CN102276452A - 一种用于醋酸仲丁酯的生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于醋酸仲丁酯的生产设备，包括原料加氢反应装置、加成反应装置、碳四分离装置、共沸精馏装置、醋酸回收装置和精馏提纯装置，所述原料加氢反应装置的液相出口连通所述加成反应装置的物料进口，所述加成反应装置的物料出口连通所述碳四分离装置的物料进口，所述碳四分离装置的液相出口连通所述共沸精馏装置的物料进口，所述共沸精馏装置的液相出口和气相出口分别连通所述醋酸回收装置的物料进口和所述精馏提纯装置的物料进口，所述醋酸回收装置的气相出口连通所述加成反应装置的物料进口。本发明用于醋酸仲丁酯的生产，原料转化率高，生产控制灵活，产品跟副产品分离彻底，产品纯度高，能实现连续生产。

Description

一种用于醋酸仲丁酯的生产设备

 

技术领域  

本发明涉及一种用于生产醋酸仲丁酯的生产设备。

背景技术  

醋酸仲丁酯作为一种新型溶剂，具有低毒性、溶解能力强等特点，逐渐受到人们的关注，目前醋酸仲丁酯的主要生产设备有两种，即串联式管式固定床反应器和催化精馏塔。

串联式管式固定床反应器一般采取几个反应器串联，原料从第一个反应器进入，逐级反应，从最后一个反应器排出，由于只有一个进料口，物料只能逐个顺序流经各反应器，实际作用相当于一段多级反应器，需要更换催化剂时，需要全部停车才能进行，而且在调整原料配比方面造成调节缓慢，导致生产负荷小、原料转化率低、生产控制不灵活。催化精馏塔在进料口设置反应段，由于设备条件的限制，其催化剂填装量有限，原料处理量小、生产能力低，同时，物料的停留时间相对较小，转化率低。

而且在使用管式固定床设备生产醋酸仲丁酯的过程中，会不可避免的发生许多副反应：混合碳四原料中的丁烯会发生聚合反应生成碳八、碳十二组分，丁烯也会发生水合反应生成醇，并能生成部分分子量更小的醋酸酯类，这些副反应的发生降低了醋酸仲丁酯的纯度，其中沸点低于醋酸仲丁酯的称为轻组分，高于醋酸仲丁酯的称为重组分。因此为了提高醋酸仲丁酯的质量，生产中，必须将这些副反应产生的杂质分离出去。目前对醋酸仲丁酯的分离提纯设备，一种是采用闪蒸设备、共沸精馏塔和水洗釜，先将轻组分与反应后碳四共同闪蒸出来，而后采用共沸精馏塔和水洗釜分离醋酸、醋酸仲丁酯、重组分；另一种分离提纯设备为闪蒸设备和两个共沸精馏塔，先将反应后碳四闪蒸出来后，采用两次共沸精馏先分离出醋酸，再分离轻组分与醋酸仲丁酯。采用以上第一种分离设备分离提纯醋酸仲丁酯时，碳四与轻组分共同蒸出，由于碳四在常压下为气相，轻组分为液相，沸点相差很大，用途也相差太远，两种物质分离后互相均会有残存，相互影响品质；采用以上第二种设备分离提纯醋酸仲丁酯时，采用两次共沸精馏增加了操作的难度，并且加入共沸剂会引入更多的杂质，影响轻组分的纯度。

醋酸仲丁酯合成原料中的丁烯主要来源于MTBE后的混合碳四，其中含有的1,3-丁二烯在醋酸仲丁酯的生产中具有很大的副作用。1,3-丁二烯在醋酸仲丁酯的合成中可发生叠合反应生成重组分，降低醋酸仲丁酯产品的纯度和收率，降低经济效益；而且丁二烯还会在酯化催化剂表面发生齐聚反应，生成胶质，堵塞催化剂孔道，缩短催化剂的寿命；再就是酯化反应时剩余的少量丁二烯使正丁烯的质量达不到合成要求，且易使催化剂因结焦而失活降低。现有的醋酸仲丁酯生产设备中没有原料碳四预处理装置，导致混合碳四中存在的1,3-丁二烯对酯化反应效果、产品质量都造成较大的影响。

