CLAUDIA APARECIDA DA SILVA MIRANDA

FABRICAO DE CELULOSE E PAPEL

Telmaco Borba - PR2014

CLAUDIA APARECIDA DA SILVA MIRANDA

FABRICAO DE CELULOSE E PAPEL

Trabalho de concluso de curso apresentado a disciplina de Metodologia, como requisito obrigatrio para avaliao da matria.

Orientadora: Prof. Natalia

Telmaco Borba - PR2014

Agradecimentos

Agradecemos a Deus por toda a benevolncia e por nos dar serenidade nos momentos difceis. Aos professores, que de alguma forma contriburam com os seus conhecimentos para a concluso deste trabalho.Ao SENAI Telmaco Borba pelo espao cedido para os testes realizados.Muito obrigado a todos!

Resumo

O presente trabalho tem como objetivo de estudar os processos de polpao de celulose e a reciclagem de papel e suas respectivas etapas que se utilizam ou j foram utilizados nas indstrias de fabricao de celulose e papel.

SUMARIO

SUMRIO

1. INTRODUO62. OBJETIVOS72.1. OBJETIVOS GERAIS72.2. OBJETIVOS ESPECFICOS73. JUSTIFICATIVA84. REVISO BIBLIOGRFICA94.1. PROCESSOS DE PREPARAO94.1.1. Processos Mecnicos94.1.2. Processo Termomecnico TMP94.1.3. Processo Semiqumico104.1.4. Processo Qumico Kraft104.1.5. Processo Qumico Sulfito104.1.6. Processo Qumico Sulfato114.1.7. Processo Biotecnolgico114.2. PREPARAO DA MADEIRA124.3. ALIMENTAO DO DIGESTOR134.3.1. Cozimento134.4. LAVAGEM E DEPURAO144.5. BRANQUEAMENTO144.6. SECAGEM154.7. FABRICAO DO PAPEL154.7.1. Preparao de Massa154.7.2. Mquina de papel174.8. RECICLAGEM DE PAPEL204.8.1. O "Papel Velho" e seus Contaminantes215. CONCLUSO236. REFERENCIAS24

1. INTRODUO

A criao do papel atribuda ao chins TSAI LUN no ano de 105. TSAI LUN fragmentou em uma tina cheia dgua, cascas de amoreira, pedaos de bambu, rami, redes de pescar, roupas usadas e cal para ajudar no desfibramento. Na pasta formada, submergiu um quadrado de madeira revestido de um tecido fino de seda, deixou escorrer, removeu e estendeu em uma mesa, separava com material absorvente e formava uma pilha que era prensada para perder mais gua e posteriormente colocada em muros aquecidos para secagem final.Antes da inveno do papel, eram utilizadas superfcies encontradas na prpria natureza, como rochas, ossos. Com passar do tempo, o homem passou a usar tabletes de barro cozido na antiga regio da Babilnia, tecidos de fibras diversas, como, o papiro e o pergaminho. Existe vrios tipo de papis como papis para impresso, papis para escrever, papis para embalagens, papis para papelo ondulado, papis para fins sanitrios, cartes e cartolinas, papelo e papis especiais. (TOSETTO, 2010).

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVOS GERAIS

Estudar os processos na produo de celulose para a fabricao de papeis.

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Estudar os processos e suas etapas utilizadas na polpao de celulose, fabricao e a reciclagem do papel.

3. JUSTIFICATIVA

Conhecer e estudar os processos e etapas na fabricao de celulose e fabricao de papel.

4. REVISO BIBLIOGRFICA

4.1. PROCESSOS DE PREPARAO

Existem diversos mtodos para a preparao de pasta celulsica, desde mecnicos at aos qumicos, nos quais a madeira tratada com produtos qumicos, sob presso e ao de calor, para dissolver a lignina.

4.1.1. Processos Mecnicos

Utiliza-se apenas energia mecnica, no envolvendo o emprego de reagentes qumicos.Com esse processo permitem a obteno de materiais de baixo ndice de cristalinidade e elevada superfcie especifica. Apesar da alta eficincia apresentada, este tipo de processamento requer um alto consumo de energia, com consequncia nas implicaes nos custos operacionais. Os equipamentos utilizados so: Moinho de Bolas, Moinho de Rolos e Extrusora. (CASTRO, 2009).

