管道水流量计在湿法炼锌过程中的选型安装和维护
点击(jī)次数:2166 发布时间:2021-09-04 01:52:27
湿法炼锌过(guò)程中以浸出与净化过程的工艺(yì)*复杂(zá),它给自动与测量控制所带来的问题也(yě)较多,如介质成分复杂、有结(jié)晶(jīng)和结(jié)垢(gòu)物,由于有色冶炼过(guò)程环境恶劣(多尘、酸雾(wù)、高温),被测介质又大多存在强腐(fǔ)蚀、易结(jié)晶、脏污,非均质流动等特点给流量测量带来了不少困难。因(yīn)此,对含有(yǒu)固体颗粒的矿(kuàng)浆流量(liàng)、锌粉的加入量及溶液的流量准(zhǔn)确的在线检测是锌生产过程提高产(chǎn)品质(zhì)量和产量必不可少的手段。
一、净化工艺对过程流量检测与控制(zhì)的要求
净化过(guò)程是锌湿法冶炼过程中的重(chóng)要过程。在浸出过程中(zhōng),大部分杂(zá)质因中和水解作用而从溶液中除去,但仍存在少量cu、ca、co、㈨、As等杂质,这(zhè)些杂质对锌电(diàn)积有很大危害,如降低电流效率(lǜ)、增(zēng)加电能消耗、影响阴*锌质量和腐蚀阴*等。正是因为这(zhè)样,经过浸出过程后,中性浸出的上清液(yè)还(hái)需要经过净化处理后,才能进入电积(jī)过程。
1. 影响净化质量的主要因素
在净化过程中,影(yǐng)响净化质量的因素有很多,但以下两个方面的因素(sù)是进(jìn)行监(jiān)测控制(zhì)设计时必须考虑的(de):
(1) 锌粉的加入量。锌粉是主要的除杂添加剂.其加入量一般采用除cu和(hé)cd理论值的3~4倍,若锌粉用量(liàng)过(guò)少会影响除Cu和Cd的质量.因此.合(hé)适的锌粉加入量(liàng)是保证净化质量和尽量降低消耗的前提
(2) 溶液的流(liú)量(liàng)。为使锌(xīn)粉与上清液充分(fèn)混合,保证锌粉的置换反应能完全进行,节约锌粉用量,必须保持合适的化学反应时间。
若化学反(fǎn)应时间过(guò)短,则(zé)置(zhì)换(huàn)反应不完全,需要耗费大(dà)量的锌粉,而且难以保证净化质量,若化学反应时问过长,则影响产量,同时也容易产生复溶镉。通过调节溶液(yè)的流量,可以适当地调节化学反应时间(jiān),所以溶液的合适(shì)流量是一个重要因(yīn)素。
2. 对过程(chéng)流量检测的要求
在净(jìng)化过程中,要求控制的主要(yào)物理量是除杂添加剂锌粉的加入量(liàng),由于锌粉的加入量与上清液中各种杂质的含(hán)量、反应的温度和(hé)溶液的流量(liàng)等各种因(yīn)素有关,具有很多不(bú)确定因素,而且难以用解(jiě)析(xī)的数学关系(xì)式来完(wán)全正确地描述这些关系,这给净(jìng)化过(guò)程的优(yōu)化控制带来了困(kùn)难(nán)。根据(jù)净化工艺流程的(de)特点,对净化过程流量检(jiǎn)测与控制提出了下述(shù)两个方(fāng)面的要求。
(1) 锌(xīn)粉加入量控制。在保证净(jìng)化后溶(róng)液中的各种成分符合要求的前提下,使锌粉的(de)加入量*小,这也是专(zhuān)家控制系统要完成的主(zhǔ)要目标。
(2) 流量调节。根据产量的要求以及化学反应所需要的时间等因素,合理地保持溶液的流量在一个*优的给定值上,从而保证净化过程的工作充分稳定以及物料平衡关系。
解决净化过程(chéng)中各种参数的实时在线检测,例如上清液流量、新液流量的(de)检测等,由于溶(róng)液呈酸性,含有(yǒu)易结(jié)晶物质介质,用常规的检测方(fāng)法(fǎ)还难以实现。通过实践,选用50P型管道水流量计检测溶液流量,由于其没有运动部件,加之(zhī)合理选择内衬材料和电*材质,可以有效地抗酸和抗结晶,其(qí)量程可根据工艺情(qíng)况通过调整内部组态来进行改变。
