CN1046576A - 纸浆洗涤设备和工艺 - Google Patents

Abstract

公开了洗涤纤维素纸浆的改进型压力洗浆机和工艺，洗浆机在转鼓上形成一层纸浆，在纸层的形成区和卸料区之间纸浆从洗涤区向脱水区移动。在鼓上装设一罩，并有适当的密封，从而可在洗涤区和脱水区内建立气压。为了释放通常会在洗浆机鼓内憋住的压力，用导管连接鼓的内部和经罩鼓风加压的风机入口。这样，因为鼓内维持在大气压或低于大气压，可使泡沫的产生减到最低程度。装设取料滚筒或刮刀以从鼓上取下纸层。

Description

本发明涉及造纸领域，特别是与造纸中的纸浆生产有关。本发明尤其与洗涤纸浆的装置和工艺有关。

在造纸工业中，将木片或其他纤维材料与化学品一起在较高温度、压力下蒸煮，以除去将纤维结合在一起的粘合剂，如木质素。在蒸煮时，在蒸煮液中生成各种化合物和络合物。因为在蒸煮操作中使用大量的化学品，即使不太昂贵，也会造成成本提高，因此能否进行化学品回收就成为降低成本的关键问题。日益严格的环境保护标准，要求所有排放的废水都要经过适当的处理。因此高效的纸浆洗涤工艺不但有利而且十分必要。所以最好是将黑液以及在蒸煮操作时生成的各种化合物和络合物在蒸煮后与纤维完全分离，以便各种组份都能经过适当处理，再生或其他工艺过程。

纸浆洗涤的目标是获得基本上不含可溶性杂质的纸浆。优先的洗涤系统是仅应用少量的洗涤液，将可完全除去废液和其他杂质。为了化学品回收和/或其他后续的废液处理，任何在洗涤阶段添加的洗涤液都必须通过蒸发或其他办法加以处理。因此希望把在洗涤中添加的洗涤液用量减至最小。相对所用的洗涤液量，造纸工业采用“稀释因子”这个术语评价洗涤系统的效率。稀释因子可能释为，当纸浆离开系统时，在系统中加入的，在被洗涤的纸浆中未除去的水或其他洗涤液量。如果添加的洗涤流体的量等于通过系统排出的被洗涤流体的量，则稀释因子为零。因此希望较低的稀释因子。

早期的纸浆洗涤工艺可描述为稀释洗涤。这种洗涤常在蒸煮吹槽中或在几个分开的容器中完成。基本上由连续的步骤组成。在过程中洗涤液加入到排过水的纸浆中，以稀释纸浆中所含的残余黑液，黑液和洗涤液的混合物从纸浆中排出。有时采用压缩的办法以帮助进一步除去稀释的溶液，也采用几次连续的稀释和排水。

这种稀释技术本来就是低效率的，有很高的稀释因子。当需要有效地回收化学品，和环境保护的标准开始要求纸浆厂处理全部排放的废水时，这种稀释技术就不宜采用。

第二种所追求的更加有效的洗涤方式，它的一般特征是置换洗涤。在置换洗涤技术中，控制洗涤液通过纸浆料的扩散以避免混合，洗涤液仅置换纸浆中的黑液。较早的置换洗涤方式是在与蒸煮器分开的称为扩散洗涤器的几个大槽内分批操作。但是由于纸浆纤维的特性，在大的洗涤塔中常常发生沟流，使洗涤液通过纸浆塔时走旁路，而纤维网中包含的黑液却滞留在网内。

因此，为提高洗涤效率和使洗涤进行得更完全，制成了在洗涤装置中形成纸浆层的装置，这种装置由于一次仅通过少量的纸浆，提供更加均匀的排水和更加一致的洗涤。操作大体上是连续的，在洗涤进行时纸浆连续地进入和离开装置。

早期的这种型式的洗浆机有时称之为重力脱水机，由在大的原料槽中转动的有孔的鼓构成。由于通过有孔转鼓存在排水阻力，造成鼓内外流体的液面差，在原料和鼓内部之间的水力压差使得当鼓旋转时时在鼓面上形成纸浆层。在滚筒转动时由于重力作用纸浆料内的液体通过纸浆层和滚筒，重力脱水机的水力容量不大。通过纸浆层的排水仅由重力所致。