4.1.2. Processo Termomecnico TMP

Na forma de cavacos, a madeira sofre um aquecimento com vapor (em torno de 140 C) provocando na madeira e na lignina uma transio do estado rgido para um estado plstico, seguindo para o processo de desfibramento em refinador de disco.A pasta obtida desta forma tem um rendimento um pouco menor do que no processo mecnico (92 a 95 %), mas resulta em celulose para a produo de papis de melhor qualidade, proporcionando maior resistncia mecnica e melhor rentabilidade, entre outras caractersticas. (CASTRO, 2009).

4.1.3. Processo Semiqumico

No processo semiquimico, acrescentam-se produtos qumicos em baixas porcentagens, para facilitar ainda mais a desfibragem, sem, contudo reduzir demasiadamente o rendimento (60 a 90 %). Esse mtodo vem ganhando muito interesse um tipo de pasta derivado da TMP, onde um pr-tratamento com sulfito de sdio ou lcali feito antes da desfibragem, no refinador a disco. Esta pasta denominada pasta quimiotermomecnica - CTMP. (CASTRO, 2009).

4.1.4. Processo Qumico Kraft

Em forma de cavacos, tratado em vasos de presso, denominados digestores, com soda caustica e sulfureto de sdio. um processo qumico que visa dissolver a lignina, preservando a resistncia das fibras, obtendo-se dessa maneira uma pasta forte (kraft significa forte em alemo), com rendimento entre 50 a 60%. muito empregado para a produo de papis cuja resistncia seja o principal fator, como para sacos para cimento, etc. (CASTRO, 2009).

4.1.5. Processo Qumico Sulfito

Este processo, onde os cavacos so cozidos em digestores com um licor cido, preparado com compostos de enxofre (SO2) e uma base Ca(OH)2, NaOH, NH4OH etc.A pasta obtida desta maneira tem um rendimento entre 40 e 60 % e de branqueamento muito fcil, apresentando uma colorao clara que permite o seu uso mesmo sem ser branqueada.Esse mtodo, que foi muito utilizado para a confeco de papis para imprimir e escrever, tem sido substitudo pelo processo sulfato (principalmente aps a introduo do dixido de cloro no branqueamento), devido a dificuldade de regenerao dos produtos qumicos e os consequentes problemas com a poluio das guas. (CASTRO, 2009).

4.1.6. Processo Qumico Sulfato

Utilizam-se os mesmos produtos qumicos do processo kraft, mas as condies so mais fortes, isto , emprega-se maior quantidade de sulfureto e de soda, alm do cozimento ser feito por mais tempo e com temperaturas mais elevadas. o processo mais usado mundialmente e presta-se muito bem para a obteno de pastas qumicas com eucalipto, ou outras hardwood. Isso porque preserva a resistncia das fibras e dissolve bem a lignina, formando uma pasta branquevel e forte.Esse processo no apresenta nenhuma restrio ao uso.

4.1.7. Processo Biotecnolgico

Atualmente em fase experimental. considerado, um processo de grande potencialidade para reduzir a poluio atmosfrica, gerada nas indstrias tradicionais de papel e celulose. Existe grande limitao na aplicao industrial. O processo baseado na utilizao de microorganismos (fungos e bactrias) capazes de produzir fenol-oxidases, enzimas envolvidas na degradao da lignina. Tais microorganismos podem promover uma deslignificao parcial dos materiais lignocelulsicos, com concomitante perda de outras fraes em diferentes intensidades, dependendo do microorganismo empregado. Em geral, os micro-organismos (fungos) podem ser classificados em:- Fungos de decomposio branca: Degradam a celulose, hemicelulose e lignina, em intensidades similares.- Fungos de decomposio parda: Degradam fracamente a lignina e apresentam intensa degradao da celulose e hemicelulose.- Fungos de decomposio branda: Degradam todos os componentes, com baixa velocidade. Os desafios principais a serem vencidos, para utilizao deste tipo de processo, so relacionados:- Com o aumento de seletividade dos microorganismos para degradar preferencialmente e/ou exclusivamente a lignina (reduzindo, desta forma, as perdas das fraes desejveis).- Com o aumento da atividade lignoltica, diminuindo os tempos extremamente longos de incubao.Portanto, a produo de enzimas ligninases (que utilizam lignina como substrato) vem sendo apontada, como soluo mais vivel, para tornar competitivo o processo biotecnolgico.Cabem destacar, que o uso de enzimas no processo de branqueamento da celulose apresenta crescente interesse de diversas instituies de pesquisa em colaborao ou no com as indstrias de papel, podendo ser citadas, apenas como ilustrao. (CASTRO, 2009).