二、管道水流量计的应用须注意(yì)选型设计、安装维护等(děng)关键问题
1. 选型设计
公司以前采用50Hz工频激磁方(fāng)式的管道水流量计时,零点稳定(dìng)性及抗(kàng)干扰(rǎo)能(néng)力(lì)差,特别是对含(hán)有固体颗粒流体测量更不稳定,常有莫名其妙的跳变(biàn)输出。使用十年多来,我们发现管道水流量计不但在制造工艺上确保产品经久(jiǔ)耐用,而(ér)且在设计原(yuán)理上也有其独到的优势:
(1) 管道水流量(liàng)计采用的直流低频矩形波励磁方式(如图),工作频(pín)率大约在20Hz左右。采用交变的直(zhí)流励磁方式,具有很好的零点稳定性,良好的(de)抗干扰和处理噪声的能力(lì)和(hé)低功(gōng)耗。在(zài)此基础上,还有其**的励磁电压处理模式,进(jìn)一步提高了测量的性(xìng)能。通(tōng)常的励磁过程是电源(yuán)接(jiē)通以后,产生一个稳定的交变电压,然后在一个周期内,线圈电流(liú)逐渐升高,由于存在电涡流的影响(xiǎng),磁场的建立时间(jiān)会在电涡流衰减以后,因此使得真正测(cè)量的时间变得很短。而采(cǎi)用的(de)是过电压的方式,在一个很短的时间(tR)内,施加了一个3倍于正(zhèng)常值的电(diàn)压后,再恢复到正常的供电(diàn)电压,使(shǐ)得线圈(quān)电流和磁场能在*短的时间内建立起来,比普(pǔ)通的励磁方式缩短了5倍的时间,从而(ér)增加了测量的时间,保(bǎo)证了(le)更加准确和稳(wěn)定的测量。
低频方波励磁是一种比较好的励磁方式,目前已在(zài)管道水流量计上广泛的应用。概括一下,它(tā)具有(yǒu)如下优点:能避免交流磁场的正交电磁(cí)干扰消除由(yóu)分(fèn)布电容引起的工频干扰:抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流排除直流励磁(cí)的*化现象。
直流低频矩形波励磁方式能满足工业(yè)对管(guǎn)道水流量计85%以上的(de)应用(yòng)。对于泥浆和其他非均匀流体,用高功率直流磁场(chǎng)配以增加的测量频率来(lái)解(jiě)决。工作频率提升至50Hz左右,感(gǎn)应电压的振幅相(xiàng)当高(gāo),再配以DSP(数字信号处(chù)理)放大器足以克服(fú)过程噪声。
用于脉动流和快速灌装工艺的管道水流量计,其励磁线(xiàn)圈产生低功率但高频(85Hz)的信号,优异(yì)的信(xìn)号处理能滤去杂乱的噪声。
(2) *小流量信号的获(huò)得
管道水流量计的技术参数表明能够测量的*小流(liú)量(速)是0.01m/s,也就是说管道水流量计能在如此小的流量下仍能得到流量信号。根据法拉*定律,流体流过后会(huì)产生一定的(de)感应电动(dòng)势(shì),而这个电动势,即流量信号的(de)强弱和整个流量计电路放大器的处理能(néng)力和抗干扰能力有很(hěn)大的关系,管道水流量计能够产生300V/(m/S)信号(hào)强度,即(jí)滤波和(hé)放大(dà)电路能够检测到*低3IJV的信号,因(yīn)此可以测量*低0.01m/s的流量信号。
(3) 管道(dào)水流量计由各种(zhǒng)内衬和电(diàn)*组成的十多种传感(gǎn)器来满足不同工况和测量介质的需要。如用PTFE/硬橡胶内衬配以子弹头电*(特制的尖而直流低(dī)频矩形液勖磁壳式图光滑头日pA日Bt;减少频繁的清洗周期从而减少维修成本)用于含脂肪的废水(shuǐ)一防止脂肪(fáng)覆盖电*:用聚(jù)氨酯或天(tiān)然胶内衬配以碳化钨涂层电*具有很高的耐磨性,可用于浓缩矿浆(细浆体,颗粒尺寸小于0.5mm)的测量:用天然胶内衬配以刷子电*可用于碾磨过程(chéng)的原浆体,隧道挖掘机,采砂(shā)船开采应用(岩石浆料,颗粒尺寸大于(yú)0.5mm)。
