CN216639394U - 一种烟草致香成分提取装备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种烟草致香成分提取装备，该装备包括：依次串联连接的烟叶原料处理系统、裂解反应系统、气固分离系统、冷凝系统、精馏系统、电捕系统以及尾气处理系统；烟叶经所述烟叶原料处理系统预处理形成烟叶原料后送入所述裂解反应系统；所述烟叶原料在所述裂解反应系统中发生快速裂解反应生成包括裂解气和焦炭的裂解产物后送入所述气固分离系统；所述裂解产物通过所述气固分离系统去除其中的焦炭获得所述裂解气后送入所述冷凝系统；所述裂解气经过所述冷凝系统脱除液相产物获得气相产物后送入所述电捕系统；所述气相产物经过所述电捕系统获得电捕气溶胶；所述液相产物经过精馏系统获得精馏致香物。

Description

一种烟草致香成分提取装备

技术领域

本实用新型属于新型烟草制品领域，尤其涉及一种烟草致香成分提取装备。

背景技术

烟草干馏是指将烟草加热分解，生成各种气体、蒸汽、固体残渣等，经冷却后得到气体和液体。干馏是一个复杂的化学反应过程，包含脱水、热解、脱氢、热缩合、加氢、焦化等反应。加热温度可以从100℃到1000℃左右，压力可以是常压，也可以是减压。干馏所得气、液、固产物的相对数量随加热温度和时间变化而有差别，如低温干馏一般可获得较多的液体产物。干馏所得产物需要通过多级旋风分离后，分离出固体碳，并进行收集。其余的气、液混合物通过多级旋风分离后进行冷凝收集，收集的生物油经过精馏提质进一步用于新型烟草制品中。整个过程涉及需控制的环节复杂繁多，人工控制效率低且出错率高。

实用新型内容

本实用新型提供一种烟草致香成分提取装备，该装备包括：依次串联连接的烟叶原料处理系统、裂解反应系统、气固分离系统、冷凝系统、精馏系统、电捕系统以及尾气处理系统；

烟叶经所述烟叶原料处理系统预处理形成烟叶原料后送入所述裂解反应系统；

所述烟叶原料在所述裂解反应系统中发生快速裂解反应生成包括裂解气和焦炭的裂解产物后送入所述气固分离系统；

所述裂解产物通过所述气固分离系统去除其中的焦炭获得所述裂解气后送入所述冷凝系统；

所述裂解气经过所述冷凝系统脱除液相产物获得气相产物后送入所述电捕系统；

所述气相产物经过所述电捕系统获得电捕气溶胶；所述液相产物经过精馏系统获得精馏致香物。

作为优选，所述电捕系统包括一级电捕、一级电捕收集罐、二级电捕、二级电捕收集罐；相致香成分经一级电捕收集的物质为第一致香电捕液，收集在一级电捕收集罐中；剩余气相致香成分继续送入二级电捕，收集的物质为第二致香电捕液，收集在二级电捕收集罐中；最后剩余气体送入位于系统尾部的尾气处理系统。

作为优选，所述热电捕装置包括：

电捕器，其包括电捕筒体以及轴向贯穿该电捕筒体的电极，所述电极的两端通过绝缘件绝缘固定在电捕筒体的上下两端，所述电捕筒体具有进气口以及出气口；

加热器，其用于对电捕筒体内部进行加热。

作为优选，所述的精馏系统包括依次连接的精馏塔、冷凝模块以及馏分收集模块；所述精馏塔包括塔釜、第一塔节、第二塔节以及塔顶，所述塔釜、第一塔节、第二塔节、塔顶从下到上依次用塔节法兰相连。

作为优选，所述的烟叶原料处理系统包括至少一个第一级料仓单元和至少一个第二级料仓单元，第一级料仓单元与第二级料仓单元之间设有料仓和快开进料口；第一料仓单元上游与真空上料机连接，第二料仓单元下游与下料设备连接。

作为优选，第一料仓单元和第二料仓单元中分别设有破拱机。

作为优选，所述裂解反应系统包括流化床。

作为优选，所述的提取装备还包括控制模块；所述控制模块包括配置在所述烟叶原料处理系统上的料位计、计量计、配置在流化床的气体流量计、压力传感器以及温度传感器以及控制器。