4.2. PREPARAO DA MADEIRA

A obteno de fibras de madeira para papel inicia-se pela preparao da madeira. A madeira descascada, destroada, classificada e armazenada em grandes pilhas ao ar livre. A madeira em toras descarregada e levada a uma estao de descasque, normalmente feita por descascadores rotativos. Estando limpa, alimentada ao picador onde picada em forma de cavacos ou estilhas, como chamada a madeira picada/cortada/destroada.Os cavacos produzidos so divididos e classificados por crivo oscilante. Sistemas pneumticos permitem o envio dos cavacos diretamente para os silos dos digestores e para o armazenamento exterior.Essa preparao feita para facilitar a dosagem da madeira no digestor e possibilitar uma melhor impregnao dos produtos qumicos de cozimento, sendo necessrio, desta forma, que tenham dimenses uniformes.

4.3. ALIMENTAO DO DIGESTOR

Geralmente feita por meio de um transportador que leva o material at o alimentador, regulando o fluxo de cavacos e dos qumicos de cozimento, desempenhando o papel de pressurizador e pr impregnador dos qumicos, introduzindo o material no topo do digestor (processo contnuo).O cozimento em batch, o alimentador simplesmente lana o material no digestor at o limite especificado para o cozimento. (CARDOSO, 2009).

4.3.1. Cozimento

O material mantido aquecido sob presso e em contato com os qumicos, por um perodo necessrio para que a reao com os cavacos se complete.Em digestores contnuos, mais comuns, o material entra pelo topo e sai por meio da vlvula de descarga (extremidade oposta). O tempo de permanncia regulado de acordo com o material e os qumicos empregados.Tratando-se de digestores por batch, o processo semelhante. Nesse caso, este equipamento carregado e descarregado a cada ciclo (cozimento em lote).

4.4. LAVAGEM E DEPURAO

Na descarga do digestor, os cavacos podem ser tratados da seguinte forma: so lanados em um tanque, onde a queda de presso violenta provoca a exploso dos cavacos.Depois de feito isto, a pasta sofre uma depurao, ou seja, so removidos os cavacos no cozidos e shives, por meio de peneiras de vrios tipos e formatos.A sequencia vem lavagem que tem o objetivo de separar a massa cozida (celulose ou pasta) dos qumicos e do licor negro (material no celulsico dissolvido) e concentrar o licor negro.O licor de cozimento, onde os qumicos j perderam a concentrao inicial, seguem do sistema de recuperao para a planta de evaporao e da para a caldeira, onde ser queimado, fornecendo vapor e recuperando os produtos qumicos do cozimento. neste ponto (caldeira de recuperao) que adicionado o sulfato de sdio (make up) que repe as perdas do processo, surgindo da o nome de processo sulfato, normalmente utilizado. (CARDOSO, 2009).

4.5. BRANQUEAMENTO

O branqueamento uma continuao da deslignificao iniciada no cozimento, utilizando-se para isso o cloro e seus compostos (hipoclorito e dixido de cloro) e, ainda, a soda caustica.No branqueamento normalmente comea com um tratamento da pasta com cloro, seguido por uma extrao alcalina com soda caustica, sendo aplicado, depois disso, uma srie de combinaes ou sequncias em que se alternam o dixido de cloro, o hipoclorito e a soda caustica.Tcnica bem desenvolvida de branqueamento em que se emprega oxignio.Nesse caso, o combate poluio causada pelos produtos derivados do cloro bem ntido.Branqueia-se para obter uma celulose mais estvel (que no se altere com o tempo), que permita um tingimento controlado, mas principalmente para se obter um papel branco com as vantagens que ele traz para a impresso. (CARDOSO, 2009).