为了加速通过重力脱水机的鼓和纸浆层的排水，应用水腿管（大气腿）使鼓内产生部分真空，而纸浆层上面的区域仍保持在大气压。在鼓外部的大气压与鼓内部的低压之间增大的压差改善通过纸浆层的排水，允许使用喷淋器。洗涤液通过喷嘴淋置换纸浆层内的液体。

这类真空洗浆机遇到的主要困难是热流体的闪蒸。一般说来，较高的温度能促进溶液通过纸浆层的排放，因此温度高能提高洗涤效率。但是真空洗浆机在鼓内压力与磅/吋²（psi）的负压下操作，造成较低的平衡温度条件。因而不可能显著地提高真空洗浆机的操作温度以进一步改进排水特性。

上述的重力脱水机和真空洗浆机有外层的壳体和罩，以在其确定区域内保持黑液和有味的气体。作为真空洗浆机的一种替代，以改进通过纸浆层的排水同时避免发生真空洗浆机里的闪蒸问题，已发现，在洗浆机周围的罩内可装设密封，并采用鼓风机来增加罩内纸浆层上方的空气压力。

压力洗浆机在罩内为正压（即大气压以上）鼓内稍高于大气压的条件下操作。同前述的洗浆机一样，转鼓从浆料槽中收集起纤维，形成纸浆层。这种压力洗浆机在洗涤区也利用喷淋器以置换纤维内的黑液。然而用压力洗浆机时也同重力脱水机和真空洗浆机一样，料液浓度限制在大约1-1 1/2 %。在料液浓度转高时形成块状的纸浆层，整个纸浆层的排水特性明显不同，造成不均匀的洗涤。

压力洗浆机技术的进一步发展是利用网前箱或类似的装置，以便将原料分配到多孔的鼓上，以代替重力脱水机和早期的真空及压力洗浆机中采用的槽内收集技术。网前箱类的装置通过输入能量使原料保持在流态化状态，允许应用较高浓度的原料，促进纸浆层的形成。这种洗浆机的纸浆层形成区和洗涤区可以明显分离，从而允许采用新的洗涤技术。在一种这样的技术中，纸浆层形成洗涤液的池底，当多孔滚筒旋转时洗涤流体通过纸浆层排出。

无论在这种或早期的压力洗浆机中，为加压罩内而供给的空气或其它气体，渗透过纸浆层和鼓，使鼓内过压，因此罩和鼓两者都在高于大气压条件下操作，一般来说罩比鼓内的压力更高。

在洗涤区终端和接着的脱水区，纤维层通过再浆化槽，螺旋输送机或其它设备，它们一般都在常压下操作。在加压区和常压的纸浆层卸料区之间装设密封。因为鼓的内部过压，在鼓内部和卸料区之间存在压差，其中鼓内压力高。因此鼓内压力企图从鼓内逃逸，将纸浆层从鼓表面吹离送入再浆化槽或螺旋输送机。一般认为这时移除纸浆有利，事实上，在某些压力洗浆机中从洗浆机罩到鼓内装设旁通管道以进一步增加鼓内的压力，帮助从鼓上吹离纸浆层。

在某些情况下，从鼓内逃逸的空气产生不良效果。由于洗涤特性，洗浆机内表面覆盖一薄层黑液。空气逃逸出鼓时，在其逃逸区内撞击到覆盖在表面上的黑液，使黑液产生泡沫，从而阻塞空气泡的通过。泡沫与纸浆在再浆化槽中混合与纸浆一起通过后续的洗浆工序或其它处理工序。一般不希望纸浆里有空气，那会使排水减慢，从而降低紧接着的洗浆工序效率。过去，应用除泡剂加以弥补，或利用较大的下游洗浆机，使得尽管纸浆的排水减慢仍能得到要求的洗净度。但是对某些种类的纸浆，起泡变成很严重的问题。后续洗浆工序附加设备的费用在经济上是不能接受的。另外，大量的除泡剂可能很贵，而且大量使用不可能总没有损害。

