1º reactor batch (1)
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I. OBJETIVOS
- Determinar el orden de la reacción.
- Calculo de la constante cinética de la reacción de saponifcación delacetato de etilo a dierentes temperaturas, concretamente a temperaturaambiente y a temperatura ambiente + 10ºC.
- Comprobación del cumplimiento de la ecuación de Arrenius y determinarel !alor de la ener"#a de acti!ación de esta reacción, teniendo en cuentalos !alores de las constantes cinéticas a las distintas temperaturas.
II. FUNDAMENTO TEORICO
1. Defnición de Reacción Química.
$e conoce como reacción %u#mica a a%uella operación unitaria %ue tiene porob&eto distribuir de orma distinta los 'tomos de ciertas moléculas (compuestosreaccionantes o reactantes) para ormar otras nue!as (productos). *l lu"ar #sicodonde se lle!an a cabo las reacciones %u#micas se denominan *AC/2C.
3os actores %ue ay %ue tener en cuenta a la ora de lle!ar a cabo o desarrollaruna reacción %u#mica son4
- Condiciones de presión, temperatura, y composición necesarias para %uelos materiales entren en estado de reacción.
- 3as caracter#sticas termodin'micas y cinéticas de la reacción
- 3as ases (sólido, l#%uido, "aseoso) %ue se encuentran presentes en lareacción
F!ma" de cam#i" $uímic"%
- Descomposición, consiste en %ue una molécula se di!ide en moléculas m'spe%ue5as, 'tomos o radicales.
- Combinación, ésta se reali6a cuando una molécula o 'tomo se une conotra especie para ormar un compuesto nue!o.
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- 2someri6ación, en este caso la molécula no eect7a nin"unadescomposición e8terna o adición a otra, es simplemente un cambio deconf"uración estructural interna.
C&a"e" de Reaccine" Química".
- eacciones 9omo"éneas4 Cuando se aecta solamente una ase, ya sea"aseosa, sólida, o l#%uida.
- eacciones 9etero"éneas4 Cuando se re%uiere la presencia de al menosdos ases para %ue ten"a lu"ar la reacción a una !elocidad deseada.
- eacciones *n6im'ticos4 /tili6an catali6adores bioló"icos (prote#nas conalto peso molecular, con centros acti!os, y %ue traba&an a ba&astemperaturas)
- eacciones Catal#ticas4 $on a%uellas reacciones %ue re%uieren de unasustancia adicional (%ue no aparece en el balance "lobal) para modifcar la!elocidad de reacción: esta sustancia por su mera presencia pro!oca lareacción %u#mica, reacción %ue de otro modo no ocurrir#a.
- eacciones ;o Catal#ticas4 3os materiales reactantes no necesitan nin"una
sustancia adicional para dar lu"ar a la reacción %u#mica
- eacciones Autocatal#ticas4 *n esta reacción, uno de los productosormados act7a como catali6ador, participando en otra etapa del procesodonde !elocidad de reacción es m's r'pido %ue en la primera.
- eacciones *ndotérmicas4 $on a%uellas %ue adsorben calor del e8terior.
- eacciones *8otérmicas4 $on a%uellas %ue liberan calor acia el e8terior.
Defnición de Reac'! Químic%
/n reactor %u#mico es una unidad procesadora dise5ada para %ue en su interiorse lle!e a cabo una o !arias reacciones %u#micas. Dica unidad procesadora est'constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta con l#neas de entrada ysalida para sustancias %u#micas, y est' "obernado por un al"oritmo de control.
(" !eac'!e" $uímic" 'ienen cm )uncine" *!inci*a&e"%
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- Ase"urar el tipo de contacto o modo de <uir de los reactantes en el interiordel tan%ue, para conse"uir una me6cla deseada con los materialesreactantes.
- =roporcionar el tiempo sufciente de contacto entre las sustancias y con el
catali6ador, para conse"uir la e8tensión deseada de la reacción.
- =ermitir condiciones de presión, temperatura y composición de modo %uela reacción ten"a lu"ar en el "rado y a la !elocidad deseada, atendiendo alos aspectos termodin'micos y cinéticos de la reacción.
Ecuación de Rendimien'%
*s a%uella e8presión matem'tica %ue relaciona la salida con la entrada en unreactor %u#mico, para di!ersas cinéticas y dierentes modelos de contacto.
- odelo de Contacto4 *st' reerido a como los materiales circulan a tra!ésdel reactor y se contactan unos con otros dentro de este, adem's deltiempo %ue necesitan para me6clarse, y las condiciones y caracter#sticasde la incorporación de material.