4.6. SECAGEM

A secagem da celulose pode ser feita de dois modos:- utilizando uma mquina tipo fourdrinier, para drenagem e posterior secagem convencional, com secadores vapor ou ar quente (flkt dryer);- sistema flash drying, que consiste em secar a celulose com ar quente, contracorrente e posteriormente prens-la em blocos. (CARDOSO, 2009).

4.7. FABRICAO DO PAPEL

4.7.1. Preparao de Massa

4.7.1.1. Desagregao da polpa

A polpa para papel em folhas ou em blocos desagregada num equipamento chamado pulper. Quando a fbrica de polpa integrada com a fbrica de papel a pasta para papel j vem em suspenso e armazenada em tanques de distribuio de massa.O pulper, ou hydrapulper nada, mais do que um liquidificador domstico de propores gigantescas, com capacidade para 500 a 20000 litros, ou mais.

4.7.1.2. Refinao

Depois do processo de desagregao, a pasta de celulose precisa de ser refinada. A refinao consiste em submeter s fibras de celulose a uma reao de corte, esmagamento ou fibrilao. A fibrilao aumenta a superfcie da fibra em contato com o meio, que a gua. Sendo a celulose um material higroscpio (tem afinidade com a gua), ela ir reter em sua superfcie tanto mais gua quanto mais refinada for.O grau de refinao (maior ou menor) varia em funo das caractersticas do papel que se pretende fabricar. A refinao realizada em refinadores cnicos e/ou discos. Um jogo fixo, chamado estator, o outro rotativo, chamado rotor. O rotor trabalha pressionado contra o estator e a celulose passa entre os dois, onde ocorre o processo de refinao (corte, fibrilao e hidratao). (ANDRIONI, 2009).

4.7.1.3. Preparao da Receita

Aps refinada, a pasta celulsica entra num tanque de mistura ou tanque de preparao de receita. Nesse tanque, a pasta misturada com os demais componentes (cargas minerais, qumicos e aditivos), os quais faro parte da receita do papel.

4.7.1.4. Depurao

Depurao o nome que se d operao de limpeza da mistura de pasta com os demais componentes da receita. Destina-se a retirar corpos estranhos, contaminantes ou fibras enroladas que so indesejveis para a aparncia e finalidade da folha de papel. Os sistemas de depurao mais conhecidos so os depuradores centrfugos ou ciclones e os depuradores verticais. Os depuradores centrfugos so cones, nos quais a suspenso de fibras entra tangencialmente sob presso provocando um movimento de rotao interna (vrtice), gerando uma fora centrfuga que retira, por diferena de densidade, todas as impurezas ou contaminantes mais pesados que as fibras. Os depuradores verticais so constitudos de uma carcaa cilndrica vertical, no interior da qual existe uma peneira perfurada que retm todos os corpos estranhos e fibras enroladas, deixando passar a massa.Os equipamentos de depurao so indispensveis numa mquina de papel, onde se pretende fazer papel de boa qualidade. Aps passar pelo sistema de depurao, a suspenso de fibras com cargas minerais, qumicos etc., alcana a mquina de papel propriamente dita. (ANDRIONI, 2009).

4.7.2. Mquina de papel

A mquina de papel, para melhor entendimento, pode ser dividida em partes. A primeira delas a caixa de entrada ou chegada.

4.7.2.1. Caixa de Entrada

Caixa de entrada um compartimento que tem a largura da tela formadora (onde a folha de papel formada), ou pouco mais, e que tem a funo de distribuir a suspenso de fibras sobre a tela, como uma lmina contnua, o mais uniformemente possvel. O jato de suspenso de fibras, ao sair da caixa de entrada, passa por uma abertura delimitada pelos lbios superior e inferior. O lbio superior regulvel e da sua maior ou menor abertura e da presso no interior da caixa depende a vazo e a velocidade do jacto que desagua sobre a tela formadora.No interior de certas caixas de entrada existe um ou mais cilindros perfurados rotativos, que tem a funo de uniformizar a suspenso prxima do ponto de sada gerando turbulncia dentro da caixa, evitando floculao, isto , aglomerao de fibras, formando flocos que prejudicam a uniformidade da folha de papel ou sua aparncia e, consequentemente, a m formao. Outras caixas de entrada so desenhadas de forma a poderem prescindir dos cilindros perfurados. (ANDRIONI, 2009).