(4) 高级诊断功能。*一级:对流量计本身运(yùn)行情况的实时监控,如电(diàn)*结垢、腐蚀及损坏的判断:磁场线(xiàn)圈的(de)监测,能(néng)判断工作(zuò)环境(jìng)的好坏及是否过载。*二级:由于(yú)有历史数据的存储和对于趋(qū)势(shì)的判断,能判断在(zài)线得到的数据是否合(hé)理,从而使(shǐ)得维修(xiū)工程师根据仪表的(de)实际使(shǐ)用情况来做出是否需要或何时进行适当的维修的判断。*三级:用FieldTool这个软件包就能(néng)在计算机上知晓以上所有高级诊断功能得出的结论,并做必要的修正而无需下现场进行维护,FieIdTool另外一个非常重要的功能就是可(kě)以设置某(mǒu)些报警信息利用”中国移(yí)动或联通”的短信(xìn)息服(fú)务平台传送到手机(jī)上。
(5) 其他的(de)技术优势,如E+H公司的管道(dào)水流量计都是四电(diàn)*的,比一般公司多出了两个电*:接地电*使测量更稳定(dìng),空管检测电*可**检测所(suǒ)测流体是否满管:电*清洗功能减少现场维护成本:全中文操作菜单使调试更容易等。
2. 安装(zhuāng)问题
安(ān)装场所要求振动小,避免附近有电动机(jī)、变压器等强电源引起的电磁(cí)干扰。流量计可垂直、水平或倾斜安装,但必须保证两电*的中心轴线处于水平状态,运行时管内充满流体(tǐ)。测量混合相流体时,不会引起相分离:流体中气泡要少(有少量气(qì)泡或泡状流时,测得(dé)的是含有气泡体积的气液固(gù)混合流的体积流量),但气体含(hán)量不能增加到形成弹(块)状(zhuàng)流。对磨损大的矿(kuàng)浆,应垂直安装,使(shǐ)流体自下(xià)而上以保证磨(mó)损均匀、固体颗粒不会沉积。
为获得正常(cháng)测量准确度(dù),流(liú)量计前也需有一定长度(至少5D)的(de)直管(guǎn)段:对中小型管道,为及时清(qīng)除结垢、结晶等,宜安装(zhuāng)旁路管:接地(dì)环的安装应(yīng)保证单独、良好接(jiē)地(10Q以下),具有零电位。若用空管检测必须注意变送器安装方向。
管道水流量计PTFE内衬慎用于真(zhēn)空状态,特别是大(dà)的公称直径(jìng)的内(nèi)衬在高温真(zhēn)空状态(tài)下会永久(jiǔ)损坏,而且真空状态下容易产生气穴或气泡使得测量不(bú)准(zhǔn)。
若流量计安装在管道的顶端就可能产生气(qì)泡,而聚集的气泡就(jiù)会影响测量:若流量计安装在(zài)向下的敞开管线的上(shàng)游,气泡就(jiù)会大量通过流(liú)量计引起测(cè)量误差。所(suǒ)以,应尽量把流量计(jì)安装在管(guǎn)道的下(xià)游,使之产生(shēng)足够的背压(yā)来避免产生(shēng)气穴。
3. 运行与维护
仪(yí)表投运前,传感器管内必须充满(mǎn)测量液体,通电(diàn)后在静止状(zhuàng)态下作零点调整:投运后,有条件(jiàn)时亦要定(dìng)期停流检查零点,尤其是易沉淀、易污染电*的测点。测量管内壁沉积或结垢层应及时清除.否则绝缘层会包裹电*,断开电*回路,或被(bèi)附着层短路(附着(zhe)物电导率显著高于流体电导率时),或引起管内径的变化而产生较大误(wù)差:清垢时也不能用起子等工具猛烈铲、刮电*和内(nèi)衬。
三. 结束语