- Cinética4 *st' reerido a cu'n r'pido ocurren las reacciones, el e%uilibriodentro del reactor, y la !elocidad de la reacción %u#mica: estas actoresest'n condicionados por la transerencia (balance) de materia y ener"#a.
*l balance de masas est' dado por la relación4
Entra – sale + genera – desaparece = acumula
*l balance de ener"#a est' dado por la relación4
Entra – sale genera transmite = acumula
+. TI,OS DE REACTORES QU-MICOS%
*8isten infnidad de tipos de reactores %u#micos, y cada uno responde a las
necesidades de una situación en particular, entre los tipos m's importantes, m'sconocidos, y mayormente utili6ados en la industria se puede mencionar lossi"uientes4
a REACTOR DISCONTINUO. *s a%uel en donde no entra ni sale materialdurante la reacción, sino m's bien, al inicio del proceso se introducen losmateriales, se lle!a a las condiciones de presión y temperatura re%ueridas,
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y se de&a reaccionar por un tiempo preestablecido, lue"o se descar"an losproductos de la reacción y los reactantes no con!ertidos. ambién esconocido como reactor tipo >atc.
# REACTOR CONTINUO. ientras tiene lu"ar la reacción %u#mica al
interior del reactor, éste se alimenta constantemente de materialreactante, y también se retira ininterrumpidamente los productos de lareacción.
c REACTOR SEMICONTINUO4 *s a%uel en el cual inicialmente se car"ade material todo el reactor, y a medida %ue tiene lu"ar la reacción, se !aretirando productos y también incorporando m's material de manera casicontinua.
d REACTOR TUBU(AR. *n "eneral es cual%uier reactor de operacióncontinua, con mo!imiento constante de uno o todos los reacti!os en una
dirección espacial seleccionada, y en el cual no se ace nin"7n intento porinducir al me6clado. ienen orma de tubos, los reacti!os entran por une8tremo y salen por el otro.
e TANQUE CON A/ITACI0N CONTINUA. *ste reactor consiste en untan%ue donde ay un <u&o continuo de material reacciónate y desde el cualsale continuamente el material %ue a reaccionado. 3a a"itación delcontenido es esencial, debido a %ue el <u&o interior debe estar enconstante circulación y as# producir una me6cla uniorme.
) REACTOR DE (ECO F(UIDI2ADO. $e utili6a para reacciones dondeinter!en"an un sólido y un <uido ("eneralmente un "as). *n estosreactores la corriente de "as se ace pasar a tra!és de las part#culassólidas, a una !elocidad sufciente para suspenderlas, con el mo!imientor'pido de part#culas se obtiene un alto "rado de uniormidad en latemperatura e!itando la ormación de 6onas calientes.
3 REACTOR DE (ECO FIJO. 3os reactores de leco f&o consisten enuno o m's tubos empacados con part#culas de catali6ador, %ue operan enposición !ertical. 3as part#culas catal#ticas pueden !ariar de tama5o yorma4 "ranulares, cil#ndricas, eséricas, etc. *n al"unos casos,especialmente con catali6adores met'licos como el platino, no se empleanpart#culas de metal, sino %ue éste se presenta en orma de mallas dealambre. *l leco est' constituido por un con&unto de capas de estematerial. *stas mallas catal#ticas se emplean en procesos comercialescomo por e&emplo para la o8idación de amoniaco y para la o8idación delacetalde#do a 'cido acético.
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4 REACTOR DE ME2C(A ,ERFECTA. *n este reactor las propiedadesno se modifcan ni con el tiempo ni con la posición, ya %ue suponemos %ueestamos traba&ando en estado de <u&o estacionario y la me6cla de reacciónes completamente uniorme. *l tiempo de me6cla tiene %ue ser muype%ue5o en comparación con el tiempo de permanencia en el reactor. *n
la pr'ctica se puede lle!ar a cabo siempre %ue la me6cla <uida sea poco!iscosa y esté bien a"itada
3a !elocidad de una reacción %u#mica indica cómo !ar#a la concentración dereacti!os o productos con el tiempo.
*&emplo4
=ara la reacción
3a !elocidad de la reacción se puede e8presar4
III. MATERIA(ES 5 REACTIVOS
Ma'e!ia&e"%
- ?iola 100 m3.
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- ?iola @0 m3.- ?iola 00 m3.- atra6 de *rlenmeyer.- >ureta.- $oporte uni!ersal.- 3una de relo&.