4.7.2.2. Mesa Plana

Mesa plana a parte da mquina de papel onde se d a formao da folha. constituda de uma mesa com suporte e colunas de ao, sobre o qual corre a tela formadora, apoiada sobre os elementos de drenagem, rolo de cabea, rolo de suco e rolos guia. A suspenso de fibras e cargas, ao passar pelos lbios da caixa de entrada, drena sobre a tela formadora que est em movimento.Esta suspenso tem uma concentrao que varia entre 2 a 15 g/l (grama de slidos por litro de suspenso), dependendo da mquina, do tipo de papel, da velocidade etc.A tela formadora feita de plstico ou metal (bronze fosforoso ou ao inox) e tem a malha bastante fechada (80 mesh para papis grossos e 100 mesh para papis finos).Ao desaguar sobre a tela, as fibras ficam retidas na superfcie e a gua passa atravs da tela, caindo em calhas apropriadas. Esta gua, rica em partculas de fibras e cargas, recirculada para diluir a massa e realimentar a mquina. Os elementos de drenagem, alm de apoiar a tela, ajudam a retirar a gua em suspenso. So eles os cilindros esgotadores, lminas foil, caixas de suco etc.Alm do movimento longitudinal, a tela tem um outro movimento transversal que o vai-vem (shaker). A conjugao certa da frequncia do sacudimento com a amplitude um dos pontos chave para uma boa formao do papel. (ANDRIONI, 2009).

4.7.2.3. Prensas

A folha de papel, ao sair da mesa plana j est formada, porm 80 a 85 % de sua constituio ainda pura gua. A finalidade das prensas retirar parte dessa gua.A prensa formada por 2 rolos cilndricos, sendo o inferior de borracha ou ebonite e o superior, de material mais duro como granito ou microrock.As mquinas de papel tm 2 ou 3 prensas. As prensas trabalham com feltro especial, agulhado, que serve para apoio e conduo da folha. No ponto de encontro entre os dois rolos so feita a prensagem do papel e feltro. A gua contida no papel transferida para o feltro.Ao sair das prensas para a fase seguinte do processo (secagem), a folha de papel ainda contm 60 a 65 % de gua. Em algumas mquinas, com determinados tipos de papel, se pode chegar a 50 - 55 %.(ANDRIONI, 2009).

4.7.2.4. Secagem

A secagem o sector da mquina de papel onde se faz a secagem final da folha e se realizam a cura das resinas adicionadas.A secagem composta de inmeros cilindros secadores. O nmero de secadores depende do tipo e do tamanho da mquina. Os secadores so cilindros de ao com superfcie polida e trabalham com presso de vapor.Para conduo da folha, entre os cilindros secadores, usam-se feltros ou telas secadoras. A gua evaporada do papel extrada por campnulas especiais. A humidade da folha, ao deixar a seo de secagem, varia de 3 a 8 %.Algumas mquinas de papel dispem, ainda nessa fase, de:- cilindro monolustro ou monolcido - grandes cilindros secadores onde o papel prensado contra sua superfcie, proporcionando em uma das faces lisura e brilho acentuado;- prensa de colagem (size press) - equipamentos que se destinam impregnao superficial com qumicos, para as mais diversas finalidades. Como foi mencionado anteriormente, temos como exemplo o papel offset, no qual aplicada uma soluo de amido cozido, que lhe confere melhores caractersticas de impresso, maior resistncia superficial e absoro mais controlada da tinta. (ANDRIONI, 2009).

4.7.2.5. Calandra e Enroladeira

A calandra usada para o acerto da espessura e lisura do papel, ainda na mquina de papel, enquanto que na enroladeira, a folha contnua de papel vai sendo bobinada at um determinado dimetro, da partindo para os vrios processos de acabamentos. (ANDRIONI, 2009).