作为优选，所述控制模块还包括报警器，该报警器与控制器控制连接。

作为优选，所述气固分离系统包括一级旋风分离器、一级旋风缓冲罐、一级旋风储罐、二级旋风分离器、二级旋风缓冲罐、二级旋风储罐、高温微尘分离器和高温微尘收集罐。

通过本实用新型电捕系统获得的电捕液应用于新型烟草制品中，感官上烟草本香明显增加，焦香纯正，香气清晰，杂气较轻，余味更干净，适用性更强。

烟草干馏致香冷凝液经精馏后，形成釜液和馏分两种不同风格致香液体。釜液的水分含量小，氮杂环类等重组分富集，酸性香味成分含量降低，焦香风格更明显；馏分酸香成分等轻组分含量更多，香韵更丰富。

使用GC-MS检测，精馏后釜液中氮杂环类致香成分相对含量达到2％以上，水分含量在50％以下，至少4种有害成分相比精馏前的干馏致香冷凝液减少50％以上。馏分pH值小于釜液，酸香更丰富。

本实用新型提供的控制模块实时监测并准确及时调控各关键环节参数指标，减少因关键参数不符合技术要求造成的产能浪费；通过报警等提示方式明确提醒操作人员注意事项，及时采取措施，有利于设备正常持续安全运行；控制关键环节运停，在出现异常时及时停止问题模块，保障安全，减少损失。

附图说明

本实用新型的以上技术内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的技术方案的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1是本实用新型烟草干馏提取致香成分总流程示意图；

图2是本实用新型烟草干馏提取致香成分系统示意图；

图3是本实用新型一级电捕和二级电捕的结构示意图；

图4是本实用新型一级电捕和二级电捕的结构示意图；

图5是本实用新型精馏系统的结构示意图；

图6是本实用新型实施例3的烟叶原料处理系统；

图7是本实用新型CO尾气处理系统的结构示意图；

其中，附图标记说明如下：

A、一级料仓；B、二级料仓；C、破拱机；D、给料机；E、送料机；F、流化床；G、一级旋风分离器；H、一级旋风缓冲罐；I、一级旋风储罐；J、二级旋风分离器；K、二级旋风缓冲罐；L、二级旋风储罐；M、高温微尘分离器；N、高温微尘收集罐；O、一级冷凝器；P、一级冷凝器收集罐；Q、二级冷凝器；R、二级冷凝器收集罐；S、一级电捕；T、一级电捕收集罐；U、二级电捕；V、二级电捕收集罐；W、尾气处理系统；X、预热器。

具体实施方式

以下在具体实施方式中叙述本实用新型的详细特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本实用新型的技术内容并据以实施，且根据本说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本实用新型相关的目的及优点。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种烟草致香成分干馏提取装备，该装备包括依次串联连接的烟叶原料处理系统、裂解反应系统、气固分离系统、冷凝系统、精馏系统(未示出)、电捕系统以及尾气处理系统。其中：

所述烟叶原料处理系统包括一级料仓A、二级料仓B、破拱机C、给料机D和送料机E，可将烟叶原料稳定、持续、定量地送入裂解反应系统。

所述裂解反应系统包括流化床F和预热器X，所述预热器X布置在流化床F的底部，底部与N₂钢瓶连通，以将流化气体进行加热后引入流化床F进行裂解并产生裂解气，所述的流化床F的热解温度为100℃～400℃，裂解气送入气固分离系统以去除焦炭。

所述气固分离系统包括一级旋风分离器G、一级旋风缓冲罐H、一级旋风储罐I、二级旋风分离器J、二级旋风缓冲罐K、二级旋风储罐L、高温微尘分离器M和高温微尘收集罐N。一级旋风分离器G和二级旋风分离器J用于逐级分离裂解气中的气相致香成分和焦炭，高温微尘分离器M进一步去除气相致香成分中微量固体杂质后，气相致香成分继续送入。高温微尘分离器M具体可以采用高温电捕器、高温陶瓷过滤器、高温布袋过滤器等。热解所得的气固相产物经一级旋风分离器G、二级旋风分离器J和高温微尘分离器M分离后，分别回收在一级旋风缓冲罐H和一级旋风储罐I、二级旋风缓冲罐K和二级旋风储罐L以及高温微尘收集罐N中。

