大气污染控制工程课设.docx

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大气污染控制工程课设

第一章工程概况

1.1基本资料

1.2污染源资料

1.2.1污染源几何形状、尺寸相对位置

1.2.2粉尘粒径分布

1.2.3工艺操作条件

1.2.4排尘速率

1.3设计依据

1.4设计原则

1.5设计要求

第二章工艺设计

2.1工艺原理

2.2除尘要求的确定

2.3集尘罩的选择

2.3.1集尘罩的设计原则

2.3.2集气罩形式的选择与设计

2.3.2.1集气罩的基本形式

2.3.2.2集气罩选择与设计的流程

2.4除尘器的比较和确定

2.4.1除尘器的比较

2.4.2除尘器的选择

2.4.2.1考虑因素

2.4.2.2除尘器的确定

2.5管道系统的确定

2.5.1管道布置的一般原则

2.5.2管道设计要求

2.6风机和电动机的选择

2.6.1风机的选择

2.6.2电机的选择

第三章集气罩的设计计算

3.1颚式破碎机集气罩的设计计算

3.1.1颚式破碎机集气罩的选择

3.1.2颚式破碎机排气柜计算

3.2密封式中碎机集气罩的设计计算

3.2.1密闭式中碎机集气罩的选择

3.2.2密闭式中碎机伞形罩的设计计算

3.3密封式干碾机集气罩的设计计算

3.3.1密封式干碾机集气罩的选择

3.3.2密封式干碾机外部集气罩的设计计算

3.4双轮细矿石碾机集气罩的设计计算

3.4.1双轮细矿石碾机集气罩的选择

3.4.2双轮细矿石碾机伞形罩的设计计算

第4章除尘器的设计及计算

4.1处理气体流量的计算

4.2过滤风速的确定

4.3滤袋的选取

4.4过滤面积的选取

4.4.1总过滤面积

4.4.2单条滤袋面积

4.4.3滤袋条数的计算

4.5滤料的选择

4.6阻力计算

4.7除尘室总高度

4.8除尘器滤袋的平面布置尺寸

第五章管道设计计算

5.1管道内气体流速的确定

5.2管径的确定

5.3管道内流体的压力损失计算

5.3.1摩擦阻力的计算

5.3.2局部阻力损失计算

5.3.3系统总阻力的计算

5.3.4并联管路阻力损失平衡计算

5.4除尘系统总压力损失

第6章风机和电机的设计计算

6.1风机的设计计算

6.2电机的设计计算

第七章工程概预算

7.1土建投资A1

7.2设备及器材费用A2

7.3人工费A3

7.4间接费B

7.5工程总造价W

第8章个人总结

第九章参考文献

附图一：

除尘器结构图

附图二：

除尘系统平面布置图

附图三：

除尘系统侧视图

第一章工程概况

1.1基本资料

某地质研究所矿石破碎研磨车间，有四台破碎研磨机，任务是将小块矿石破碎后磨细，作为分析物化性质样品用。

在破碎、研磨过程中产生粉尘，使车间环境恶化，并造成周围环境的粉尘污染，今拟设置局部排气罩将粉尘收集，并选择适当的处理方法与处理设备，对其加以控制。

1.2污染源资料

1.2.1污染源几何形状、尺寸相对位置

1、颚式破碎机：

长750mm，宽350mm，高800mm；

碎石由机体下部排卸，机体背部有粉尘泄漏。

2、密封式中碎机：

长700mm，宽300m．高750mm；

供料口为产尘口，下部也有粉尘泄漏。

3、密封式干碾机：

长360mm，宽400mm．高800mm；

供料口为产尘口

4、双轮细矿石碾机：

长720mm,宽720mm，高810mm；

双轮暴露产生干扬尘

各台设备的后背距墙壁均为1000mm，设备之间距离均为1500mm.