4.8. RECICLAGEM DE PAPEL

No mundo moderno, desperdiar recursos naturais perder dinheiro e agredir ainda mais o meio ambiente. A sada para desenvolver com inteligncia o reaproveitamento de materiais. Um segmento que tem crescido considervel o mercado de papel reciclado, forma mais barata e racional de aproveitamento de papel.O desenvolvimento das sociedades produz uma quantidade crescente de resduos slidos, industriais e urbanos, que poder afectar as disponibilidades dos recursos naturais existentes, renovveis ou no, fazendo surgir problemas ambientais que, a continuar, afetaro o crescimento e a qualidade da vida dessas mesmas sociedades.A Reciclagem apresenta-se, hoje em dia, como uma indstria em franco desenvolvimento e aparece como alternativa muito importante utilizao de recursos naturais. Motivada por fatores ambientais e econmicos em pases desenvolvidos, permite fazer face s necessidades de matrias-primas, para a crescente industrializao, em pases em vias de desenvolvimento.Reciclar um processo preferido para a reduo do fluxo de desperdcios, diminuindo os custos de deposio de resduos em aterros ou lixeiras, aumentando o tempo de vida dos materiais e reduzindo o seu custo.Novas indstrias surgem para recolher, separar e processar materiais abandonados como desperdcio, isto , sem qualquer valor econmico. Os sectores de recuperao de metal, papel, produtos qumicos e txteis, h muito estabelecidos, so agora complementados pela recuperao de desperdcios slidos urbanos.Reciclar pode originar diversas vantagens econmicas e ambientais:- fornecimento de matrias-primas para a indstria com custo normalmente mais baixo que as matrias-primas tradicionais;- menor utilizao de recursos naturais- reduz a dependncia pela importao de matrias-primas;- reduz a necessidade de espao para a deposio de resduos;- evita a poluio, convertendo desperdcios em novos produtos;- reduo de consumo de energia, o que permite diminuir a utilizao de combustveis fsseis, seus desperdcios, e produo de gases poluentes causados pela combusto (CO2 - efeito de estufa).

4.8.1. O "Papel Velho" e seus Contaminantes

A produo de papel e a sua converso num produto acabado pode ser realizada utilizando diferentes processos de fabrico que exigem a introduo de uma grande diversidade de materiais como tinta, colas, polietileno, cargas minerais, etc..Durante o uso de produtos de papel e at que se chegue aos circuitos de recuperao de "papis velhos", muitas oportunidades h para a entrada de materiais no-fibrosos como clips, agrafos, plsticos, borracha, colas, tinta, etc.. Como consequncia, o papel recuperado apresenta uma contaminao que pode ir desde peas de sucata metlica at microcpsulas de tinta.Os progressos que surgiram em indstrias adjacentes como a grfica a embalagem ou a informtica foraram o desenvolvimento de novas tecnologias que permitem a reciclagem de papis com contaminantes difceis de remover (tintas flexogrficas, tintas "densas" tipo Xerox, colas adesivas, "stickies").Uma unidade de produo de pasta a partir de papel velho tem como objetivo a remoo de todos os contaminantes que possam influenciar o aspecto visual e propriedades fsicas do produto acabado. A remoo dos diversos contaminantes realizada seletivamente, em diferentes etapas, atendendo s diferentes caractersticas fsicas e qumicas que apresentam. (RENOVA FPA, S.A.).

Fluxograma do processo de reciclagem de papis.

5. CONCLUSO

O trabalho estudado permite concluir que ao longo dos anos a indstria de celulose e papel vem desenvolvendo novos procedimentos, equipamentos e produtos qumicos sempre visando uma melhor qualidade e maior quantidade de papel.

6. REFERENCIAS

ANDRIONI, J. Lus. 2 Edio (revisada e atualizada) Fabricao de Papel Preparo de Massa. Curitiba, 2009. 252p.

ANDRIONI, J. Lus. 2 Edio (revisada e atualizada) Fabricao de Papel Mquina de papel. Curitiba, 2009. 316p.

CARDOSO, G. da Silva. 2 Edio (revisada e atualizada) Fabricao de Celulose. Curitiba, 2009. 350p.

CARDOSO, G. da Silva. 2 Edio (revisada e atualizada) Fabricao de Celulose Secagem de Celulose Curitiba, 2009. 116p.

CASTRO, H.F. Processos Qumicos Industriais II Apostila 4 Papel e Celulose. Universidade de So Paulo Escola de Engenharia de Lorena EEL. So Paulo, 2009.

RENOVA FPA, S.A. Introduo aos Processos de Produo de Celulose e Papel.

TOSETTO, C. L., Polpao artesanal do pseudocaule de bananeira (musa sp). (Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro Instituto de Florestas Curso de Graduao em Engenharia Florestal, Seropdica, Rio de Janeiro, 2010).

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