所述冷凝系统包括一级冷凝器O、一级冷凝器收集罐P、二级冷凝器Q和二级冷凝器收集罐R。气相致香成分经一级冷凝器O后产生的液相物为第一致香冷凝液，收集在一级冷凝器收集罐P中。剩余气相物继续送入二级冷凝器Q，产生的液相物为第二致香冷凝液，收集在二级冷凝器收集罐R中。

进一步地，第一致香冷凝液和第二致香冷凝液可继续送入精馏系统进行处理；而剩余气相致香成分可继续送入电捕系统。

所述电捕系统包括一级电捕S、一级电捕收集罐T、二级电捕U、二级电捕收集罐V。气相致香成分经一级电捕S收集的物质为第一致香电捕液，收集在一级电捕收集罐T中。剩余气相致香成分继续送入二级电捕U，收集的物质为第二致香电捕液，收集在二级电捕收集罐V中。最后剩余气体送入位于系统尾部的尾气处理系统W。

实施例1电捕系统

所述一级电捕和二级电捕的结构需要能够使其电压达到30KV以上；示例性地，本实施例提供一种电捕结构，所述热电捕装置包括电捕器和加热器112；如图4所示，电捕器包括电捕筒体113以及轴向贯穿该电捕筒体113的电极6，请参阅图3，所述电极6的两端通过绝缘件1绝缘固定在电捕筒体113的上下两端，

所述电捕筒体113具有供气相致香成分进入的进气口111以及剩余气相致香成分排出的出气口110，具体地，出气口110布置在电捕筒体113上方，进气口111布置在电捕筒体113异侧下方；

加热器112用于对电捕筒体113内部进行加热；所述加热器112能够维持所述电捕筒体113内部温度；

所述电捕筒体113的底部连通设置有用于收集致香电捕液的收集罐115。

所述电捕筒体113上端通过密封连接件5(上法兰)安装有密封盖板4，以保证该电捕筒体113的密封性，防止漏气。所述电极的上端插入绝缘端子3中，该绝缘端子3贯穿该连接件5和密封盖板4设置；优选地，如图4所示，电极上端插入刚玉材料3制成的绝缘罩1中，绝缘端子贯穿上部法兰，保证良好的绝缘性能；为了保证均匀的静电场分布和捕集效率的提升，电极下端穿过刚玉/陶瓷等材料做成的限位器，使得电极在长时间运行中始终处在电捕筒体的中间位置。

所述筒体113的下端通过密封连接件2与收集罐115密封连接。

所述的电捕筒体以及电极采用不锈钢材料制成。

反应结束后，加热器加热维持电捕过滤器内部温度范围为500℃，通入一定浓度的空气进行氧化，清洗1小时后，基本去除焦炭残留，清洗完成，产生的炭灰收集到碳灰收集罐中，实现自动清洗。

本实施例提供一种烟草致香成分干馏提取方法，示例性地，软长嘴烟叶在80℃下干燥1小时后，粉碎并筛分得到粒径为0.6mm～2mm的原料。利用流化床在425℃下对原料进行热解，进料量为10kg/h，流化气为氮气，流量为2.8m3/h，通过两级旋风分离器和高温微尘分离器除去产物中的灰渣，再由两级水冷凝器获得第一致香冷凝液和第二致香冷凝液，第一致香冷凝液多于第二致香冷凝液,第一冷凝液精馏得到最终致香冷凝液。剩余气相成分继续送入两级电捕系统获得第一致香电捕液和第二致香电捕液，两者混合得到最终电捕液；其中，在高压电源的作用下，一级电捕和二级电捕的电极和接地端的电压保持在30KV；电捕筒体经外部电炉加热温度保持在预设温度60℃。