因此本发明的主要目标之一是提供一种洗涤纸浆的装置和工艺，它能有效地置换纸浆中的黑液和杂质，洗涤纸浆的工艺具有低的稀释因子。

本发明的另一目标是提供一种纸浆洗涤装置和工艺，它在连续流动的纸浆洗涤工艺条件下操作。

本发明还有另一目标是装设洗浆机鼓内压力泄放系统，它能容易，迅速，经济地作为改型加到现存的压力洗浆机中。

通过在压力洗浆机内装设泄放洗浆机鼓内过压的装置使本发明达到这些和其它目标。使用各种不同的结构都可达到这个目标。在优先的实施方案中，给洗浆机罩加压的鼓风机空气入口与鼓内连通，因而保证供给的流体至少一部分来自鼓内。加压鼓风机的吸入可以按这样的方式调节以在鼓内造成不同的负压水平，从而增大洗浆机罩和鼓内部的压差促进流体通过纸浆层排出。

由于罩区保持加压状态，可促进排水，鼓内仅需有微小的负压即可减少起泡。因此本发明的压力/真空洗浆机不会明显地遇到其它真空洗浆机中碰到的闪蒸问题。并可保持高的洗涤温度以便更进一步改善排水。

鼓内压力的泄放可以和使罩内加压所用的鼓风机系统互不相干，但是若将鼓内压力泄放系统和罩的加压系统联合起来可节省操作和安装费用。在这样的一种实际安装中，在压力洗涤机的鼓内部和再浆化槽上面的充气室之间装设带有流量调节机构的管道。鼓风机入口就与充气室连通，在充气室与再浆化槽之间的公共壁上也安装阀门，以调节通过那里的空气流量。这样，可以在大气压下的再浆化槽区和密封的鼓内部两处供气之间调节供给充气室的空气量，但是应用本发明泄压后充气室压力将会比大气压高。以这种方式鼓内可保持在常压，或低于大气压的各种不同压力。

另外，鼓内部压力泄放系统也可单独与鼓风机入口连通而与再浆化槽的充气室分开，或者如前所述，鼓内压力的泄放也可使用带有排放到大气中的洗涤器，独立的排气系统。

可以应用各种装置使纸浆层在洗涤区出口从鼓上分离，包括蒸气刮刀，水刮刀或类似机构。

从详细的描述和附图中，本发明的其它目标和优点将会更加显而易见。

图1是实施本发明采用鼓压泄放系统的纸浆洗涤装置的侧视图。

图2是图1所示压力洗浆机纸浆层形成区的放大图。

图3是现有技术的通用压力洗浆机中纸浆层卸料区的放大图。

图4是典型压力洗浆机除去端壁的端视图，显露出洗浆机的内部区域。

图5是为本发明的压力泄放装置适当布置的侧视图。

图6是图5显示的泄压装置的端视图。

现在更详细地参看附图，特别是图1，数字10指的是实施本发明的压力洗浆机，它使用了鼓压泄放机构12。

如外部所见，洗浆机10一般包括由槽16和罩18构成的壳体14。罩18通常由半园筒形的侧壁20和终端壁22和24构成。槽和罩整个包围洗浆机，从而允许加压并保持在洗浆机内的液体和气体。在槽和罩的适当位置装设各种视孔26和人孔28，以观察洗涤的工艺过程或进行少量的调整和修理。

对精通本技术的人来说，显而易见，整体布置，外部的结构，进出洗浆机的管道都可按照洗浆机的特殊类型和它的安装环境，进行很大的改变。因而这里和以后描述的一般洗浆机实施方案是为了图解说明的目的，解释本发明的操作，而不是局限于这些方案，从而限制本发明泄压概念的应用。

现在详细参考图4和其他附图，将更详细地描述洗浆机设备。洗涤鼓40放在槽和罩之间，在其终端装有合适的轴颈以使其旋转。鼓40包括蜂窝状的支持结构42，多孔的表面材料44放置在蜂窝状的支持结构上。为使鼓40在槽和罩内转动装设驱动装置46，鼓以顺时针方向转动，如图2中数字47所表示的箭头所示。鼓40接纳和支持纸浆纤维层，在纸层形成区50和纸层卸料区52之间带着纤维，首先通过洗涤区54，接着通过脱水区56。

图2中清楚可见，纸浆层形成区包括成形板60和合适的调节机构，如驱轴支持62和控制成形板与鼓40相对位置和角度的位置控制机构64。位置控制机构64可以是气动或电动操作的气缸，机构的螺旋机构，或可以控制成形板60运动的其他合适机构。网前箱66接受纸浆的流入，然后在成形板60输入端将它基本上均匀地分布在鼓的表面。一般成形板60控制在这样的位置，使得鼓和成形板之间的空间向鼓40方面逐渐变小，从而当浆料层从筛板的成形端向洗涤区54转动时，浆料层受到轻微的压缩。

