CN113563977A - 一种废弃油脂的处理系统和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种废弃油脂的处理系统和处理方法，属于生物柴油技术领域。该系统，包括依次连通的废弃油脂罐、第一换热器、预处理塔、一级酯化反应釜和二级酯化反应釜；预处理塔包括塔筒和第一分布器；还包括甲醇酸罐、甲醇酸泵第一循环泵；第一循环泵与第一换热器的出料端连通，第一循环泵与第一分布器的进料端连通，第一循环泵与塔筒的底部出料口连通，甲醇酸泵与甲醇酸罐连通；还包括硫酸罐、硫酸罐分别与一级酯化反应釜和二级酯化反应釜连通。本发明还包括一种废弃油脂的处理方法，包括初级酯化反应、一级酯化反应和二级酯化反应。该系统实现了大幅度降低了硫酸的加入量的同时还可将酯化油的酸价降至1.11KOH/(mg/g)。

Description

一种废弃油脂的处理系统和处理方法

技术领域

本发明涉及生物柴油技术领域，具体涉及一种废弃油脂的处理系统和处理方法。

背景技术

植物油脂精炼产生大量皂脚，需要硫酸酸化还原成酸化油，然后综合利用。60℃低温硫酸催化酯化法生物柴油工艺会产生废硫酸酸水(硫酸浓度在30％左右)。该废酸水通常只能用氧化钙中和，过滤除去硫酸钙后，废水进入污水处理站，存在硫酸的大量损耗；可见现有技术将废弃油脂进行降酸价处理需要通入大量的硫酸并且存在硫酸的浪费，此外还难以将酸价降至3KOH/(mg/g)。以下。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种废弃油脂的处理系统和处理方法，解决现有技术中对废弃油脂进行降酸价处理需要消耗大量的硫酸，并且酸价难以下降至3KOH/(mg/g)以下的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种废弃油脂的处理系统，包括依次连通的废弃油脂罐、第一换热器、预处理塔、一级酯化反应釜和二级酯化反应釜；

所述预处理塔包括塔筒和第一分布器，所述第一分布器设于所述塔筒内；

所述催化酯化系统还包括甲醇酸罐、甲醇酸泵和第一循环泵；所述第一循环泵与所述第一换热器的出料端连通，所述第一循环泵与所述第一分布器的进料端连通，所述第一循环泵与所述塔筒的底部出料口连通，所述塔筒的底部出料口位于所述第一分布器的下方；

所述甲醇酸泵的进料端与所述所述甲醇酸罐连通，所述甲醇酸泵的出料端与所述预处理塔连通；所述预处理塔用于实现甲醇酸和废弃油脂的初步反应；

所述催化酯化系统还包括硫酸罐、所述硫酸罐的出料端分别与所述一级酯化反应釜和所述二级酯化反应釜连通。

进一步地，还包括第二循环泵，所述塔筒的顶部出料口与所述第二循环泵连通，所述第二循环泵与所述一级酯化反应釜连通，所述第二循环泵用于实现所述一级酯化反应釜内的环路循环酯化反应。

进一步地，所述一级酯化反应釜包括第一釜体、第一栅板和第二栅板；所述第一栅板和所述第二栅板设于所述第一釜体内，所述第一栅板位于所述第二栅板的下方，所述第一釜体的侧壁进料口设于所述第一栅板与所述第二栅板之间，所述第一釜体的侧壁进料口与所述第二循环泵连通，所述第一釜体的侧壁出料口设于所述第一栅板的下方，所述第一釜体的侧壁出料口与所述第二循环泵连通。

进一步地，还包括第二换热器，所述第二换热器的进料端与所述第二循环泵连通，所述第二换热器的出料端与所述第一釜体连通。

进一步地，所述二级酯化反应釜包括第二釜体；所述第二釜体内从下往上依次设有第三栅板和第四栅板；还包括第三循环泵，所述第三循环泵与位于所述第三栅板和所述第四栅板之间的侧壁进料口连通，所述第三循环泵与位于所述第四栅板的下方的侧壁出料口连通，所述第三循环泵用于实现所述二级酯化反应釜内的环路循环酯化反应。