致香冷凝液应用于新型烟草制品中，感官上烟草本香增加，烘烤香和熏香特征明显，但枯焦味、杂气稍凸显，香气尚不够清晰。

电捕液应用于新型烟草制品中，感官上烟草本香明显增加，焦香纯正，香气清晰，杂气较轻，余味更干净，适用性更强。

实施例3精馏系统

如图5所示，本实施例提供一种烟草干馏致香冷凝液精馏系统，该精馏系统包括依次连接的精馏塔、冷凝模块(29-210)以及馏分收集模块(212-214)。所述精馏塔包括塔釜21、第一塔节26、第二塔节27以及塔顶28，所述塔釜21、第一塔节26、第二塔节27、塔顶28从下到上依次用塔节法兰相连；

所述塔釜由升降炉22承托，便于塔釜21的装卸；所述塔釜具有控温模块、加料口25、充气口24、放净口23；所述塔节具有多段控温模块；

所述精馏塔具有回流比控制器220；

所述冷凝模块具有并联的两级冷凝单元，所述冷凝单元包含冷凝器、低温冷肼及相应温度、压力等控制系统；具体地，所述冷凝模块包括串联连接的一级冷凝器29与一级低温冷肼211，串联连接的二级冷凝器210与二级低温冷肼211。

所述馏分收集模块包含自左至右依次连接的前馏分罐12、中间产品罐13、产品罐14，前馏分罐12、中间产品罐13、产品罐14配备有液位监测器，通过压力控制系统及阀门控制，可按需及时取出产品；前馏分罐12、中间产品罐13、产品罐14均配置有充氮气口221以及电子天平215；各分离单元的连接采用统一尺寸的标准连接件，便于后期的尺寸调整和更换。

塔釜可增加二级进料阀门，实现在线进料；冷凝模块与馏分收集模块间的阀门连接结构以及所述收集模块的压力、液位控制系统，可实现收集模块中馏分产品在线出料，从而实现精馏环节不间断连续运作，提高生产效率。

进一步地，该精馏系统还包括真空罐218以及与真空罐218连通的真空泵217，所述真空罐218具有排放空气的放净口216，该真空泵和真空罐与冷凝系统连通以排净精馏系统内部的空气，实现无氧精馏。

干馏致香冷凝液置于塔釜1中，精馏后馏分经冷凝后进入馏分收集模块；所述馏分收集模块包含压力及液位控制系统；冷凝模块与收集模块间的阀门连接结构以及所述收集模块的压力、液位控制系统，可实现收集模块中馏分产品在线出料；不可凝气体进入下一单元CO尾气处理系统。

如图7所示，本实施例提供的CO尾气处理系统包括气体预热器61、板式换热器61以及催化室63，所述气体预热器将烟气尾气与空气进行预热混合，风机作用下，烟气尾气和空气沿着管道进入气体预热器预加热，再进入板式换热器氧化分解，之后进入催化室，再进入板式换热器，最后排出。

烟草干馏致香冷凝液经精馏后，形成釜液和馏分两种不同风格致香液体。釜液的水分含量小，氮杂环类等重组分富集，酸性香味成分含量降低，焦香风格更明显；馏分酸香成分等轻组分含量更多，香韵更丰富。

使用GC-MS检测，精馏后釜液中氮杂环类致香成分相对含量达到2％以上，水分含量在50％以下，至少4种有害成分相比精馏前的干馏致香冷凝液减少50％以上。馏分pH值小于釜液，酸香更丰富。

实施例3烟叶原料处理系统

如图6所示的烟叶原料处理系统，上游利用真空上料机从进料口31向烟叶原料料仓给料。烟叶原料料仓包括至少一个第一级料仓单元311和至少一个第二级料仓单元312。

第一料仓单元311上游与真空上料机连接，第二料仓单元312下游与下料设备连接。第一级料仓单元311之间并联连接，第二级料仓单元312之间并联连接，第一集料仓单元311和第二级料仓单元312之间相互串联。第一级料仓单元11和第二级料仓单元312之间设有料仓阀37和快开进料口38，料仓阀可以为气压阀，进一步可以为气动蝶阀。真空上料机启动上料时，为了使上料进程顺利进行，必须为上料端提供一个密闭的环境。如果将下料端封闭的话，一会降低下游烟叶处理的效率，二会使下游烟叶处理的温度与气压产生波动，影响烟叶处理的品质。因此，烟叶原料处理系统为了实现持续下料的前提下在线上料，设计了多级料仓系统。