南墙外1500mm内可布置净化设备，此外为人行道。

1.2.2粉尘粒径分布

粉尘粒径分布表

粒径（μm）

0.5—1.0

1.0—1.4

1.4—1.8

1.8—2.2

2.2—2.6

百分比（%）

0.23

2.35

8.3

14.95

20.1

粒径（μm）

2.6—3.0

3.0—3.4

3.4—3.8

3.8—4.2

百分比（%）

20.85

18.8

10.65

3.77

1.2.3工艺操作条件：

破碎机为粗碎和细碎轮流工作，每次开机二台，即先开颚式和密闭式破碎机，将所需矿石进行碾碎后停机，然后再开启两台研磨机进行研磨。

1.2.4污染源排尘速率：

25kg/h

1.3设计依据

《环境空气质量标准》（GB3095-2012）

《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）

《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）

《环境保护产品技术要求袋式除尘器滤袋》（HJ/T327-2006）

《环境保护产品技术要求袋式除尘器用覆膜滤料》（HJ/T326-2006）

《环境保护产品技术要求袋式除尘器滤袋框架》（HJ/T325-2006）

《环境保护产品技术要求袋式除尘器用滤料》（HJ/T324-2006）

《袋式除尘工程通用技术规范》（HJ2020-2012）

《通风管道技术规程》（JGJ141-2004）

《全国统一安装工程预算定额》

1.4设计原则

1、实用性：

已解决现实问题为主坚持为领导决策服务，又为经营管理服务，为生产建设服务；

2、先进性：

采用成熟技术，兼顾未来发展趋势，既量力而行，又适当超前，留有发展余地；

3、可扩展性：

系统便于扩展，以保护前期投资有效性和后续投资连续性；

4、经济型：

以节约成本为基本出发点建立一个运行可靠、满足实际需求的监控系统，

5、易用性：

系统操作简便、直观以利于各个层次人员使用；

6、可靠性：

确保系统可靠运行，关键部分应有安全措施；

7、可管理性：

系统从设计、器件设备选型等都必须考虑到系统可管理性和可维护性；

8、开放性：

采用符合国际标准的产品，保证系统具有开放性特点。

1.5设计要求

1、认真分析所要处理对象，逐个进行设计方案比较，确定相对合理、经济的处理工艺流程和设施。

2、写出总体设计方案说明书：

1工程概况

2工艺流程选择（包括：

选择依据、方案比较、及选择结果）

3设计计算结果概述。

4经济概算。

3、写出详细的设计计算书：

1集气罩的设计计算；

2除尘器的设计计算；

3管道系统设计计算；

4风机的选择设计。

4、画出整个净化系统的平面布置图、侧视图（包括管道布置及连接方式）及除尘器的主要结构图。

（3＃图）

第二章工艺设计

2.1工艺原理

空气污染物在车间的扩散机理是污染物依附于气流运动而扩散的。

对于生产过程散发到车间空气中的污染物，只要控制住室内二次气流的运动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质量的目的。

这就是采用局部排气通风方法控制空气污染物扩散的依据。

控制空气污染物在车间内外扩散的局部通风方法，简单地说，就是在局部污染源设置集气罩，把污染空气搜集起来并经净化后排至室外，这是生产车间控制污染的最有效、最常用的方法。

空气净化系统一般由以下几部分组成：

①污染源控制装置，其功能是收集污染源排出的污染物，并将其导入净化装置中，以便综合治理；

②废气净化装置，其功能是来去除不同种类和性质的污染物；

③废气的最终处理装置，经净化并与污染物分离的废气，可通过排风机及烟囱排入大气中；如含有可回收利用成分，可将其引人相应的回收系统中。

具体讲，有以下装置组成：

（1）集气罩:

集气罩是用来捕集污染空气的装置，其性能对净化系统的技术经济指标有直接的影响。

由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同、集气罩的形式是多种多样的。

（2）风管:

在净化系统中用以输送气流的管道称为风管，通过风管使系统的设备和部件连成一个整体。

（3）净化设备:

当排气中污染物含量超过排放标准时，必须采用净化设备进行处理，达到排放标准后，才能排人大气。

（4）通风机:

通风机是系统中气体流动的动力。

为了防止通风机的磨损和腐蚀，通常把风机设在净化装备的后面。

（5）烟囱:

烟囱是净化系统的排气装置。

净化气经排气管排放，在大气中扩散、稀释、悬浮或沉降到地面。

为了保证污染物的地面浓度不超过环境空气质量标准，排气管必须具有一定高度。

图2-1局部排气净化系统示意图

1-集气罩；2-风管；3-净化设备；4-通风机；5-烟囱

2.2除尘要求的确定

根据《环境空气质量标准》对环境空气质量功能区的分类，该研究所属于二类区，因此排放速率要求应达到二类标准，所以根据《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中新污染源大气污染物排放限值的要求，此粉尘的排放速率应在2kg/h以内，因此，目标除尘效率:

2.3集气罩的选择

2.3.1集气罩的设计原则

若集气罩设计的合理，使用较小的排风量就可以有效地控制污染物的扩散，反之，使用很大的排风量也不一定能达到满意的效果。

因此，设计时应注意以下基本原则：

1集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物扩散限制在最小范围内，以使防止横向气流干扰，减少排风量；