进一步地，所述二级酯化反应釜还包括第二分布器，所述第二分布器位于所述第三栅板的下方，所述催化酯化系统还包括甲醇罐，所述甲醇罐与所述第二分布器的进料端连通。

进一步地，还包括第三换热器，所述第三换热器连通，所述第三换热器的进料端与所述第三循环泵，所述第三换热器的出料端与所述第二釜体连通。

进一步地，所述一级酯化反应釜还包括第三分布器，所述第三分布器设于所述第一釜体内并位于所述第二栅板的上方，所述二级酯化反应釜的顶部溢流口与所述第三分布器的进料端连通。

进一步地，所述塔筒内还设有第四分布器，所述第四分布器位于所述第一分布器的上方，所述一级酯化反应釜的底部与所述第四分布器的进料端连通。

此外，本发明还提出一种废弃油脂的处理方法，包括以下步骤：

将废弃油脂预热至65-75℃，之后与甲醇酸在预处理塔中混合进行初级酯化反应得到初级酯化油；

将初级酯化油在60-65℃下与硫酸在一级酯化反应釜中进行一级酯化反应，得到轻相酯化油和重相甲醇酸；

之后将重相甲醇酸输送至预处理塔中进行初级酯化反应中，将轻相酯化油在60-65℃下与硫酸在二级酯化反应釜中进行二级酯化反应得到重相酯化油和轻相甲醇酸，将轻相甲醇酸输送至一级酯化反应釜中进行一级酯化反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过第一换热器控制废弃油脂罐中的废弃油脂进入预处理塔内的温度，在预处理塔中同时输入甲醇酸，在第一循环泵的作用下将原料进行循环环路酯化反应，实现初步降酸价并沉降去除了其中的杂质，之后酯化油混合物先后在一级酯化反应釜和二级酯化反应釜中与硫酸罐中的硫酸进行两次降酸价，硫酸的用量可控，从而大幅度降低了硫酸的加入量，同时得到了较低酸价的酯化油，硫酸的加入量低至2.6％，酯化油的酸价可降低至1.11KOH/(mg/g)。

附图说明

图1是本发明实施例1中的废弃油脂的催化酯化系统的结构示意图。

图2是本发明实施例1中的预处理塔结构示意图。

图3是本发明实施例1中的一级酯化反应釜结构示意图。

图4是本发明实施例1中的二级酯化反应釜结构示意图。

附图标记说明：1、废弃油脂罐；2、第一换热器；3、预处理塔；31、塔筒；32、第一分布器；33、第四分布器；4、一级酯化反应釜；41、第一釜体；42、第一栅板；43、第二栅板；44、第三分布器；5、二级酯化反应釜；51、第二釜体；52、第三栅板；53、第四栅板；54、第二分布器；6、甲醇酸罐；7、第一循环泵；8、硫酸罐；9、第二循环泵；10、第二换热器；11、第三循环泵；12、第三换热器；13、酯化油泵；14、酯化油罐；15、板式冷凝器；16、第一计量泵；17、甲醇酸泵；18、第二计量泵；19、第三计量泵；20、第四计量泵；21、甲醇罐；22、第五计量泵；23、第六计量泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1-4，本实施例提出一种废弃油脂的催化酯化系统，包括通过管道依次连通的废弃油脂罐1、第一换热器2、预处理塔3、一级酯化反应釜4和二级酯化反应釜5；

预处理塔3包括塔筒31和第一分布器32，第一分布器32设于塔筒31内；

催化酯化系统还包括甲醇酸罐6、甲醇酸泵17第一循环泵7，第一循环泵7与第一换热器2的出料端连通，第一循环泵7与第一分布器32的进料端连通，第一循环泵7与塔筒31的底部出料口连通，塔筒31的底部出料口位于第一分布器32的下方；