第一料仓单元311和第二料仓单元312上可以设有视窗33，用于观测内部烟料情况。视窗可以为椭圆形板框视镜，视镜材料可以为高强度钢化玻璃。

第一料仓单元311和第二料仓单元312中分别设有破拱机(一级破拱36和二级破拱313)。破拱机伸入料仓单元内部，通过磁力耦合装置和料仓单元外部的电机(破架桥马达35)联动。破拱机包括一根主轴和布置在主轴上长短、位置、形状不同的桨叶组成，通过桨叶的转动破坏烟料的搭桥，实现给料的顺畅。

第一料仓单元311在一级上料位32和一级下料位34、第二料仓单元312在二级上料位39和二级下料位310的位置分别设有料位计或料位感应装置，用于监控各个料仓单元内部仓储情况。当烟叶原料料位到达预设满仓位置(上料位)，通过控制真空下料装置或气压阀控制上一级下料单元停止下料，防止原料溢出。当原液原料料位到达预设空仓位置(下料位)，通过控制真空下料装置或气压阀控制上一级下料单元开始下料，防止原料空放。

第二料仓单元311中的烟叶原料可以通过固定在第一支架315上的螺杆式计量器314稳定、持续、定量地送入固定在第二支架319上的螺杆式送料装置316。为了保障送入送料装置316的烟叶原料不会由于裂解反应系统高温高压产生的气流反吹回计量器314，可以在计量器314和送料装置316设置吹气模块317，用于平衡料仓内部压力。同时设置落料视镜318，随时观察落料情况。为了防止送料装置316推送的烟叶原料不会由于裂解反应系统高温焦化而阻塞管路，可以在送料装置316的出料口324与裂解反应系统的炉体323之间的连接处设置水夹套320，水夹套320包括冷却水的出口321和进口322，防止烟草原料的高温焦化。

烟叶原料处理系统为了实现在线真空上料，同时支持下游的干馏流化床，其上下游存在1-30KPa的气压差。

实施例4微尘分离器

微尘分离器采用如实施例1提供的电捕结构，运行实例：干馏产物经旋风分离之后，经进气口进入高温电捕器；在高压电源的作用下，电极和接地端的电压保持在30KV以上；电捕筒体经外部电炉加热温度保持在预设温度(300-500℃)；混有一定量微细炭粒的干馏产物经过电捕筒体，炭粒与电离产生的负离子结合，进一步吸附到电极上完成沉积和捕集。电捕得到的炭粒粒径主要分布在0.1um-5um的区间。加装静电捕集后，后端冷凝收集到的液体产物中固体产物的含量从0.39％大幅减少到0.042％。

反应结束后，加热器加热维持电捕过滤器内部温度范围为500℃，通入一定浓度的空气进行氧化，清洗1小时后，基本去除焦炭残留，清洗完成，产生的炭灰收集到碳灰收集罐中，实现自动清洗。

实施例5控制模块

所述的提取装备还包括控制模块；

所述控制模块包括设置在所述烟叶原料处理系统上的料位计、计量计；配置在流化床的气体流量计、压力传感器、温度传感器；以及控制器。

烟叶原料处理系统：给料机可精确的将物料以0-10Kg每小时的速度送往送料机；送料机将接收到的物料全部送入反应系统；其中，给料机给料与后面压力、温度、气体流量均有连锁，一但不满足生产条件，给料停止，防止产品受到污染；送料机一直保持高转速的速度运转，防止流化床石英砂回串。

流化床：气体流量计控制合适的进气量，通过流化床的压差判断其流化状态；压力传感器判断整个系统是否处于正常畅通状态，温度传感器判断是否处于合适热解条件下。

示例性地，本实用新型提供如下控制方法：本套设备对物料的补充进行高低位与阀门互锁；即二级料仓下料位报警，这时一级料仓与二级料仓连接阀门会打开，补充物料，当二级料仓物料补充至二级料仓上料位时，上料位给PLC一个关闭阀门的信号，这时连接阀门会关闭。这个过程也可以调成手动，人工干预补充物料。一级料仓与二级料仓连锁类似。