为很好地解决有色冶炼过程中一些介质的(de)流量测量问题,除继续跟(gēn)踪国(guó)际新型检测仪表和技术发展动向外,还要(yào)研究相(xiàng)关仪表的选型设计(适用性、可靠性、经济性、先进性和准(zhǔn)确度等).并针对应用过程中出现的各种问题进行研究改进与总结提高,并同仪表制造厂家及时沟通.才能应用好这些新型流量计,让它们真正起(qǐ)到”工(gōng)业的眼睛(jīng)”的作用。
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一、净化工艺对过程流量检测与控制(zhì)的要求
净化过(guò)程是锌湿法冶炼过程中的重(chóng)要过程。在浸出过程中(zhōng),大部分杂(zá)质因中和水解作用而从溶液中除去,但仍存在少量cu、ca、co、㈨、As等杂质,这(zhè)些杂质对锌电(diàn)积有很大危害,如降低电流效率(lǜ)、增(zēng)加电能消耗、影响阴*锌质量和腐蚀阴*等。正是因为这(zhè)样,经过浸出过程后,中性浸出的上清液(yè)还(hái)需要经过净化处理后,才能进入电积(jī)过程。
1. 影响净化质量的主要因素
在净化过程中,影(yǐng)响净化质量的因素有很多,但以下两个方面的因素(sù)是进(jìn)行监(jiān)测控制(zhì)设计时必须考虑的(de):
(1) 锌粉的加入量。锌粉是主要的除杂添加剂.其加入量一般采用除cu和(hé)cd理论值的3~4倍,若锌粉用量(liàng)过(guò)少会影响除Cu和Cd的质量.因此.合(hé)适的锌粉加入量(liàng)是保证净化质量和尽量降低消耗的前提
(2) 溶液的流(liú)量(liàng)。为使锌(xīn)粉与上清液充分(fèn)混合,保证锌粉的置换反应能完全进行,节约锌粉用量,必须保持合适的化学反应时间。
若化学反(fǎn)应时间过(guò)短,则(zé)置(zhì)换(huàn)反应不完全,需要耗费大(dà)量的锌粉,而且难以保证净化质量,若化学反应时问过长,则影响产量,同时也容易产生复溶镉。通过调节溶液(yè)的流量,可以适当地调节化学反应时间(jiān),所以溶液的合适(shì)流量是一个重要因(yīn)素。
2. 对过程(chéng)流量检测的要求
在净(jìng)化过程中,要求控制的主要(yào)物理量是除杂添加剂锌粉的加入量(liàng),由于锌粉的加入量与上清液中各种杂质的含(hán)量、反应的温度和(hé)溶液的流量(liàng)等各种因(yīn)素有关,具有很多不(bú)确定因素,而且难以用解(jiě)析(xī)的数学关系(xì)式来完(wán)全正确地描述这些关系,这给净(jìng)化过(guò)程的优(yōu)化控制带来了困(kùn)难(nán)。根据(jù)净化工艺流程的(de)特点,对净化过程流量检(jiǎn)测与控制提出了下述(shù)两个方(fāng)面的要求。
(1) 锌(xīn)粉加入量控制。在保证净(jìng)化后溶(róng)液中的各种成分符合要求的前提下,使锌粉的(de)加入量*小,这也是专(zhuān)家控制系统要完成的主(zhǔ)要目标。
(2) 流量调节。根据产量的要求以及化学反应所需要的时间等因素,合理地保持溶液的流量在一个*优的给定值上,从而保证净化过程的工作充分稳定以及物料平衡关系。
解决净化过程(chéng)中各种参数的实时在线检测,例如上清液流量、新液流量的(de)检测等,由于溶(róng)液呈酸性,含有(yǒu)易结(jié)晶物质介质,用常规的检测方(fāng)法(fǎ)还难以实现。通过实践,选用50P型管道水流量计检测溶液流量,由于其没有运动部件,加之(zhī)合理选择内衬材料和电*材质,可以有效地抗酸和抗结晶,其(qí)量程可根据工艺情(qíng)况通过调整内部组态来进行改变。
二、管道水流量计的应用须注意(yì)选型设计、安装维护等(děng)关键问题
1. 选型设计
