ可能にしている。第１塔頂生成物流内の留出生成物は第２塔頂生成物流内の留出生成物よりも相対的により高揮発性である。ストリッピング区域からボトム生成物を回収するためにボトム流が設けられている。
【００１０】
一体化されたアブソーバ／蒸留塔の好ましい実施例においては、前記垂直壁は熱的に絶縁されている。吸収区域の前記第１部分内には分配皿が設けられていて、液体が送給ゾーンからストリッピング区域へと下降することおよびストリッピング区域から上昇してくる蒸気を吸収区域の第２部分へと分散させることを可能にしている。前記吸収およびストリッピング区域は選択的にかつ好ましくは同一直径を有している。前記第１および第２部分は選択的にかつ好ましくは蒸気−液体接触を行なうためにパッキングを使用し、前記ストリッピング区域はパッキングまたはトレイを使用する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上流ストリッパまたはアブソーバを備えている主蒸留塔によって例示される直列分留塔は熱的に絶縁された壁によって機械的に仕切られたストリッピングまたは吸収区域を有する本発明の単一塔へと一体化することが出来る。仕切られた区域の各部分は仕切られたストリッピング区域の場合には個別のリボイラを有し、仕切られた吸収区域の場合には個別のコンデンサを有している。本発明の一体化された塔は利用出来るスペースが狭い場合に特に有用であり、機器類の節約を実現することが出来る。
【００１２】
図１および第２を参照すると、主塔と一体化された送給物プレストリッパ塔を有する本発明の蒸留塔１０が示されている。蒸留塔１０は上側吸収区域１４および下側ストリッピング区域１６を備えた垂直方向に配向したシエル１２を有している。本発明によれば、ストリッピング区域１６は壁１８によって仕切られている。壁１８は吸収区域１４の下側端部近傍における塔送給ゾーン１３からシエル１２中を垂直方向に底部ヘッド１７へと延びて、一方において補助ストリッピング部分２２を、他方において主ストリッピング部分２４を画成している。仕切り壁１８は好ましくはシエル１２の内側壁とシール的に係合することによりストリッピング部分２２，２４を互いに実質上流体遮断状態に維持している。ストリッピング部分２２，２４は吸収区域１４と流体連通する上側端部２６ａ，２６ｂと、互いに流体遮断状態にある個別のリボイルゾーン２８ａ，２８ｂとを有している。
【００１３】
本発明を実施する際には、蒸留されるべき多成分液体送給流が最初に補助ストリッピング部分２２へと導入され、最も軽い成分が更なる分留に先立って予備物質として取り除かれる。典型的には、殆んど液体の送給流が導管３０を経て補助ストリッピング部分２２の上側端部２６ａへと導入される。
【００１４】
ストリッピング部分２２においては、下向きに通過する送給液体内のより軽くてより高揮発性の成分は上向きに流れる蒸気と密に接触することにより取り除かれる。リボイルゾーン２８ａにおいては、より軽くてより高揮発性の成分が実質的に無いボトム液体流が導管３２を経てリボイラ部分３４へと通過する。ボトム液体の一部分は気化され、導管３６を経て部分２２へと戻るストリッピング蒸気を提供する。ボトム液体の他の部分は導管３８を経て第１の重いボトム生成物流として引き出される。
【００１５】
ストリッピング部分２２内の送給液体から取り除かれたより高揮発性の蒸気はストリッピング部分２２を吸収区域１４の下側端部から分離している分配皿４０を経て上向きに吸収区域１４へと送給される。分配皿４０は補助ストリッピング部分２２からの蒸気が該皿を通過するのを容易ならしめ、かつ液体を吸収区域１４から主ストリッピング部分２４へと向かわせるように設計されている。分配皿４０に対する幾つかの設計が知られているが、典型的には煙突４２が設けられており、これにより蒸気が上向きに通過するのを可能にすると共に主ストリッピング部分２４への下向き液体流を制限する。
【００１６】