甲醇酸泵17的进料端与所述甲醇酸罐6连通，甲醇酸泵17的出料端与预处理塔3连通；预处理塔3用于实现甲醇酸和废弃油脂的初步反应；

所述催化酯化系统还包括硫酸罐8、硫酸罐8的出料端分别与一级酯化反应釜4和二级酯化反应釜5连通。

甲醇酸罐6通过甲醇酸泵17将废弃的甲醇酸通入预处理塔3中，废弃油脂罐1将废弃油脂通过第一换热器2预热至70℃左右进入第一分布器32中在第一循环泵7的作用下进行环路循环反应，在预处理塔3中废弃油脂与甲醇酸发生初步反应实现初步降酸，并在预处理塔3中实现杂质的去除，之后将反应后的酯化油混合物引入一级酯化反应釜4中，并根据酯化反应所需硫酸的用量从硫酸罐8中引入硫酸至一级酯化反应釜4中，硫酸与油脂进行一级酯化反应在一级酯化反应釜4中实现沉降分层，轻相油脂位于上部，反应区位于中部，重相甲醇酸位于下部，实现再次降酸，位于上部的轻相油脂从一级酯化反应釜4的溢出口流出进入二级酯化反应釜5，在二级酯化反应釜5中根据需要通入一定量的硫酸继续进行酯化反应实现二次降酸并沉降分层，重相油脂位于下部，反应区位于中部，轻相甲醇酸位于上部，经过三次降酸，最终油脂的酸价可低至1.5KOH/(mg/g)以下，另外通过两次酯化反应根据反应需求通入硫酸，硫酸的用量也大幅度降低，不到3％。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第二循环泵9，塔筒31的顶部出料口与第二循环泵9连通，第二循环泵9与一级酯化反应釜4连通，第二循环泵9用于实现循环一级酯化反应釜4内的环路循环酯化反应。第二循环泵9将塔筒31内的油脂混合物引入一级酯化反应釜4中，并将一级酯化反应釜4内的物料循环发生酯化反应，促使反应的快速进行。

在上述实施例的基础上，本实施例一级酯化反应釜4包括第一釜体41、第一栅板42和第二栅板43；第一栅板42和第二栅板43设于第一釜体41内，第一栅板42位于第二栅板43的下方，第一釜体41的侧壁进料口设于第一栅板42与第二栅板43之间，第一釜体41的侧壁进料口与第二循环泵9连通，第一釜体41的侧壁出料口设于第一栅板42的下方，第一釜体41的侧壁出料口与第二循环泵9连通。酯化油混合物在第一栅板42和第二栅板43之间的中间区发生一级酯化反应，进一步实现酯化油降酸，之后重相甲醇酸通过第二栅板43上溢至第二栅板43的上方，而降酸后的酯化油通过第一栅板42下沉至第一栅板42的下方，第二循环泵9促进一级酯化反应的循环发生提高降酸价的效率。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第二换热器10，第二换热器10的进料端与第二循环泵9连通，第二换热器10的出料端与第一釜体41连通。通过第二循环泵9和第二换热器10将第一釜体41内的部分反应物引入或引出第二换热器10，进而调整第一釜体41内的温度处于60-65℃，优选为62℃。

在上述实施例的基础上，本实施例二级酯化反应釜5包括第二釜体51；第二釜体51内从下往上依次设有第三栅板52和第四栅板53，还包括第三循环泵11，第三循环泵11与位于第三栅板52和第四栅板53之间的侧壁进料口连通，第三循环泵11与位于第四栅板53的下方的侧壁出料口连通，第三循环泵11用于实现所述二级酯化反应釜5内的环路循环酯化反应，二级酯化反应在第三栅板52和第四栅板53之间发生，生成的重相酯化油通过第三栅板52沉降至第三栅板52的下方，轻相甲醇酸通过第四栅板53上浮至第四栅板53的上方，实现酯化油和甲醇酸的沉降分离。

在上述实施例的基础上，本实施例二级酯化反应釜5还包括第二分布器54，第二分布器54位于第三栅板52的下方，催化酯化系统还包括甲醇罐21，甲醇罐21与第二分布器54的进料端连通。甲醇罐21将甲醇引入第二分布器54内进而洗涤重相酯化油，之后上浮至第四栅板53的上方实现对重相酯化油的洗涤并分离回收甲醇酸。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第三换热器12，第三换热器12的进料端与第三循环泵11连通，第三换热器12的出料端与第二釜体51连通。第三循环泵11将第二釜体51内的部分反应物引入至第三换热器12内进行加热，进而调整第二釜体51内的温度处于60-65℃，优选为62℃。