醋酸仲丁酯生产过程中为了使丁烯充分反应，要求原料冰醋酸过量，因此在酯化反应后，需要将产品醋酸仲丁酯从过量的醋酸与醋酸仲丁酯的混合物中提纯出来。一般情况下两种物质的分离设备为普通精馏塔，利用两种物质的沸点不同、相对挥发度的差异通过精馏进行分离。但是，由于醋酸的沸点117 .9℃（标准大气压）与醋酸仲丁酯的沸点112.3℃（标准大气压）相差太小，相对挥发度接近1，因此为了达到好的分离效果，精馏塔需要更多的理论塔板数，致使精馏塔高度增加、设备投资和能耗费用增加，而且分离效果不理想，影响产品质量。目前广泛使用的醋酸仲丁酯与醋酸分离的方法为共沸精馏法，但是，在实际生产中发现由于雾沫夹带等原因，醋酸仲丁酯产品中仍然存在微量的醋酸，由于醋酸仲丁酯作为溶剂使用，此含量的醋酸仍会对后续的生产设备、容器造成一定的腐蚀，对生产、设备影响都较大。

发明内容   

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种原料纯度、转化率高，生产控制灵活，产品提纯分离效果好，产品质量、纯度高，可以实现连续生产的用于醋酸仲丁酯的生产设备。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于醋酸仲丁酯的生产设备，包括原料加氢反应装置、加成反应装置、碳四分离装置、共沸精馏装置、醋酸回收装置和精馏提纯装置，所述原料加氢反应装置的液相出口连通所述加成反应装置的物料进口，所述加成反应装置的物料出口连通所述碳四分离装置的物料进口，所述碳四分离装置的液相出口连通所述共沸精馏装置的物料进口，所述共沸精馏装置的液相出口和气相出口分别连通所述醋酸回收装置的物料进口和所述精馏提纯装置的物料进口，所述醋酸回收装置的气相出口连通所述加成反应装置的物料进口。

其中，所述原料加氢反应装置包括进料预热器、加氢反应器和精馏塔，所述加氢反应器的进口连通所述进料预热器的出口，所述加氢反应器的出口连通所述精馏塔的物料进口，所述精馏塔的液相出口连通所述加成反应装置的物料进口，所述加氢反应器的进口处设有氢气进料管路。

所述精馏塔的气相出口依次连通有冷凝器和回流罐，所述回流罐分别设有与所述精馏塔的回流口连通的回流管路和碳四排出管路。

所述加成反应装置至少包括相互串联的三个反应器，所述相互串联的各反应器的物料出口连通下一个反应器的物料进口，所述原料加氢反应装置的精馏塔的液相出口连通位于串联始端的反应器的物料进口，位于相互串联的串联末端的反应器的物料出口连通所述碳四分离装置的物料进口，所述各反应器的进口处设有将各反应器相互连通的控制管路，所述控制管路在各反应器前均设有控制阀门，所述各反应器自相互串联的第二反应器起的进口处均设有原料补加管路。

作为一种优选，所述反应器设有相互串联的三个。

作为一种改进，所述各反应器的物料进口处设置有温度调节器和混合器，所述精馏塔的液相出口或者原料补加管路、相互串联的各反应器的物料出口通过所述温度调节器和混合器连通所述相互串联的下一个反应器的物料进口。

作为进一步的改进，位于相互串联的反应器的串联末端的反应器的物料出口设有循环管路连通位于串联始端的反应器的物料进口，所述循环管路上设有循环泵，所述位于串联始端的反应器的物料进口处设有醋酸进料管路。

所述碳四分离装置包括碳四分离塔和与所述碳四分离塔的气相出口依次连通的冷凝器和回流罐，所述位于相互串联的串联末端的反应器的物料出口连通所述碳四分离塔的物料进口，所述回流罐的出口分别设有连通所述碳四分离塔的回流口的回流管路和碳四排出管路，所述碳四分离塔的液相出口连通所述共沸精馏装置的物料进口。