洗涤区54从成形板60开始，包括一池洗涤液70，以置换纸浆层中的黑液或其他液体，被置换的液体流经纸浆层，多孔的鼓表面和蜂窝状的支持结构，然后由没有显示的收集装置在鼓40的内部收集起来。收集的液体，也可能包括一部分洗涤液，经过适当的集积然后从洗浆机内排出。池一般从位于或近于网前箱66高度的密封区开始，向上延伸经过洗浆机的左上部象限，如图2所示。通过入口74供应洗涤水。

当需要多次洗涤时，在洗涤区54也可装设常规的洗涤喷淋器，并带有喷淋管76和供水管78，以及合适的阀门80。洗涤喷淋器在纸浆层离开池70之后喷撒附加的置换液体到纸浆层上。

如图2所示，脱水区56通常沿洗浆机的右上部象限上半部延伸，或者从洗涤装置的尾部开始，到密封机构82，洗涤装置可以是池子或最后一个喷淋管76。在脱水区56内，被脱水的浆料，在其离开池子或最后一个喷淋器时近似为8%的浓度，当纸浆层通过密封机构82之下时，达到12%～14%的浓度。

在纸层卸料区52内，将纸浆层从鼓上分离，并放到再浆化槽，螺旋输送器或其他这样的装置作进一步的处理加工。如果纸浆需进入第二洗浆机，可以用再浆化槽打碎纸层，并将它与液体混合以降低它的浓度。另一方面，如果纸浆将要进一步加工或者在脱水之后高浓度下贮藏，可以使用螺旋输送器。

从纸浆层形成区50开始到密封机构82的区为止的罩18区域内，当其加压时，促进了在洗涤区54和在脱水区56内通过纸浆层的排水。装设有入口86和出口88的鼓风机84以使罩内加压。出口88在洗涤区54内把气送入罩内，如图1所示的实施方案中，入口86与图4和5显示的在纸层卸料区52上面的充气室90相连。

在密封机构82后面的纸层卸料区52是常压，鼓40高于大气压区内的空气经过多孔表面材料44，逃逸到密封82后的常压区，这个气流将会把纸层吹离鼓面。这种利用鼓内逃逸气流使纸层脱离的技术，在现有技术的压力洗浆机中已有应用，为了图解说明显示在图3中。

装设密封机构82是为了隔离在罩40内，洗涤区和脱水区这些高于大气压的区域，使其与纸层卸料区52的常压区域隔开。密封机构82有支持板100，以固定可膨胀的袋102，袋有耐磨材料制成的表面衬里104。当可膨胀袋102充气膨胀之后，就对表面材料104施加压力，将其紧压在纸浆层上。通过入口108对可膨胀袋充气和充水，通过排出口110将气或水放出。

到目前为止所描述的洗浆机10是常规的压力洗浆机。在图3的放大图中明显可见，在常规的压力洗浆机中，由数字112表示的鼓的内部被空气或其他加压气体加压，气体从加压的罩区114渗透过纸层113和多孔的鼓表面44。但是当纸层113通过密封机构82之后，纸层113进入到大气压区116。当纸层113离开密封机构后，就承受压力差，鼓内部112的加压空气通过多孔的鼓表面逃逸，如箭头117所示迫使纸层113离开鼓40，进入纸层卸料区。可以装设接纳板118以引导纸层进入再浆化槽或其他后面的工艺设备。

为了保证纸层与鼓的分离，在某些设备中为鼓内部112提供附加的压力，用导管将加压的罩区114与鼓内部112相连。在改进纸层与鼓分离的同时，增加鼓的压力也使在纸层卸料区52内产生泡沫的问题变得更加严重。