公司以前采用50Hz工频激磁方(fāng)式的管道水流量计时,零点稳定(dìng)性及抗(kàng)干扰(rǎo)能(néng)力(lì)差,特别是对含(hán)有固体颗粒流体测量更不稳定,常有莫名其妙的跳变(biàn)输出。使用十年多来,我们发现管道水流量计不但在制造工艺上确保产品经久(jiǔ)耐用,而(ér)且在设计原(yuán)理上也有其独到的优势:
(1) 管道水流量(liàng)计采用的直流低频矩形波励磁方式(如图),工作频(pín)率大约在20Hz左右。采用交变的直(zhí)流励磁方式,具有很好的零点稳定性,良好的(de)抗干扰和处理噪声的能力(lì)和(hé)低功(gōng)耗。在(zài)此基础上,还有其**的励磁电压处理模式,进(jìn)一步提高了测量的性(xìng)能。通(tōng)常的励磁过程是电源(yuán)接(jiē)通以后,产生一个稳定的交变电压,然后在一个周期内,线圈电流(liú)逐渐升高,由于存在电涡流的影响(xiǎng),磁场的建立时间(jiān)会在电涡流衰减以后,因此使得真正测(cè)量的时间变得很短。而采(cǎi)用的(de)是过电压的方式,在一个很短的时间(tR)内,施加了一个3倍于正(zhèng)常值的电(diàn)压后,再恢复到正常的供电(diàn)电压,使(shǐ)得线圈(quān)电流和磁场能在*短的时间内建立起来,比普(pǔ)通的励磁方式缩短了5倍的时间,从而(ér)增加了测量的时间,保(bǎo)证了(le)更加准确和稳(wěn)定的测量。
低频方波励磁是一种比较好的励磁方式,目前已在(zài)管道水流量计上广泛的应用。概括一下,它(tā)具有(yǒu)如下优点:能避免交流磁场的正交电磁(cí)干扰消除由(yóu)分(fèn)布电容引起的工频干扰:抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流排除直流励磁(cí)的*化现象。
直流低频矩形波励磁方式能满足工业(yè)对管(guǎn)道水流量计85%以上的(de)应用(yòng)。对于泥浆和其他非均匀流体,用高功率直流磁场(chǎng)配以增加的测量频率来(lái)解(jiě)决。工作频率提升至50Hz左右,感(gǎn)应电压的振幅相(xiàng)当高(gāo),再配以DSP(数字信号处(chù)理)放大器足以克服(fú)过程噪声。
用于脉动流和快速灌装工艺的管道水流量计,其励磁线(xiàn)圈产生低功率但高频(85Hz)的信号,优异(yì)的信(xìn)号处理能滤去杂乱的噪声。
(2) *小流量信号的获(huò)得
管道水流量计的技术参数表明能够测量的*小流(liú)量(速)是0.01m/s,也就是说管道水流量计能在如此小的流量下仍能得到流量信号。根据法拉*定律,流体流过后会(huì)产生一定的(de)感应电动(dòng)势(shì),而这个电动势,即流量信号的(de)强弱和整个流量计电路放大器的处理能(néng)力和抗干扰能力有很(hěn)大的关系,管道水流量计能够产生300V/(m/S)信号(hào)强度,即(jí)滤波和(hé)放大(dà)电路能够检测到*低3IJV的信号,因(yīn)此可以测量*低0.01m/s的流量信号。
(3) 管道(dào)水流量计由各种(zhǒng)内衬和电(diàn)*组成的十多种传感(gǎn)器来满足不同工况和测量介质的需要。如用PTFE/硬橡胶内衬配以子弹头电*(特制的尖而直流低(dī)频矩形液勖磁壳式图光滑头日pA日Bt;减少频繁的清洗周期从而减少维修成本)用于含脂肪的废水(shuǐ)一防止脂肪(fáng)覆盖电*:用聚(jù)氨酯或天(tiān)然胶内衬配以碳化钨涂层电*具有很高的耐磨性,可用于浓缩矿浆(细浆体,颗粒尺寸小于0.5mm)的测量:用天然胶内衬配以刷子电*可用于碾磨过程(chéng)的原浆体,隧道挖掘机,采砂(shā)船开采应用(岩石浆料,颗粒尺寸大于(yú)0.5mm)。