进料气体与压力互锁。生产时，若压力异常(超过设定压力)，这时系统自动关闭进料气体；

进料与进料气体、压差，压力连锁

当进料气体异常时，前端供气不足时，现场会有声光报警，提示补充气体；当流量计因为无压差，或者气体量过小，无法提供正常的生产流化气体时，进料机会自动关闭，并报警。

当系统流化床压差小于正常工作的设定值时，说明流化效果不行，此时系统自动关闭进料泵，并报警。

当系统压力超过设定值时，说明系统运行不流畅，此时系统自动关闭进料泵，并报警。

这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本实用新型并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。同样，需要指出的是，虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种烟草致香成分提取装备，其特征在于，该装备包括：依次串联连接的烟叶原料处理系统、裂解反应系统、气固分离系统、冷凝系统、精馏系统、电捕系统以及尾气处理系统；

烟叶经所述烟叶原料处理系统预处理形成烟叶原料后送入所述裂解反应系统；

所述烟叶原料在所述裂解反应系统中发生快速裂解反应生成包括裂解气和焦炭的裂解产物后送入所述气固分离系统；

所述裂解产物通过所述气固分离系统去除其中的焦炭获得所述裂解气后送入所述冷凝系统；

所述裂解气经过所述冷凝系统脱除液相产物获得气相产物后送入所述电捕系统；

所述气相产物经过所述电捕系统获得电捕气溶胶；所述液相产物经过精馏系统获得精馏致香物。

2.根据权利要求1所述的提取装备，其特征在于，所述电捕系统包括一级电捕、一级电捕收集罐、二级电捕、二级电捕收集罐；相致香成分经一级电捕收集的物质为第一致香电捕液，收集在一级电捕收集罐中；剩余气相致香成分继续送入二级电捕，收集的物质为第二致香电捕液，收集在二级电捕收集罐中；最后剩余气体送入位于系统尾部的尾气处理系统。

3.根据权利要求2所述的提取装备，其特征在于，所述一级电捕与二级电捕包括：

电捕器，其包括电捕筒体以及轴向贯穿该电捕筒体的电极，所述电极的两端通过绝缘件绝缘固定在电捕筒体的上下两端，所述电捕筒体具有进气口以及出气口；

加热器，其用于对电捕筒体内部进行加热。

4.根据权利要求2所述的提取装备，其特征在于，所述的精馏系统包括依次连接的精馏塔、冷凝模块以及馏分收集模块；所述精馏塔包括塔釜、第一塔节、第二塔节以及塔顶，所述塔釜、第一塔节、第二塔节、塔顶从下到上依次用塔节法兰相连。

5.根据权利要求2所述的提取装备，其特征在于，所述的烟叶原料处理系统包括至少一个第一级料仓单元和至少一个第二级料仓单元，第一级料仓单元与第二级料仓单元之间设有料仓和快开进料口；第一料仓单元上游与真空上料机连接，第二料仓单元下游与下料设备连接。

6.根据权利要求2所述的提取装备，其特征在于，第一料仓单元和第二料仓单元中分别设有破拱机。

7.根据权利要求2所述的提取装备，其特征在于，所述裂解反应系统包括流化床。

8.根据权利要求2所述的提取装备，其特征在于，所述的提取装备还包括控制模块；所述控制模块包括配置在所述烟叶原料处理系统上的料位计、计量计、配置在流化床的气体流量计、压力传感器以及温度传感器以及控制器。

9.根据权利要求8所述的提取装备，其特征在于，所述控制模块还包括报警器，该报警器与控制器控制连接。

10.根据权利要求7所述的提取装备，其特征在于，所述气固分离系统包括一级旋风分离器、一级旋风缓冲罐、一级旋风储罐、二级旋风分离器、二级旋风缓冲罐、二级旋风储罐、高温微尘分离器和高温微尘收集罐。

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