所述共沸精馏装置包括共沸精馏塔和与所述共沸精馏塔的气相出口依次连通的冷凝器和油水分离罐，所述碳四分离塔的液相出口连通所述共沸精馏塔的物料进口，所述共沸精馏塔的液相出口连通所述醋酸回收装置的物料进口，所述油水分离罐的油相出口连通所述精馏提纯装置的物料进口，所述油水分离罐的水相出口和油相出口分别设有回流管路连通所述共沸精馏塔的回流口。

所述醋酸回收装置包括醋酸精制塔和与所述醋酸精制塔的气相出口依次连通的冷凝器和回流罐，所述共沸精馏塔的液相出口连通所述醋酸精制塔的物料进口，所述回流罐的出口分别连通所述串联始端的反应器的物料进口和通过回流管路连通所述醋酸精制塔的回流口。

所述精馏提纯装置包括精馏提纯塔和与所述精馏提纯塔的气相出口依次连通的冷凝器和回流罐，所述油水分离罐的油相出口连通所述精馏提纯塔的物料进口，所述精馏提纯塔的侧壁设有醋酸仲丁酯出口，所述回流罐的出口分别设有与所述精馏提纯塔的回流口连通的回流管路和轻组分排出管路。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明在加成反应装置前设有原料加氢反应装置，通过加氢反应，将混合碳四原料中的1,3-丁二烯转化成正丁烯，提高了原料中的有效成分含量，提高了原料的转化率，避免了1,3-丁二烯在合成中发生的副反应，减少了产品中的杂质含量，提高了产品醋酸仲丁酯的纯度和收率，避免了丁二烯在酯化催化剂表面发生的齐聚反应、生成胶质、堵塞催化剂孔道的问题，提高了催化剂的催化活性，延长了催化剂的使用寿命。

本发明的加成反应装置的加成反应器设有相互串联的三个，且各反应器的进口处设有将各反应器相互连通的控制管路，自相互串联的第二反应器起的进口处均设有原料补加管路，根据生产需要，比如更换催化剂或者根据转化率情况，通过控制管路可以控制其中的一至几个反应器参与反应，生产控制灵活方便，通过补加管路可以向各参与反应的反应器内补加原料，保证每段反应器都能满负荷运转，提高了产量，而且保证了原料转化率、产品纯度和收率。

本发明设有碳四分离装置、共沸精馏装置、醋酸回收装置和精馏提纯装置，加成反应后先将沸点低的碳四组分经碳四分离塔精馏分离出来，然后再将碳四分离塔分离出来的液相经共沸精馏塔共沸精馏，共沸精馏塔液相出口的醋酸经醋酸精制塔精制提纯后再去参与加成反应，避免了醋酸中水含量高影响反应转化率和产品纯度的问题，醋酸仲丁酯、轻组分及部分重组分由共沸精馏塔顶蒸出后去精馏提纯塔精馏提纯，轻组分从精馏提纯塔顶采出，产品醋酸仲丁酯从精馏提纯塔侧壁采出，精馏提纯塔底得到重组分，可以同时得到四种有价值的产品，分离彻底，且分离出来的碳四成分热焓值高，可作为高清洁能源，轻组分可作为混合油脂用作溶剂等，重组分具有汽油、柴油相似的组分，可作为油品调和剂，得到的产品醋酸仲丁酯纯度高，含量可达到99.5wt%。

2、本发明的加成反应装置在各反应器的进口处均设有温度调节器，保证进入每段反应器的物料温度为所需反应温度，有利于控制合适的反应条件，保证了反应效果，而且在相互串联的反应器的串联末端的反应器的出口通过循环管路连通位于所述相互串联的反应器的始端的反应器的进口，在循环管路上设有循环泵，根据反应转化率情况，可以控制物料进行循环反应，进一步提高了原料转化率、产品纯度和收率。

3、本发明在原料加氢反应装置的精馏塔、醋酸精制塔、碳四分离塔和精馏提纯塔的回流罐、共沸精馏塔的油水分离罐均设有回流管路与所述精馏塔、醋酸精制塔、碳四分离塔、共沸精馏塔和精馏提纯塔的回流口连通，通过气液两相传质传热，调节了气相温度和精馏效果。