- =ipeta !olumétrica.- =iseta.- *sp'tula.- >alan6a anal#tica.- Baso de precipitado
Reac'i6"%
- Acetato de etilo. C9@E(C9FCC@9) 0.0;- 9idró8ido de sodio (;a9) 0.0;
- Acido succ#nico (C9 (C9@)@C9)- Gcido clor#drico (9Cl) 0.1 ;- ?enoltale#na
IV. ,ROCEDIMIENTO E7,ERIMENTA(
$e utili6a soluciones de i"ual concentración inicial, se preparan @00m3desolución de ;a9 0.0 ; y @00 m3 de solución de acetato etilo de i"ualconcentración %ue la solución %ue la solución anterior (0.0;) por pesadadirecta.
/na mesa traba&a a temperatura ambiente y la se"unda mesatermostati6an éstas a F@º C durante minutos. $e preparan adem's H*rlenmeyer de @0 m3, numerados y con m3 de 9C3 0.1; !alorado. /na!e6 termostati6ados, se !ierte la solución de ;a9 sobre la de acetato deetilo. Al fnal del a"re"ado de la solución, se lee el tiempo de me6clado (Dt
me6clado). $e tapa el *rlenmeyer, se a"ita !i"orosamente durante unosse"undos y se !uel!e a colocar en el termostato. $e e8traen muestras conuna pipeta de m3 de un solo enrase y de escurrimiento r'pido a cada minutos y se colocan en cada uno de los *rlenmeyer con 9C3.
$e re"istra mediante el cronómetro %ue unciona sin interrupción lostiempos tI en %ue se inician los a"re"ados y los lapsos DtI %ue duran dicas
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operaciones. *l erlenmeyer se destapa 7nicamente durante la toma demuestras.
$e !alora el e8ceso del 'cido con ;a9 0.01; usando enoltale#na comoindicador. $e considera el punto fnal de la titulación cuando e8istepersistencia de color durante un minuto.
,RE,ARACION DE SO(UCIONES
- =reparación de @0 m3 de ;a9 0.0 .
%97%
/40
:
=
=
pureza
mol g PM
Datos
g m
Lmol g
Lmol m
V PM M m
4.0
25.0*40*04.0
**
=
=
=
)(41.0
%100
%974.0
:
queridacantidadre g X
Xg
g
pero
=
→
→
- =reparación de 100 m3 de Acetato de *tilo 0.0 .
%5.99%
/9.0
/88
:
=
=
=
pureza
mL g
mol g PM
Datos
ρ
mLv
mL
g
Lmol
g
L
mol
v
V PM M v
39.0
9.0*995.0
1.0*88*04.0
*%
**
=
=
= ρ
- =reparación de 0 m3 de Gcido Clor#drico 0.1 .
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%5.37%
/187.1
/5.36
:
=
=
=
pureza
mL g
mol g PM
Datos
ρ
mLvmL
g
Lmol
g
L
mol
v
V PM M v
41.0
187.1*375.0
05.0*5.36*1.0
*%
**
=
=
= ρ
TEM,ERATURA AMBIENTE 8++ 9C
ESTANDARI2ACION DE( NaO CON ACIDO SUCC-NICO : MESA ;1 8T< ++ =C
19 ESTANDARI2ACION
N NaOH (1)=
0.0201g118.08 g /mol
2000meq.mol /mL
∗1
8.7mL =0.0391 M
+9 ESTANDARI2ACION
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N NaOH (2)=
0.0216g
118.08 g /mol2000meq.mol /mL
∗1
10.1mL =0.0362 M
*ntonces se promedia las concentraciones4
^ N NaOH = N NaOH (1)+ N NaOH (2)
2 =
(0.0391+0.0362 )meq/mL2
=0.0377 M
- Concentración para el ;a9
N NaOH
Rk =
(0.0377meq/mL x 100mL)200mL
=0.0189 M
- Concentración para el Acetato de *tilo
A=π r2
C F =C 0∗V 0V F
C F =0.04 M ∗100mL
200mL =0.02 M
DATOS E7,ERIMENTA(ES A TEM,ERATURA ++ =C
- Datos de los !ol7menes "astados de idró8ido de sodio en los *rlenmeyer%ue contienen 'cido clor#drico con acetato de etilo.
Tiem*8min
V&umen8m(
0 Bo J 11. B1 J [email protected]
10 B@ J [email protected] BF J 1@.
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@0 B J [email protected]@ B J 1F.0
*sta es la reacción %ue !amos a estudiar y tiene la si"uiente este%uiometria4
C>COOC+? @ NaO C>COONa@ C+?O
$e determina los !ol7menes de ;a9 en cada tramo
mLmLmLV V V
mLmLmLV V V
mLmLmLV V V
mLmLmLV V V
mLmLmLV V V
5.1)5.110.13
4.1)5.119.12
3.1)5.118.12
0.1)5.115.12
5.0)5.110.12
0505
0404
0303
0202
0101
=−=−=
=−=−=
=−=−=
=−=−=
=−=−=
−
−
−
−
−
=or relación este%uiometrica de la reacción L141M
C Ac . Et .=C Ac .Sod .=C NaOH
C Ac . Na.∗V sol.=∆V NaOH ∗C NaOH
*ntonces4 C Ac . Na.= ( ∆ V NaOH ∗
C NaOH )V sol.