(4) 高级诊断功能。*一级:对流量计本身运(yùn)行情况的实时监控,如电(diàn)*结垢、腐蚀及损坏的判断:磁场线(xiàn)圈的(de)监测,能(néng)判断工作(zuò)环境(jìng)的好坏及是否过载。*二级:由于(yú)有历史数据的存储和对于趋(qū)势(shì)的判断,能判断在(zài)线得到的数据是否合(hé)理,从而使(shǐ)得维修(xiū)工程师根据仪表的(de)实际使(shǐ)用情况来做出是否需要或何时进行适当的维修的判断。*三级:用FieldTool这个软件包就能(néng)在计算机上知晓以上所有高级诊断功能得出的结论,并做必要的修正而无需下现场进行维护,FieIdTool另外一个非常重要的功能就是可(kě)以设置某(mǒu)些报警信息利用”中国移(yí)动或联通”的短信(xìn)息服(fú)务平台传送到手机(jī)上。
(5) 其他的(de)技术优势,如E+H公司的管道(dào)水流量计都是四电(diàn)*的,比一般公司多出了两个电*:接地电*使测量更稳定(dìng),空管检测电*可**检测所(suǒ)测流体是否满管:电*清洗功能减少现场维护成本:全中文操作菜单使调试更容易等。
2. 安装(zhuāng)问题
安(ān)装场所要求振动小,避免附近有电动机(jī)、变压器等强电源引起的电磁(cí)干扰。流量计可垂直、水平或倾斜安装,但必须保证两电*的中心轴线处于水平状态,运行时管内充满流体(tǐ)。测量混合相流体时,不会引起相分离:流体中气泡要少(有少量气(qì)泡或泡状流时,测得(dé)的是含有气泡体积的气液固(gù)混合流的体积流量),但气体含(hán)量不能增加到形成弹(块)状(zhuàng)流。对磨损大的矿(kuàng)浆,应垂直安装,使(shǐ)流体自下(xià)而上以保证磨(mó)损均匀、固体颗粒不会沉积。
为获得正常(cháng)测量准确度(dù),流(liú)量计前也需有一定长度(至少5D)的(de)直管(guǎn)段:对中小型管道,为及时清(qīng)除结垢、结晶等,宜安装(zhuāng)旁路管:接地(dì)环的安装应(yīng)保证单独、良好接(jiē)地(10Q以下),具有零电位。若用空管检测必须注意变送器安装方向。
管道水流量计PTFE内衬慎用于真(zhēn)空状态,特别是大(dà)的公称直径(jìng)的内(nèi)衬在高温真(zhēn)空状态(tài)下会永久(jiǔ)损坏,而且真空状态下容易产生气穴或气泡使得测量不(bú)准(zhǔn)。
若流量计安装在管道的顶端就可能产生气(qì)泡,而聚集的气泡就(jiù)会影响测量:若流量计安装在(zài)向下的敞开管线的上(shàng)游,气泡就(jiù)会大量通过流(liú)量计引起测(cè)量误差。所(suǒ)以,应尽量把流量计(jì)安装在管(guǎn)道的下(xià)游,使之产生(shēng)足够的背压(yā)来避免产生(shēng)气穴。
3. 运行与维护
仪(yí)表投运前,传感器管内必须充满(mǎn)测量液体,通电(diàn)后在静止状(zhuàng)态下作零点调整:投运后,有条件(jiàn)时亦要定(dìng)期停流检查零点,尤其是易沉淀、易污染电*的测点。测量管内壁沉积或结垢层应及时清除.否则绝缘层会包裹电*,断开电*回路,或被(bèi)附着层短路(附着(zhe)物电导率显著高于流体电导率时),或引起管内径的变化而产生较大误(wù)差:清垢时也不能用起子等工具猛烈铲、刮电*和内(nèi)衬。
三. 结束语
为很好地解决有色冶炼过程中一些介质的(de)流量测量问题,除继续跟(gēn)踪国(guó)际新型检测仪表和技术发展动向外,还要(yào)研究相(xiàng)关仪表的选型设计(适用性、可靠性、经济性、先进性和准(zhǔn)确度等).并针对应用过程中出现的各种问题进行研究改进与总结提高,并同仪表制造厂家及时沟通.才能应用好这些新型流量计,让它们真正起(qǐ)到”工(gōng)业的眼睛(jīng)”的作用。
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