附图说明  

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图是本发明实施例的结构示意图。

图中，1.原料加氢反应装置；11.进料预热器；12.加氢反应器；13.精馏塔；14.氢气进料管路；15.加氢冷凝器；16.加氢回流罐；17.加氢碳四排出管路；2.加成反应装置；21.反应器；22.控制管路；23.控制阀门；24.原料补加管路；25.温度调节器；26.混合器；27.循环管路；28.循环泵；29. 醋酸进料管路；3.碳四分离装置；31.碳四分离塔；32.碳四分离冷凝器；33.碳四分离回流罐；34.碳四分离碳四排出管路；4.共沸精馏装置；41.共沸精馏塔；42.共沸精馏冷凝器；43.油水分离罐；5. 醋酸回收装置；51.醋酸精制塔；52.醋酸精制冷凝器；53.醋酸精制回流罐；6.精馏提纯装置；61.精馏提纯塔；62.精馏提纯冷凝器；63.精馏提纯回流罐；64. 醋酸仲丁酯出口；65.轻组分排出管路。

具体实施方式  

如图所示，一种用于醋酸仲丁酯的生产设备，包括原料加氢反应装置1、加成反应装置2、碳四分离装置3、共沸精馏装置4、醋酸回收装置5和精馏提纯装置6，所述原料加氢反应装置1包括进料预热器11、加氢反应器12和精馏塔13，所述加氢反应器12的进口连通所述进料预热器11的出口，所述加氢反应器12的出口连通所述精馏塔13的物料进口，所述加氢反应器12的进口处设有氢气进料管路14，所述精馏塔13的气相出口依次连通有加氢冷凝器15和加氢回流罐16，所述加氢回流罐16分别设有与所述精馏塔13的回流口连通的回流管路和加氢碳四排出管路17；所述加成反应装置2包括相互串联的三个反应器21，所述相互串联的各反应器21的物料出口连通下一个反应器21的物料进口，所述精馏塔13的液相出口连通位于串联始端的反应器21的物料进口，所述各反应器21的进口处设有将各反应器21相互连通的控制管路22，所述控制管路22在各反应器21前均设有控制阀门23，所述各反应器21自相互串联的第二反应器21起的进口处均设有原料补加管路24，位于串联始端的反应器21的物料进口处设有醋酸进料管路29，所述各反应器21的物料进口处设置有温度调节器25和混合器26，位于串联始端的醋酸进料管路29、精馏塔13的液相出口通过混合器26和温度调节器25连通位于串联始端的反应器21，所述原料补加管路24、相互串联的第二或第三反应器21的物料出口、所述温度调节器25的出口通过混合器26连通所述相互串联的下一个反应器21的物料进口，位于相互串联的反应器21的串联末端的反应器21的物料出口设有循环管路27连通位于串联始端的反应器21的物料进口，所述循环管路27上设有循环泵28；所述碳四分离装置3包括碳四分离塔31和与所述碳四分离塔31的气相出口依次连通的碳四分离冷凝器32和碳四分离回流罐33，位于相互串联的串联末端的反应器21的物料出口连通所述碳四分离塔31的物料进口，所述碳四回流罐33的出口分别设有连通所述碳四分离塔31的回流口的回流管路和碳四分离碳四排出管路34；所述共沸精馏装置4包括共沸精馏塔41和与所述共沸精馏塔41的气相出口依次连通的共沸精馏冷凝器42和油水分离罐43，所述碳四分离塔31的液相出口连通所述共沸精馏塔41的物料进口，所述油水分离罐43的水相出口和油相出口分别设有回流管路连通所述共沸精馏塔41的回流口；所述醋酸回收装置5包括醋酸精制塔51和与所述醋酸精制塔51的气相出口依次连通的醋酸精制冷凝器52和醋酸精制回流罐53，所述共沸精馏塔41的液相出口连通所述醋酸精制塔51的物料进口，所述醋酸精制回流罐53的出口分别通过回流管路连通所述醋酸精制塔51的回流口和所述串联始端的反应器21的物料进口；所述精馏提纯装置6包括精馏提纯塔61和与所述精馏提纯塔61的气相出口依次连通的精馏提纯冷凝器62和精馏提纯回流罐63，所述油水分离罐43的油相出口连通所述精馏提纯塔61的物料进口，所述精馏提纯塔61的侧壁设有醋酸仲丁酯出口64，所述醋酸精制回流罐63的出口分别设有与所述精馏提纯塔61的回流口连通的回流管路和轻组分排出管路65。