鼓40通过常规的旋转和非旋转部件在它的终端相对终端壁22和24处进行密封，这些部件对精通本技术的人来说是很熟悉的。根据本发明，导管120从鼓40密封的内部区域112内通过终端壁22伸出，以用来鼓内放空。在与鼓内112相通的导管120的另一端，则与在纸层卸料区52上面的充气室90相连。这样使鼓内部112加压的流体可以通过导管120流到充气室90。装设阀门机构124，如滑板以可调地控制通过导管120的流量。在充气室90内，壁126有一滑动门128，以可控地让空气从洗浆机10的常压区通过开口130进入该室。如果壁126的滑门128闭合，那末鼓风机84的所有入口空气都由鼓内部112通过导管120供给。从充气室90，由一个或两个导管120，或者通过滑门128供应的空气全部被鼓风机通过它的入口86抽走，并通过它的出口88吹入加压的罩区114。以这种方式，可以降低鼓内部112的压力。

由于鼓内部112的剩余压力不足以把纸张在纸层卸料区52内从鼓上吹离，所以必须装设有效的卸料装置。可以使用任何类型这种的设备，包括从鼓40上铲除纸张的旋转滚筒，水刮刀或蒸汽刮刀把纸张从鼓上分开。

根据本发明在使用和操作有鼓压泄放机构的洗浆机时，浆料在纸浆层的形成区50内沉积到鼓40的多孔表面材料44上。当鼓旋转时，纸浆层被轻微压缩，并进入洗涤区54。从池70来的洗涤液置换在纸浆层内的流体，迫使流体经过多孔的表面进入鼓40内。从喷淋器管76来的喷淋提供附加的置换型洗涤，在整个脱水区56内纸张以众所周知的方式脱水。

在操作中鼓风机84从充气室90通过它的入口86吸入空气。并通过它的出口88向罩18内吹入空气，从而使罩区114加压，改善纸浆层的排水。通过控制阀门装置124和滑门128，可以所希望的方式控制到充气室122的气源，从而控制鼓内部112的压力。只有比从加压的罩区114渗透过纸层和鼓的空气量稍微大一点的气量，需要从鼓的内部112中排出。由于纸层卸料区52是在大气压，只要维持鼓内112的压力稍微低于大气压就将消除空气从鼓内逃逸并与黑液混合形成泡沫的可能性。以这种方式，压力洗浆机的优点，如改进排水性，洗涤温度可以很高等都可保持，而会产生泡沫的缺点却可消除。

应该理解并不一定需要把鼓内部112的压力泄放到充气室122，这种结构仅仅是本发明的一种优先实施方案。例如可以装设一导管连接到鼓内部112，并只排空到大气中，可以带有泵也可以没有泵。另一种方案，可以取消在纸层卸料区52内的充气室，导管120直接与入口86相连，并带有另一个空气入口以便适当混合入口气体。

本发明的鼓压泄压系统可以很快并且很容易地安装到现有的压力洗浆机上，只要用根导管把鼓的内部与鼓风机的入口区连通起来，然后就可使用。另外还应在导管中加上一阀，以控制从原先空气源来的流量。一般鼓风机的入口接受从洗浆机中逃逸的空气，通过气体循环使得逃逸的气体减到最小。如上描述那样，典型的情况是，这个逃逸源靠近或在纸浆层卸料区，做一个改型设计是很简单的事。

这里已详细描述和显示了泄放鼓压的工艺和加压纸浆洗涤装置的一个实施方案和几个修正方案，可以进行各种改变而不会偏离本发明的宗旨。

Claims (16)

1、一种压力洗浆机，其中转鼓上有一层纸浆料在加压的罩区内被洗涤，该层浆料在该罩内与洗涤液接触，装设加压装置为该罩区供应气体使其加压，该加压流体的一部分通过该纸浆层和鼓进入该鼓的内部；其改进措施的特征包括：

导管机构连接到该鼓的内部以从鼓内排出带压的流体；和

控制机构与该导管相连以维持该鼓内的压力不高于大气压。

2、按权利要求1所述的改进措施，其特征是该导管与加压该罩的鼓风机入口相连接，从该鼓内部排出的加压流体再循环去加压该罩区。

3、一种洗涤纸浆料的方法，其中一层纸浆被放置在旋转的多孔鼓上，在洗涤区内与洗涤液接触，在脱水区内进行脱水，然后在纸层卸料区内被从鼓上移去，在洗涤区和脱水区周围装设罩子和密封，并带有鼓风装置以把洗涤区和脱水区加压到大气压之上，其改进措施的特征包括：