2集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，充分利用污染气流的初始动能；

3尽量减少集气罩的开口面积，以减少排风量；

4集气罩的吸气气流不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内；

5集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。

2.3.2集气罩形式的选择与设计

2.3.2.1集气罩的基本形式

集气罩按照罩口气流流动方式可将集气罩分为两大类：

吸气式集气罩和吹吸式集气罩。

利用吸气气流捕集污染空气的集气罩称为吸气式集气罩，而吹吸式集气罩则是利用吹吸气流来控制污染物扩散的装置。

按集气罩与污染源的相对位置及围挡情况，还可将吸气式集气罩分为密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。

1、密闭罩：

密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。

其作用原理是使污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内，仅在必须留出的罩上开口缝隙处吸入若干室内空气，使罩内保持一定的负压，达到防止污染物外逸的目的。

密闭罩的特点是所需排风量最小，控制效果最好，且不受室内横向气流的干扰。

所以，在设计中应优先考虑选用。

一般来说，密闭罩多用于粉尘发生源，常称为防尘密闭罩。

按密闭罩的围挡范围和结构特点，可将其分为可将其分为局部密闭罩、整体密闭罩和大容积密闭罩三种。

①、局部密闭罩

特点：

容积小，工艺设备大部分露在外面，操作与设备检修方便；

适用：

一般适用于污染气流速度较小，且连续散发的地点。

②、整体密闭罩

特点：

容积较大，密闭性好。

适用：

其一般适用于有振动且气流速度较大的场合。

③、大容积密闭罩

特点：

罩内容积大，可缓冲污染气流，减少局部正压，设备检修可在罩内进行。

适用：

其适用于多点、阵发性、污染气流速度大的设备或地点。

2、排气柜：

排气柜也称为箱式集气罩。

由于生产工艺操作的需要，在罩上开有较大的操作孔。

操作时，通过孔吸入的气流来控制污染物外溢。

其捕集机理和密闭罩相类似，即将有害气体发生源围挡在柜状空间内，可视为开有较大孔口的密闭罩。

其特点是控制效果好，排风量比密闭罩大，而小于其他形式集气罩。

3、外部集气罩：

由于工艺条件的限制，有时无法对污染源进行密闭，则只能在其附近设置外部集气罩。

外部集气罩依靠罩口外吸入气流的运动而实现捕集污染物的目的。

外部集气罩的形式多样，按集气罩与污染源的相对位置可分为四类：

上部集气罩、下部集气罩、侧吸罩和槽边集气罩。

由于外部集气罩吸气方向与污染气流方向往往不一致，一般需要较大风量才能控制污染气流的扩散，且易受室内横向气流的干扰，致使捕集效率较低。

4、接受式集气罩：

有些生产过程或设备本身会产生或诱导气流运动，并带动污染物一起运动，如由于加热或惯性作用形成的污染气流。

接受式集气罩即沿污染气流流线方向设置集气罩口，污染气流便可借助自身的流动能量进入罩口。

5、吹吸式集气罩：

当外部吸气罩与污染源的距离较大时，可以在外部吸气罩的对面设置吹气口，则可以在外部集气罩的对面设置吹气口，将污染气流吹向外部集气罩的吸气口，以提高控制效果。

一般把这类依靠吹吸气流的综合作用来控制污染气流扩散的集气方式称为吹吸式集气罩。

由于吹出气流的速度衰减得慢，以及气幕的作用，使室内空气混入量大为减少，所以达到同样的控制效果时，要比单纯采用外部集气罩节约风量，且不易受室内横向气流干扰。

2.3.2.2集气罩选择与设计的流程

1、根据污染源的几何尺寸、污染物排放特点、及现场工人操作情况，确定罩的形式、罩口尺寸及放置位置；

2、确定排气罩控制距离及控制速度；

3、侧吸罩用罩口气流速度衰减公式及其排风量计算公式计算排风量。

密闭罩可根据污染设备型号、规格确定，罩的形式直接从有关手册查出推荐数据来确定排风量，或根据经验公式计算；

4、根据集气罩的扩张角。

来计算排气罩外形尺寸。

当污染源平面尺寸较大时，为减少罩子高度，可将罩分成几个小罩子，或加设挡板。

2.4除尘器的比较和确定

2.4.1除尘器的比较

烟气除尘中所采用的各种各样除尘装置，就是利用不同的作用（包括重力、惯性力、离心力、扩散、截留、静电等）以达到将尘粒从烟气中分离和捕集的目的。

按照烟尘从从烟气中分离出来的原理，可以将各种除尘装置分为四大类：

①机械式除尘器；②电除尘器；③过滤式除尘器；④湿式除尘器。

几种除尘器性能比较如下：

1、机械式除尘器：

机械式除尘装置是目前国内使用比较普遍的除尘装置，它包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器等。