吸収区域１４においては、上向きに流れる蒸気送給物内の１つまたはそれより多い、より重くてより低揮発性の成分が下向きに流れてくる液体と密に接触することにより前記蒸気送給物から吸収される。かくして、導管４４を経て吸収区域１４から塔頂方向へと除去される蒸気流はより重い成分に乏しい。最軽量で最揮発性の成分を含んでいる塔頂蒸気流４４は還流コンデンサ４６によって少なくとも部分的に凝縮され、吸収区域１４へと還流すべく、より重い成分に乏しい液体を生成する。この液体は容器４８内に集積され、そこから一部分は導管５０を経て吸収区域１４へと戻され、他の部分は液体留出生成物として導管５２を経て引き出される。コンデンサ４６内で部分的凝縮が行なわれる場合には、気体留出生成物が導管５４を経て集積容器４８から引き出され得る。
【００１７】
より重い成分が比較的高濃度で含まれている液体は吸収区域１４を経て主ストリッピング部分２４へと送給されるべく下向きに通過する。ストリッピング部分２４においては、ストリッピング部分２２と同様に、下向きに流れる液体のより軽くてより高揮発性の成分が上向きに流れてくる蒸気と密に接触することにより取り除かれる。リボイルゾーン２８ｂにおいては、より軽くてより高揮発性の成分を実質的に含んでいないボトム液が導管５６を経て主リボイラ５８へと通過する。ボトム流の一部分は気化され、導管６０を経て部分２４へと戻るストリッピング蒸気を提供する。ボトム液の他の部分は最初のボトム生成物流３８よりも相対的により軽いかまたはより高揮発性の第２ボトム生成物流として導管６２を経て引き出される。
【００１８】
任意の慣用の蒸気−液体接触装置を用いることが可能であるが、吸収区域１４およびストリッピング部分２２，２４は好ましくは図１および図２において最も良く示されているように、適当数の蒸気−液体接触トレイ６３を含んでいる。このトレイの構造は典型的には蒸気−液体接触を促進する能動的蒸気分散ゾーン６４と、周縁シールゾーン６６と、シールゾーン６６と反対側の周縁下降管ゾーン６８とを含んでいる。シールゾーン６６は液体が能動的ゾーン６４から下降管ゾーン６８を経て下側の引続くトレイへと流れるのを可能にしている。例えば穴、弁、気泡キャップ、などのような複数の装置（図示せず）が従来通り設けられており、蒸気が下側の後続トレイから上向きに流れるのを可能にしている。トレイは、当該技術において周知のように、下降管ゾーン６８が近接する下側または上側トレイのシールゾーン６６の下方または上方に配置されるように交互に積重ねられている。仕切られたストリッピング区域１６においては、図１および図２に示される如くトレイはトレイ６３のシールゾーン６６が仕切り壁１８とシエル壁とに交互に平行な態様で当接するように積重ねられ得る。図３において、トレイは能動的トレイゾーン６４′、シールゾーン６６′および下降管ゾーン６８′が仕切り壁１８から横に延びるように積重ねられる。図４においては、ストリッピング部分２２，２４を充填するのにトレイの代りにパッキング材７０が使用されている。
【００１９】
図５を参照すると、本発明の蒸留塔１００は一体化されたストリッパ／蒸留塔１０と類似の態様で主蒸留塔と一体化された送給物プレアブソーバ塔を有している。塔１００は上側吸収区域１０４および下側ストリッピング区域１０６を備えている垂直方向に配向したシエル１０２を有する。吸収区域１０４は壁１０８によって仕切られている。壁１０８は頂部ヘッド１１０からストリッピング区域１０６の上側端部付近における塔送給ゾーン１１１へとシエル１０２中を垂直方向に延びて、一方の側において補助吸収部分１１２を、他方の側において主吸収部分１１４を画成している。仕切り壁１０８は好ましくはシエル１０２の内側壁とシール係合して、吸収部分１１２，１１４を互いに実質的に流体遮断状態に保持している。吸収部分１１２，１１４はストリッピング区域１０６と流体連通する下側端部１１６ａ，１１６ｂと、互いに流体遮断状態になっている個別の還流ゾーン１１８ａ，１１８ｂとを有している。
【００２０】
蒸留されるべき多成分の蒸気送給流は最初に補助吸収部分１０２へと導入され、最も重い成分が更なる蒸留に先立って予備物質として吸収される。典型的には、殆んど蒸気の送給流が補助吸収部分１１２の下側端部１１６ａへと導管１２０を経て導入される。
【００２１】