在上述实施例的基础上，本实施例一级酯化反应釜4还包括第三分布器44，第三分布器44设于第一釜体41内并位于第二栅板43的上方，二级酯化反应釜5的溢出口与第三分布器44的进料端连通。二级酯化反应釜5发生二级酯化反应后上浮的轻相甲醇酸从溢出口流出通过第三分布器44进入一级酯化反应釜4中。

在上述实施例的基础上，本实施例塔筒31内还设有第四分布器33，第四分布器33位于第一分布器32的上方，一级酯化反应釜4的底部与第四分布器33的进料端连通。第一酯化反应釜内发生一级酯化反应生成的重相甲醇酸从一级酯化反应釜4的底部流出通过第四分布器33进入塔筒31内继续参与塔筒31内的初级酯化反应。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括酯化油泵13和酯化油罐14，酯化油泵13分别与二级酯化反应釜5的底部及酯化油罐14连通，酯化油泵13用于将二级酯化反应釜5沉降生成的酯化油输送至酯化油罐14内。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括板式冷凝器15，板式冷凝器15与整个系统相连，用于控制整个系统的反应温度，该设备为本领域通用的设备，此处不再详细赘述其工作原理。

在上述实施例的基础上，本实施例中第一换热器2、第二换热器10和第三换热器12为搪玻璃列管换热器。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第一计量泵16，第一计量泵16分别与废弃油脂罐1和第一换热器2连通，通过第一计量泵16计量将废弃油脂罐1中的废弃油脂运输至第一换热器2内加热至65-75℃。

在上述实施例的基础上，本实施例中的预处理塔3的材质为904L材质。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第二计量泵18，第二计量泵18分别与硫酸罐8和一级酯化反应釜4连通。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第三计量泵19，第三计量泵19分别与硫酸罐8和二级酯化反应釜5连通。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第四计量泵20，第四计量泵20分别与甲醇罐21和第二分布器54连通，第四计量泵20用于将甲醇罐21内的甲醇引入第二分布器54内。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第五计量泵22，第五计量泵22分别与第二釜体51的顶部溢流口和第三分布器44连通，第五计量泵22用于将第二釜体51中的轻相甲醇酸输送至第三分布器44内，并参与第一釜体41内的酯化反应。

在上述实施例的基础上，本实施例还包括第六计量泵23，第六计量泵23分别与一级酯化反应釜4的底部和第四分布器33连通。第六计量泵23用于将一级酯化反应釜4中的重相甲醇酸输送至第四分布器33中。

本实施例还包括一种废弃油脂的处理方法，包括以下步骤：

将废弃油脂预热至65-75℃，之后与甲醇酸在预处理塔3中混合进行初级酯化反应得到初级酯化油；

将初级酯化油在60-65℃下与硫酸在一级酯化反应釜4中进行一级酯化反应，得到轻相酯化油和重相甲醇酸；

之后将重相甲醇酸输送至预处理塔3中进行初级酯化反应中，将轻相酯化油在60-65℃下与硫酸在二级酯化反应釜5中进行二级酯化反应得到重相酯化油和轻相甲醇酸，将轻相甲醇酸输送至一级酯化反应釜4中进行一级酯化反应。