这类除尘器具有结构简单、制造方便、投资少运行费用低、管理方便且耐高温等优点。

重力沉降室和惯性除尘器的一般的除尘效率一般不高，在40%~60%之间，可以作为初级除尘使用。

旋风除尘器的除尘效率一般在90%左右，多管式旋风除尘器的除尘效率较高。

①重力沉降室：

重力沉降室是最简易的一种除尘装置，其作用原理是：

当含尘烟气进入除尘室后由于截面积突然扩大烟气流速迅速降低，烟气利用自身的重力作用使其自然沉降到底部，从而把烟粒从烟气中分离出来。

这种除尘装置一般只能出去40微米以上的大颗粒尘粒，因此效率较低。

重力沉降室的除尘效率与除尘室的结构、烟气中尘粒的大小、尘粒的密度、烟气流速等因素有关。

如在沉降室内合理布置挡板、隔墙、喷雾等措施，对提高除尘效率有一定的作用。

重力沉降室的优点：

结构简单、投资少、压力损失小（一般为50～100Pa）、维修管理容易；

缺点：

体积大、效率低、仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子。

②惯性除尘器：

利用障碍及压差，使含尘气流中的颗碰撞失速或急剧改变运动方向，从而依靠惯性实现气固分离的一种低效除尘装置。

除尘的机理是含尘气流水平进入除尘器后，粒径较大的颗在惯性力作用下与挡板碰撞后失速沉降，粒径较小的颗粒则随气流作曲线运动，在重力及离心力的作用下离开气体轨迹并与另一挡板碰撞后沉降。

按照结构形式，惯性除尘器可分为冲击式和反转式。

惯性除尘器性能的影响因素：

含尘气体在冲击或改变方向前的速度愈高，流出装置的气流速度越低，除尘效率越高。

对反转式惯性除尘器，气流转换方向的曲率半径越小，转变的次数越多，则净化效率越高，但阻力也越大。

惯性除尘器有一下特点：

❑去除密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘效率较高，对于粘结性和纤维性粉尘，因易堵塞，不宜采用。

❑气流速度愈高，气流方向转角愈大，转变次数愈多，净化效率愈高，压力损失也愈大。

❑净化效率不高，捕集10～20µm以上的粗颗粒，一般只用于多级除尘中的第一级除尘。

❑压力损失为100～1000Pa。

③旋风除尘器：

利用设备结构形状及流体自身动力促使含尘气流高速旋转从而实现气固分离的一种中效除尘器。

主要用于粉体、烟尘的单级分离装置或多级收集系统的预分离装置。

用来分离粒径大于5—10μm以上的的颗粒物。

工业上已有100多年的历史。

基本结构由进气管、圆柱体、圆锥体、储灰斗和排出管组成。

影响旋风除尘器性能的因素：

结构形式、粉尘性质、运行操作条件等。

旋风除尘器有以下特点：

Ø结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，压力损失较大，动力消耗也较大，可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。

Ø效率80%左右，捕集<5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用。

2、电除尘器：

是利用高压电场使气体发生电离，再使气体中的粉尘荷电，并在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。

影响电除尘器性能的因素有：

粉尘比电阻、粒径、粉尘浓度、供电参数等。

电除尘器有以下特点：

①、分离的作用力直接施之于粒子本身，而机械方法大多把作用力作用在整个气体；

②、气流阻力小。

耗电少：

0.2～0.4度/1000m3，压损小：

一般为200～500Pa；

③、捕集细小颗粒（1μm左右）的效率高；

④、除尘效率高，一般在95-99%（最高可达99.9%）；

⑤、处理气量大，可达105～106m3/h；

⑥、可在高温或强腐蚀性气体下操作；

⑦、主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高。

3、过滤式除尘器

①袋式除尘器：

含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上,透过滤料的的清洁气体排出。

沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。

粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉层初层。

采用纤维织物作滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广，除尘效率一般可达99%以上，效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。

袋式除尘器除尘效率的影响因素：

滤布及粉尘层的影响、滤料结构、过滤速度等。

②颗粒层除尘器：

颗粒层除尘器是利用颗粒状物料（如硅石、砾石、焦炭等）作填料层的一种内部过滤式除尘装置颗粒层除尘器的除尘机理与袋式除尘器类似，主要靠惯性碰撞、截留及扩散作用等。

4、湿式除尘器：

使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置，可以有效地除去直径为0.1～20μm的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物。