C Ac . Na.=0.5mL∗0.0377 M
5mL =0.00377 M
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C Ac . Na.=1.0mL∗0.0377 M
5mL =0.00754 M
C Ac . Na.=1.3mL∗0.0377 M
5mL =0.00980 M
C Ac . Na.=1.4mL∗0.0377 M
5mL =0.0106 M
C Ac . Na.=1.5mL∗0.0377 M
5mL =0.0113 M
*ntonces4
Na Ac
O
Etil Ac Rx AcEt il C C C −=)(
C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00377=0.0162 M
C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00754=0.0125 M
C Ac . Et .( Rx)
=0.02−0.00980=0.0102 M
C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.0106=0.0094 M
C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.0113=0.0087 M
Calculo de la conversión:
VAC
V C C
A
Aaa
*º
*º*º
∆=
VA
V X
A
∆=
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X A=0.5
5 =0.1
X A=1.0
5 =0.2
X A=1.3
5 =0.26
X A=1.4
5 =0.28
X A=1.5
5 =0.3
=or "r'fca4
Tiem*
8"CAc. E'. 1 CAc. E'.
F00 0.01H@ H1.N@
H00 0.01@ 0.0000
K00 0.010@ K.0FK@
1@00 0.00K 10H.FF0
100 0.00N 11.K@
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>;; ?;; ;; ;; 11;; 1>;; 1?;;;
;
;
;
1;;
11;
1+;(8) J 0.08 + @.FO J 0.KH
' 8" 6." 1CA
De la "r'fca se tiene4
P J m8 + b
m J Q J 0.0F
Cálculo de la velocidad de reacción:
( )( )21*º* XA AC ! rA −=−
0.0377∗(1−0.1 ) ¿2=5.1000 x10−05
−rA=0.0443∗¿
0.0377∗(1−0.2 ) ¿2=4.0296 x10−05
−rA=0.0443∗¿
0.0377∗(1−0.26 )¿2=3.4479 x 10−05
−rA=0.0443∗¿
0.0377∗(1−0.28 ) ¿2=3.2640 x 10−05
−rA=0.0443∗¿
0.0377∗(1−0.3 ) ¿2=3.0852 x10−05
−rA=0.0443∗¿
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TEM,ERATURA A >+ 9C
ESTANDARI2ACION DE( NaO CON ACIDO SUCC-NICO : MESA ;+ 8T< >+ =C
19 ESTANDARI2ACION
N NaOH (1)=
0.0218g
118.08 g /mol2000meq.mol /mL
∗1
10.6mL =0.0348 M
+9 ESTANDARI2ACION
N NaOH (2)=
0.0202g
118.08 g /mol2000meq.mol /mL
∗1
9.5mL =0.0360 M
*ntonces se promedia las concentraciones4
^ N NaOH = N NaOH (1)+ N NaOH (2)
2 =
(0.0348+0.0360 ) M
2 =0.0354 M
- Concentración de ;a9
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N NaOH
Rk =
(0.0354 M x 100mL)200mL
=0.0177 M
DATOS E7,ERIMENTA(ES A TEM,ERATURA >+ =C
- Datos de los !ol7menes "astados de idró8ido de sodio en los *rlenmeyer%ue contienen 'cido clor#drico con acetato de etilo.
Tiem*8min
V&umen8m(
0 Bo J 11. B1 J [email protected]
10 B@ J [email protected] BF J 1F.0
@0 B J 1F.1@ B J 1F.F
*sta es la reacción %ue !amos a estudiar y tiene la si"uiente este%uiometria4
C>COOC+? @ NaO C>COONa@ C+?O
Para el Acetato de Etilo:
$e determina los !ol7menes de ;a9 en cada tramo
mLmLmLV V V
mLmLmLV V V
mLmLmLV V V
mLmLmLV V V
mLmLmLV V V
4.1)9.113.13
3.1)9.112.13
2.1)9.111.13
0.1)9.119.12
7.0)9.116.12
0505
0404
0303
0202
0101
=−=−=
=−=−=
=−=−=
=−=−=
=−=−=
−
−
−
−
−
=or relación este%uiometrica de la reacción L141M
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C Ac . Et .=C Ac .Sod .=C NaOH
C Ac . Na.∗V sol.=∆V NaOH ∗C NaOH
*ntonces4 C Ac . Na.=( ∆ V NaOH ∗C NaOH )
V sol.