本具体实施方式中的废弃油脂的处理过程如下：

高酸价废弃油脂由计量泵计量通过第一换热器2温控加热至70℃左右与废甲醇酸循环泵的废甲醇酸混和后进入预处理塔3，预处理塔3上部装有用于引入一级酯化反应后的废甲醇酸的第四分布器33，下部装有利于废甲醇酸油脂混和液酯化反应并分离杂质的第一分布器32，在预处理塔3中经过甲醇酸处理的油脂通过顶部溢流口进入第二循环泵9进口，催化剂硫酸经精密第二计量泵18计量后(硫酸补加量一般为1.5-2.5％)送入第二循环泵9进口，在第二循环泵9的作用下进行重相酸醇酯化反应，一级酯化反应釜4由三部分组成，下部为重相甲醇酸分离区，中部为环路循环酯化反应区，上部为酯化油轻相沉降分离区，下部与中部，上部与中部采用栅板隔离，中部环路反应的流体冲击波不影响下部与上部的静置沉降分离。环路酯化反应采用恒温控制，中部上口流体通过第二换热器10温控62℃反应温度。一级酯化反应釜4内的下部重相甲醇酸通入预处理塔3的第四分布器33。第一酯化反应釜生成的一级酯化油(酸价一般控制在25KOH/(mg/g)左右)通过溢流口进入第三循环泵11进口，催化剂硫酸经精密计量泵计量后(硫酸用量一般为0.4-0.8％)送至第三循环泵11进口，在第三循环泵11的作用下进行轻相酸醇酯化反应，二级酯化反应釜5由三部分组成，下部为重相酯化油分离区，中部为环路循环酯化反应区，上部为甲醇酸轻相沉降分离区，下部与中部，上部与中部采用栅板隔离，中部环路反应的流体冲击波不影响下部与上部的静置沉降分离区。环路酯化反应采用恒温控制，中部上口流体通过第三换热器12温控62℃反应温度。下部二级重相酯化油(酸价一般控制在1.5KOH/(mg/g)以下)经过第四计量泵20计量的甲醇通入第四分布器33洗涤酯化油后(甲醇用量一般为15-25％)，再通过酯化油泵13计量后入酯化油罐14。第二釜体51内的二级酯化轻相甲醇酸通过溢流口进入泵计量后送入第三分布器44。

由本实施例提出的处理系统处理过程中，预处理反应的时间一般在0.5-1.5小时；一级酯化反应釜4中通入的硫酸的用量为1.5-2.5％，一级酯化反应的时间通常为1-3小时，一级酯化反应后的酸价控制在20-30KOH/(mg/g)；二级酯化反应釜5中通入的硫酸的用量为0.4-0.8％，二级酯化反应的时间通常为1-3小时，二级酯化反应的酸价一般控制在0.5-2KOH/(mg/g)。

相关试验：

采用本实施例提出的处理系统处理不同酸价的废弃油脂，第一加热器的加热温度为70℃，预处理反应的时间为0.5小时，一级酯化反应的时间为2小时温度为62℃，二级酯化反应的时间为2小时温度为62℃，硫酸和甲醇的用量及酸价变化结果如表1所示。需要说明的是，表1中甲醇的用量包括了甲醇酸中甲醇的量，硫酸的用量包括了甲醇酸中硫酸的量，硫酸的用量根据甲醇酸在一级酯化反应釜4和二级酯化反应釜5中硫酸酸的量进行相应补充至下表中的量。另外甲醇酸为废弃甲醇酸，主要包括甲醇，水，硫酸，色素及水溶性杂质。

表1采用实施例1的处理系统处理废弃油脂的结果

从表1可以看出，经过本实施例的处理系统处理后的废弃油脂的酸值得到了大幅度降低，最后可低至1.11KOH/(mg/g)。

对比试验：

另外，本发明还通过一级酯化反应延长反应时间至4小时处理上述废弃油脂，反应用量和条件与上述试验中的各组分用量均相同，只是没有二级酯化反应及相关设备，另外将二级酯化反应中的硫酸和甲醇也相应加入至一级酯化反应釜4中，例如在上述试验中一级酯化反应加入硫酸的量为2％，二级酯化反应中加入硫酸的量为0.6％，那么在该对比试验中硫酸在一级酯化反应中的加入量为2.6％进行相应的处理，结果如表2所示。

表2废弃油脂只通过一级酯化反应的处理结果

从表2可以看出，只通过一级酯化反应及相关设备处理的废弃油脂的酯化油的酸价高达8.66KOH/(mg/g)，明显高于本实施例的处理系统处理后的酯化油的酸价。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种废弃油脂的处理系统，其特征在于，包括依次连通的废弃油脂罐、第一换热器、预处理塔、一级酯化反应釜和二级酯化反应釜；