吸収部分１１２においては、上向きに通過する送給蒸気内のより重くてより低揮発性の成分が下向きに流れる液体と密に接触することにより吸収される。還流ゾーン１１８ａにおいては、より重くてより低揮発性の成分が実質的にない塔頂蒸気流は導管１２２を経て補助還流コンデンサ１２４へと通過する。塔頂流の一部分は凝縮されて、より重い成分に乏しい液体が生成され、補助部分１１２へと還流される。この液体は容器１２６内に集積されることが可能であり、該容器から一部分が導管１２８を経て補助部分１１２へと還流され、他の部分が第１の軽量留出液体生成物として導管１３０を経て引き出される。コンデンサ１２４内で部分的凝縮が行なわれる場合には、第１の軽量留出蒸気生成物が導管１３２を経て集積容器１２６から引き出され得る。より重い成分が比較的高濃度で含まれている液体は補助部分１１２を経て下向きに流れ、ストリッピング区域１０６へと送給される。
【００２２】
ストリッピング区域１０６においては、下向きに流れる送給液体内のより軽くてより高揮発性の成分が上向きに流れる蒸気と密に接触することにより取り除かれる。より軽くてより高揮発性の成分に乏しい液体流は導管１３４を経てリボイラ１３６へと送給されるべく引き出される。ボトム流１３４の一部分はリボイラ１３６内で気化され、導管１３８を経てストリッピング区域１０６へと戻るストリッピング蒸気を提供する。ボトム流の他の部分はボトム生成物として導管１４０を経て引き出される。
【００２３】
ストリッピング区域１０６内で送給液体から取り除かれたより軽くてより高揮発性の蒸気は上向きに通過し、ストリッピング区域１０６を吸収部分１１２，１１４の下側端部から分離している分配皿１４４を経て主吸収部分１１４へと送給される。分配皿１４４は送給流１２０を補助吸収部分１１２内に分流せしめ、液体が吸収部分１１２，１１４からストリッピング区域１０６へと流れ易くし、蒸気をストリッピング区域１０６から主吸収部分１１４へと向けるように設計されている。分配皿１４４は主吸収部分１１２の底端部を横切って延びてシエル壁とシール的に当接する横断バッフル区域１４６を備えている。複数の煙突１４８は蒸気がストリッピング区域１０６から上向きに主吸収部分１１４内へと通過するのを可能にしている。下降管１５０が主吸収部分１１４近傍に設けられており、該下降管を経て吸収部分１１２，１１４からの集積液体がストリッピング区域１０６へと下向きに流れる。
【００２４】
主吸収ゾーン１１４においては、ストリッピング区域１０６からの上向きに流れる蒸気送給物内のより重くてより低揮発性の成分が下向きに流れる液体と密に接触することにより該蒸気送給物から吸収される。還流ゾーン１１８ｂにおいては、最軽量で最揮発性の成分を含んでいる塔頂蒸気流が導管１５４を経て主還流コンデンサ１５６へと通過する。塔頂流の一部分は凝縮され、吸収部分１１４へと還流すべく重い成分に乏しい液体が生成される。この液体は容器１５８内に集積可能であり、該容器から前記液体の一部分が導管１６０を経て主吸収部分１１４へと還流され、他の部分は液体留出生成物として導管１６２を経て引き出される。コンデンサ１５６内で部分的凝縮が行なわれる場合には、蒸気留出生成物が導管１６４を経て集積容器１５８から引き出される。
【００２５】
一体化されたアブソーバ／蒸留塔１００は前述のストリッパ／蒸留塔１０におけるのと同様なパッキング要素および／またはトレイのような蒸気−液体接触手段を備えている。
【００２６】
本発明の一体化された蒸留塔１０，１００の仕切られた部分はそれぞれの壁１８，１０８を横切っての大きな圧力差による機械的応力を最小にすべく比較的均一な圧力において作動される。一体化された塔１０，１００は塔間の圧力差が用いられ得る２塔蒸留プロセスに取って代ることが出来るので、一体化された塔１０，１００の仕切られた部分は所望の生成物結果を維持するために如何なる圧力変化に対しても補正する条件において作動される。言及し得る作動中の補正変化にはリボイラ／コンデンサ温度の上昇／降下、リボイラ／還流比の変更、平衡トレイの増加または削減、などが含まれる。
【００２７】