本发明的工作原理为：混合碳四原料首先进入原料加氢反应装置1的进料预热器11预热后，与从氢气进料管路14来的氢气混合后进入加氢反应器12，在加氢反应器12内进行加氢反应，混合碳四原料中的1,3-丁二烯转化成正丁烯，经加氢后的碳四原料进入精馏塔13进行精馏，碳四轻组分自精馏塔13顶部的气相出口采出后经加氢冷凝器15冷凝后进入加氢回流罐16，然后经回流罐16底部的出口排出，其中大部分经回流管路回流回精馏塔13内调节精馏塔13内的气相温度，少部分采出自加氢碳四排出管路17排出作为碳四副产品，精馏提纯后的正丁烯自精馏塔13底部液相出口排出去加成反应装置2。

加氢反应后的原料丁烯与来自于醋酸回收装置5的醋酸或者自醋酸进料管路29来的原料醋酸首先经混合器26混合后，经温度调节器25调节至需要的反应温度，然后自相互串联的三个反应器21的串联首端的反应器的进口进入反应器21，在反应器内催化剂的作用下进行一级反应，一级反应后的物料自串联首端的反应器出口21排出，先经温度调节器25调节至反应所需温度后，与自原料补加管路24来的补加原料丁烯共同进入混合器26进行混合后，进入相互串联的第二个反应器21内进行二级反应，然后二级反应后的物料先经温度调节器25调节至反应所需温度后，与自原料补加管路24来的补加原料丁烯共同进入混合器26进行混合后，进入位于串联末端的反应器21进行三级反应，三级反应后的产品自位于串联末端的反应器21的物料出口排出去碳四分离装置3，根据反应转化率情况开启循环泵28，自串联末端的反应器出口21排出的物料可以自循环管路27循环回到串联首端的反应器21再次参与反应。根据反应转化率情况或者反应器21内催化剂催化能力情况或者生产不能满负荷运转时，关闭任一个反应器21前的进料阀门，然后打开该反应器21前的控制管路22上的控制阀门23，使物料进入下一个反应器21进行反应，不参与反应的反应器21可以更换催化剂或者检修，因此在更换催化剂或者检修的情况下，可以不停车对各个反应器21轮流进行，在不能满负荷生产时，也可以选择其中的一个或两个反应器21反应。

加成反应后的物料进入碳四分离塔31，在碳四分离塔31内汽化分离，低沸点的碳四组分自塔顶采出，经碳四分离冷凝器32冷凝后进入碳四分离回流罐33，部分作为碳四副产品经碳四分离碳四排出管路34排出，部分经回流管路回流回碳四分离塔31，塔底液相自液相出口排出去共沸精馏装置4，自共沸精馏塔41的物料进口进入，经汽化分离，塔底得到的液相醋酸去醋酸回收装置5，醋酸仲丁酯、轻组分及部分重组分由共沸精馏塔41顶采出后，经共沸精馏冷凝器42冷凝后去油水分离罐43，经油水分离，共沸剂自油水分离罐43的水相出口排出回流回共沸精馏塔41，油相部分回流回共沸精馏塔41，其余的油相去精馏提纯装置6。

液相醋酸进入醋酸精制塔51后，经精制精馏，醋酸从气相出口排出经醋酸精制冷凝器52冷凝后进入醋酸精制回流罐53，部分回流回醋酸精制塔51，部分去加成反应装置2参与加成反应，废醋酸自醋酸精制塔51塔底排出。

自油水分离罐43来的油相自精馏提纯塔61的物料进口进入，进一步精馏提纯，轻组分自精馏提纯塔61的塔顶采出，经精馏提纯冷凝器62冷凝后进入精馏提纯回流罐63，部分作为轻组分副产品经轻组分排出管路65排出，产品醋酸仲丁酯经精馏提纯塔61侧壁的醋酸仲丁酯出口64排出，重组分自精馏提纯塔61底排出。