所述预处理塔包括塔筒和第一分布器，所述第一分布器设于所述塔筒内；

所述催化酯化系统还包括甲醇酸罐、甲醇酸泵和第一循环泵；所述第一循环泵与所述第一换热器的出料端连通，所述第一循环泵与所述第一分布器的进料端连通，所述第一循环泵与所述塔筒的底部出料口连通，所述塔筒的底部出料口位于所述第一分布器的下方；

所述甲醇酸泵的进料端与所述甲醇酸罐连通，所述甲醇酸泵的出料端与所述预处理塔连通；所述预处理塔用于实现甲醇酸和废弃油脂的初步反应；

所述催化酯化系统还包括硫酸罐、所述硫酸罐的出料端分别与所述一级酯化反应釜和所述二级酯化反应釜连通。

2.根据权利要求1所述的废弃油脂的处理系统，其特征在于，还包括第二循环泵，所述塔筒的顶部出料口与所述第二循环泵连通，所述第二循环泵与所述一级酯化反应釜连通，所述第二循环泵用于实现所述一级酯化反应釜内的环路循环酯化反应。

3.根据权利要求2所述的废弃油脂的处理系统，其特征在于，所述一级酯化反应釜包括第一釜体、第一栅板和第二栅板；所述第一栅板和所述第二栅板设于所述第一釜体内，所述第一栅板位于所述第二栅板的下方，所述第一釜体的侧壁进料口设于所述第一栅板与所述第二栅板之间，所述第一釜体的侧壁进料口与所述第二循环泵连通，所述第一釜体的侧壁出料口设于所述第一栅板的下方，所述第一釜体的侧壁出料口与所述第二循环泵连通。

4.根据权利要求2所述的废弃油脂的处理系统，其特征在于，还包括第二换热器，所述第二换热器的进料端与所述第二循环泵连通，所述第二换热器的出料端与所述第一釜体连通。

5.根据权利要求1所述的废弃油脂的处理系统，其特征在于，所述二级酯化反应釜包括第二釜体；所述第二釜体内从下往上依次设有第三栅板和第四栅板；还包括第三循环泵，所述第三循环泵与位于所述第三栅板和所述第四栅板之间的侧壁进料口连通，所述第三循环泵与位于所述第四栅板的下方的侧壁出料口连通，所述第三循环泵用于实现所述二级酯化反应釜内的环路循环酯化反应。

6.根据权利要求5所述的废弃油脂的处理系统，其特征在于，所述二级酯化反应釜还包括第二分布器，所述第二分布器位于所述第三栅板的下方，所述催化酯化系统还包括甲醇罐，所述甲醇罐与所述第二分布器的进料端连通。

7.根据权利要求5所述的废弃油脂的处理系统，其特征在于，还包括第三换热器，所述第三换热器的进料端与所述第三循环泵连通，所述第三换热器的出料端与所述第二釜体连通。

8.根据权利要求3所述的废弃油脂的处理系统，其特征在于，所述一级酯化反应釜还包括第三分布器，所述第三分布器设于所述第一釜体内并位于所述第二栅板的上方，所述二级酯化反应釜的顶部溢流口与所述第三分布器的进料端连通。

9.根据权利要求1所述的废弃油脂的处理系统，其特征在于，所述塔筒内还设有第四分布器，所述第四分布器位于所述第一分布器的上方，所述一级酯化反应釜的底部与所述第四分布器的进料端连通。

10.一种废弃油脂的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将废弃油脂预热至65-75℃，之后与甲醇酸在预处理塔中混合进行初级酯化反应得到初级酯化油；

将初级酯化油在60-65℃下与硫酸在一级酯化反应釜中进行一级酯化反应，得到轻相酯化油和重相甲醇酸；

之后将重相甲醇酸输送至预处理塔中进行初级酯化反应中，将轻相酯化油在60-65℃下与硫酸在二级酯化反应釜中进行二级酯化反应得到重相酯化油和轻相甲醇酸，将轻相甲醇酸输送至一级酯化反应釜中进行一级酯化反应。

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