もし適当ならば、仕切り壁１８，１０８は、吸収またはストリッピング区域を実質的に等しい部分に２等分するために、一体化された塔１０，１００の軸線方向中心面に取り付けられ得る。代替的かつより典型的には、前記仕切り壁は、主および補助部分間の蒸気−液体通行における相違を補正するために、中心からいづれかの側へ偏心して配置され得る。取付けの容易さから実質的に平らな壁が好まれるが、特に所望の補助および主部分が寸法において異なる場合には湾曲したまたはある角度に曲げられた壁が用いられ得る。仕切り壁１８，１０８の長さおよび一体化された蒸留塔１０，１００の仕切られた区域の対応する高さは主および補助部分の設計上の分離基準を達成するために必要とされる平衡トレイの数に依存する。
【００２８】
本発明によれば、仕切り壁１８，１０８によって形成されたストリッピングまたは吸収部分は熱的および材料的に互いから実質的に遮断されており、かくして一般に各段階毎に異なる特性温度並びに組成上のプロフィルを有することになる。したがって、ストリッピングまたは吸収部分からのボトムまたは塔頂流は異なる気化または凝縮温度を有することになる。その結果、蒸留塔１０，１００の仕切られた部分に対して個別のリボイル／還流ループが提供される。
【００２９】
仕切り壁１８，１０８は、特にそれらが溶接によって例えばシエル１２，１０２に取り付けられる場合には、合体されたストリッピングまたは吸収部分内の潜在的に大きな温度差によって誘起される応力を最小にすべく熱的に絶縁されるのが好ましい。仕切り壁１８，１０８は隣接層間に空隙または絶縁層を生じさせるべく積層構造を有することが出来る。さらに、容器および材料設計技術において知られている他の技法を用いて、仕切られた区域の熱的絶縁を確保すると共にシエル壁における熱応力を最小にすることが出来る。例えば、仕切られた区域内の機械的応力は壁１８，１０８に横断方向リブ或いはハニカム型補強部材を用いることおよび／または仕切られた区域内にトレイを用いることによって処理され得る。
【００３０】
本発明の一体化された蒸留塔は前述の記載および例によって例示されている。しかしながら、前述の記載は非限定的例示として意図されたものである。何故ならば、前述の記載を考慮して当業者には多くの変更例が容易に明らかになるからである。前掲特許請求の範囲の精神および範囲内の全てのそのような変更例はその中に包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】個別のリボイラを備え、仕切られたストリッピング区域を有する本発明の一体化されたストリッパ／蒸留塔の概略図。
【図２】図１の線II−IIに沿って示される、平行トレイ配置を用いている図１の塔の仕切られたストリッピング区域の横断面図。
【図３】図２と類似するが横断方向トレイ配置を用いている仕切られたストリッピング区域の代替的実施例の横断面図。
【図４】図２および図３のものと類似するが塔パッキングを使用している仕切られたストリッピング区域の別の代替的実施例の横断面図。
【図５】個別のコンデンサを備え、仕切られた吸収区域を有する本発明の一体化されたアブソーバ／蒸留塔の概略図。
【符号の説明】
１０，１００  蒸留塔
１８，１０８  壁
１４，１０４  上側吸収区域
１６，１０６  下側ストリッピング区域
１３  送給ゾーン
１７  底部ヘッド
２２  補助ストリッピング部分
２４  主ストリッピング部分
２６ａ，２６ｂ  上側端部
２８ａ，２８ｂ  リボイルゾーン
４０，１４４  分配皿
４４  導管または塔頂蒸気流
４６，１５６  還流コンデンサ
５８，１３６  リボイラ
３８，６２  導管またはボトム生成物流
６３  蒸気−液体接触トレイ
６４  蒸気分散ゾーン
６８  下降管ゾーン
１１２  補助吸収部分
１１４  主吸収部分
１１８ａ，１１８ｂ  還流ゾーン
１３４  ボトム流
１５０  下降管
【図１】
0003966564.tif 000002
【図２】
0003966564.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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