Claims (10)

1.一种用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：包括原料加氢反应装置、加成反应装置、碳四分离装置、共沸精馏装置、醋酸回收装置和精馏提纯装置，所述原料加氢反应装置的液相出口连通所述加成反应装置的物料进口，所述加成反应装置的物料出口连通所述碳四分离装置的物料进口，所述碳四分离装置的液相出口连通所述共沸精馏装置的物料进口，所述共沸精馏装置的液相出口和气相出口分别连通所述醋酸回收装置的物料进口和所述精馏提纯装置的物料进口，所述醋酸回收装置的气相出口连通所述加成反应装置的物料进口。

2.如权利要求1所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：所述原料加氢反应装置包括进料预热器、加氢反应器和精馏塔，所述加氢反应器的进口连通所述进料预热器的出口，所述加氢反应器的出口连通所述精馏塔的物料进口，所述精馏塔的液相出口连通所述加成反应装置的物料进口，所述加氢反应器的进口处设有氢气进料管路。

3.如权利要求2所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：所述精馏塔的气相出口依次连通有冷凝器和回流罐，所述回流罐分别设有与所述精馏塔的回流口连通的回流管路和碳四排出管路。

4.如权利要求2所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：所述加成反应装置至少包括相互串联的三个反应器，所述相互串联的各反应器的物料出口连通下一个反应器的物料进口，所述原料加氢反应装置的精馏塔的液相出口连通位于串联始端的反应器的物料进口，位于相互串联的串联末端的反应器的物料出口连通所述碳四分离装置的物料进口，所述各反应器的进口处设有将各反应器相互连通的控制管路，所述控制管路在各反应器前均设有控制阀门，所述各反应器自相互串联的第二反应器起的进口处均设有原料补加管路。

5.如权利要求4所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：所述各反应器的物料进口处设置有温度调节器和混合器，所述精馏塔的液相出口或者原料补加管路、相互串联的各反应器的物料出口通过所述温度调节器和混合器连通所述相互串联的下一个反应器的物料进口。

6.如权利要求4所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：位于相互串联的反应器的串联末端的反应器的物料出口设有循环管路连通位于串联始端的反应器的物料进口，所述循环管路上设有循环泵，所述位于串联始端的反应器的物料进口处设有醋酸进料管路。

7.如权利要求4所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：所述碳四分离装置包括碳四分离塔和与所述碳四分离塔的气相出口依次连通的冷凝器和回流罐，所述位于相互串联的串联末端的反应器的物料出口连通所述碳四分离塔的物料进口，所述回流罐的出口分别设有连通所述碳四分离塔的回流口的回流管路和碳四排出管路，所述碳四分离塔的液相出口连通所述共沸精馏装置的物料进口。

8.如权利要求7所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：所述共沸精馏装置包括共沸精馏塔和与所述共沸精馏塔的气相出口依次连通的冷凝器和油水分离罐，所述碳四分离塔的液相出口连通所述共沸精馏塔的物料进口，所述共沸精馏塔的液相出口连通所述醋酸回收装置的物料进口，所述油水分离罐的油相出口连通所述精馏提纯装置的物料进口，所述油水分离罐的水相出口和油相出口分别设有回流管路连通所述共沸精馏塔的回流口。

9.如权利要求8所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：所述醋酸回收装置包括醋酸精制塔和与所述醋酸精制塔的气相出口依次连通的冷凝器和回流罐，所述共沸精馏塔的液相出口连通所述醋酸精制塔的物料进口，所述回流罐的出口分别连通所述串联始端的反应器的物料进口和通过回流管路连通所述醋酸精制塔的回流口。

10.如权利要求8所述的用于醋酸仲丁酯的生产设备，其特征在于：所述精馏提纯装置包括精馏提纯塔和与所述精馏提纯塔的气相出口依次连通的冷凝器和回流罐，所述油水分离罐的油相出口连通所述精馏提纯塔的物料进口，所述精馏提纯塔的侧壁设有醋酸仲丁酯出口，所述回流罐的出口分别设有与所述精馏提纯塔的回流口连通的回流管路和轻组分排出管路。

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