除尘机理：

①液体介质与尘粒间的惯性碰撞和拦截；②微细尘粒与液滴间的扩散接触；③加湿的尘粒相互凝并；④饱和态高温烟气降温时，以尘粒为凝结核凝结。

根据湿式除尘器的净化机理，大致分为：

Ø重力喷雾洗涤器

Ø旋风洗涤器

Ø自激喷雾洗涤器

Ø板式洗涤器

Ø填料洗涤器

Ø文丘里洗涤器

湿式除尘器的优点：

⏹在耗用相同能耗时，η比干式机械除尘器高。

高能耗湿式除尘器清除0.1μm以下粉尘粒子，仍有很高效率；

⏹η可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不能胜任的条件，如能够处理高温，高湿气流，高比电阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体；

⏹在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物。

既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用。

湿式除尘器的缺点：

Ø排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用；

Ø净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题；

Ø不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体；

Ø寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施。

各种除尘器性能比较如下表：

表2-1各种除尘器性能对比汇总表

除尘器名称

除尘粒径/

效率/%

阻力/Pa

气速/（m/s）

设备费

运行费

重力沉降室

≥100

<50

50-130

1.5-2

少

惯性除尘器

≥40

50-70

300-800

15-20

少

旋风除尘器

≥5-20

70-90

800-1500

10-15

少

中

冲击式除尘器

≥5

1000-1600

少

中

文丘里除尘器

≥0.5-1

90-98

4000-10000

少

高

电除尘器

≥0.01-0.1

90-99

50-130

0.8-1.5

高

中

袋式除尘器

≥0.1

95-99

1000-1500

0.01-0.3

较高

2.4.2除尘器的选择

2.4.2.1考虑因素

①除尘器的除尘效率（各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率见表2-2）；

②选用的除尘器是否满足排放标准规定的排放浓度；

③注意粉尘的物理性质（例如黏性、比电阻、润湿性等）对除尘器性能有较大的影响，另外，不同粒径粉尘的除尘器除尘效率有很大的不同；

④气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大粉尘，以使设备更好地发挥作用；

⑤气体温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素；

⑥所捕集粉尘的处理问题；

⑦设备位置，可利用的空间、环境条件等因素；

⑧设备的一次性投资（设备、安装和施工等）以及操作和维修费用等经济因素。

表2-2各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率

除尘器名称

除尘效率/%

除尘器名称

除尘效率/%

惯性除尘器

干式静电除尘器

>99

中效旋风除尘器

湿式静电除尘器

>99

高效旋风除尘器

中能文丘里除尘器

约100

>99

冲击式湿式除尘器

高能文丘里除尘器

约100

>99

自激式湿式除尘器

约100

振打袋式除尘器

>99

喷淋洗涤塔

逆喷袋式除尘器

约100

>99

2.4.2.2除尘器的确定

由于该实验室粉尘粒径在1.0-4.2

之间，除尘效率应达到92%以上，粉尘的温度不高且不具有腐蚀性、黏结性低、吸湿性低等特点，再结合投资和运行费用比能完成目标的其他除尘器更低，管理操作更为方便，技术更为成熟等原因，本设计采LD14型机械振打袋式除尘器。

2.5管道系统的确定

2.5.1管道布置的一般原则

a.管道敷设的原则。

管道敷设分明装和暗设，应尽量明装，以便检修，管道应尽量集中成列，平行敷设，尽量沿墙或柱敷设，管道与梁、往、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩的要求。

一般间距不小干100mm，过路或架空管道应严格按管道设计规范与高度敷设。

远距离水平管道应有一定坡度，以便排水、防尘积。

一般坡度不小于0.005。

b.管道支撑原则。

管道与阀件不宜直接支承在设备上，应单独设支架或吊架。

管道焊缝位置在施工方便和受力较小的地方，不得位于支架处。

c.管道联接原则。

为方便检修、安装，以焊接为主要联接方式的管道中，应设置足够数量的法兰；以螺栓联接为主的管道，应设置足够数量的活接头，穿过墙壁或楼板的那段管道不得有焊缝。

2.2.2管道设计要求

①.除尘管道尽可能垂直或倾斜敷设。

倾斜管道的倾角（与水平面的夹角）应不小于粉尘安息角。

当必须水平敷设时，要有足够的流速以防积尘，对产生积尘的管道，必须预置清灰孔。

②.为减少风机磨损，特别当气体含尘浓度较高时，（＞3g／m3）应将风机设在净化装置之后。

③.分支管与水平管或倾斜主干管联接时，应以上部或侧面接入，三通管的夹角不宜大于30°，当有几个支管汇合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。

④.

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