在鼓的内部装设密封;和

从鼓内排出气体;因而

在鼓内部维持压力在大气压或低于大气压，而在鼓外的洗涤区和脱水区内维持压力高于大气压。

4、按权利要求3所述的改进方法，其特征包括把从鼓内部排出的气体送到用来加压该洗涤区和脱水区的鼓风机装置。

5、按权利要求3所述的改进方法，其特征包括把排空阶段得到的气体排到大气中去。

6、一种洗浆机，其特征包括：

可旋转的洗浆机鼓，它有多孔的表面以在其上接纳纸浆，并让液体通过;

鼓周围的机壳，包括至少包住一部分鼓的罩;

浆料供应机构，在壳体内把一层纸浆料放置到该鼓上进行洗涤;

在该罩内规定洗涤区的机构，它包括洗涤液供应设备，以用洗涤液置换该纸浆层中的液体;

机壳中的密封装置，以把壳体中的加压区，它包括洗涤区，与壳体中的无压区分离;

鼓风机装置，对该壳体的加压区供应加压气体;

第二密封装置，以把该鼓和它的终端壁所确定的空间与该罩的加压区分离，限制该鼓内部和该加压区与鼓多孔表面的开口之间的流通;

在该鼓内部的接受装置，收集和排放通过多孔表面的液体;

纸浆层的卸料设备，以从加压区，鼓的外侧分离开纸浆层;

与该鼓内部相连的放空装置，以移除通过多孔表面进入该鼓内部的加压气体;和

控制装置，它维持该鼓内部的压力不高于大气压。

7、按权利要求6所述的洗浆机，其特征是纸浆层的卸料区与大气相通，在该纸浆层卸料区内的充气室包括与该鼓内部连接的导管装置;在该充气室内装设的控制设备，可控地让周围的大气进入该充气室，该室与鼓风机装置的入口相连，以向该鼓风机装置可控地供应大气和从该鼓内部排出的加压流体的混合物。

8、按权利要求6所述的洗浆机，其特征是纸层卸料装置包括蒸汽刮刀。

9、按权利要求8所述的洗浆机，其特征是纸浆层卸料区与大气相通，在纸浆层卸料区的充气室包括与该鼓内部连接的导管装置，在该充气室内装设的控制设备，可控地让周围大气进入该充气室，该室与该鼓风机装置的入口导管相连，以向鼓风机装置可控地供应大气与从该鼓内部排出的加压流体的混合物。

10、按权利要求6所述的洗浆机，其特征是该洗涤区包括一池洗涤液，以与纸浆层接触。

11、按权利要求10所述的洗浆机，其特征是纸浆层卸料区与大气相通，在纸浆层卸料区的充气室包括与该鼓内部连接的导管装置，在该充气室内装设的控制设备，可控地让周围大气进入该充气室，该室与该鼓风机装置的入口导管相连，以向鼓风机装置可控地供应大气与从该鼓内部排出的加压流体的混合物。

12、按权利要求6所述的洗浆机，其特征是可旋转的洗浆机鼓和壳体有共同的终端壁，将每个与大气隔开，导管通过该终端壁伸出以提供该鼓内部与鼓风机装置的流动通道。

13、按权利要求12所述的洗浆机，其特征是装设充气室，并与作为流动通道的导管相连，还装设可调的开口以允许周围大气进入该充气室，并将鼓风机装置的入口管与该充气室相连作为流动通道。

14、一种洗涤纸浆的工艺，其特征包括：

把纸浆分布到中空、表面多孔的鼓上，形成均匀的一层，鼓在基本上封闭的壳体内旋转;

将中空表面多孔鼓上的纸浆层与洗涤液接触，因而将液体从纸浆层中置换出来;

将该鼓围绕纸浆层的外部，壳体的内部区域加压，以增加该纸浆层的排水特性;

允许流体对壳体内的该区域加压，以使流体渗透过该纸层和该多孔的鼓;

排出渗透过该纸层和该多孔鼓的流体;

维持该鼓内部的压力低于大气压。

15、按权利要求14所述的洗涤纸浆的工艺，其特征还包括引导在排出阶段从该鼓内部排出的流体到执行加压的装置。

16、按权利要求15所述的洗涤纸浆的工艺，其特征还包括将周围的大气与在排出阶段从该鼓内部排出流体的混合过程，并将该大气和流体的混合物供给加压装置。

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