C Ac . Na.=0.9mL∗0.0354 M
5mL =0.00637 M
C Ac . Na.=
1.1mL∗0.0354 M
5mL =0.00779
M
C Ac . Na.=1.2mL∗0.0354 M
5mL =0.00850 M
C Ac . Na.=1.3mL∗0.0354 M
5mL =0.00920 M
C Ac . Na.=1.5mL∗0.0354 M
5mL =0.0106 M
*ntonces4
Na Ac
O
Etil Ac Rx AcEtil C C C −=
)(
C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00637=0.0136 M
C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00779=0.0122 M
C Ac . Et .( Rx)=
0.02
−0.00850
=0.0115 M
C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00920=0.0108 M
C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.0106=0.0094 M
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Calculo de la conversión:
VAC
V C C
A
Aaa
*º
*º*º
∆=
VA
V X
A
∆=
X A=0.9
5 =0.18
X A=1.1
5 =0.22
X A=1.2
5 =0.24
X A=1.3
5 =0.26
X A=1.5
5 =0.30
=or "r'fca4
Tiem*
8"CAc. E'. 1 CAc. E'.
F00 0.01FH NF.@K
H00 0.01@@ 1.KHN@
K00 0.011 H.KH
1@00 0.010 [email protected]@H
100 0.00K 10H.FF0
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>;; ?;; ;; ;; 11;; 1>;; 1?;;;
?
;
?
;
?1;;
1;?
11;
(8) J 0.0F8 + H.FKO J 0.KH
' 8" 6." 1CA
De la "r'fca se tiene4
P J m8 + b
m J Q J 0.0@
- Cálculo de la velocidad de reacción:
( )( )21*º* XA AC ! rA −=−
0.0354∗(1−0.18 )¿2=2.1403 x 10−05
−rA=0.0254∗¿
0.0354∗(1−0.22 ) ¿2=1.9366 x 10−05
−rA=0.0254∗¿
0.0354∗(1−0.24 ) ¿2=1.8385 x10−05
−rA=0.0254∗¿
0.0354∗(1−0.26 )¿2=1.7430 x 10−05
−rA=0.0254∗¿
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0.0354∗(1−0.30 )¿2=1.5597 x 10−05
−rA=0.0254∗¿
C(CU(O DE (A ENER/-A DE ACTIVACI0N
ln k 1= LnA−
Ea
R∗ 1
ln k 2= LnA−
Ea
R∗ 2
estando ambas ecuaciones obtenemos
lnk 1
k 2= Ea
R ∗( 1 2−
1
1 )*ntonces4
Ea= R∗ln
k 1
k 2
1
2
− 1
1
Ea=0.08206
atm. L
mol.! ∗ln
0.0443
0.0254
1
295.15−
1
305.15
=411.0990 "
mol
V. CONC(USIONES
- $e determinó las cantidades de acetato de etilo %ue reaccionaron en cadainter!alo de tiempo en el reactor batc.
- $e comprende %ue la temperatura in<uye en la !elocidad de reacción.
7/23/2019 1º Reactor Batch (1)
http://slidepdf.com/reader/full/1o-reactor-batch-1 20/21
- As# como in<uye en las cantidades producidas en la reacción en el reactorbatc.
- A ra6ón %ue pasa el tiempo, las concentraciones producidas en el producto!an ba&ando.
- Pa %ue no %uedan muca concentración de las sustancias reactantes, es
por eso %ue !a disminuyendo la concentración del producto con respectoal tiempo.- $e determinó la ener"#a de acti!ación.
VI. BIB(IO/RAF-A
• Denbi",Q.R., urner,S.C. (1KK0).
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• ttp4EEXXX.ilustrados.comEpublicacionesE*plB?uYuZyD>Ysiu.pp
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
PRACTICA N° 01
REACTOR BATCH
7/23/2019 1º Reactor Batch (1)
http://slidepdf.com/reader/full/1o-reactor-batch-1 21/21
DOCENTE DE TEORIA : Ing. QUISPE MISAICO, Hernán Pedro
DOCENTE DE PRACTICA : Ing. QUISPE MISAICO, Hernán Pedro
CURSO : INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
ALUMNOS : CARRASCO SÁNCHEZ, Ju!"d"#no
QUISPE ORME$O, H%&!or P"ero
'RUPO : Jue(e ) * + .-
AACUCHO * PER/
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