CH627087A5 - Process and plant for preserving the original properties of industrial treatment liquids and in particular of aqueous coolant emulsions of emulsifiable oil - Google Patents

Description

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RIVENDICAZIONI

1. Procedimento per conservare le caratteristiche originarie ai liquidi di trattamento industriali e particolarmente alle emulsioni acquose refrigeranti di olio emulsionabile, caratterizzato dal fatto che esso consiste nell'aspirare il liquido con caratteristiche originarie alterate in una torre (1), con una depressione superiore allo 0,9, in modo da creare in esso delle zone (f) di movimento vorticoso e delle zone di quiete (q) nonché una zona di galleggiamento (g) dalle quali zone vengono aspirate e/o eliminate: i fanghi pesanti dalle zone di quiete (q), i componenti leggeri dalle zone di galleggiamento (g) ed il liquido depurato dei fanghi pesanti e dei componenti leggeri da uno strato intermedio per essere rimesso in circolo nonché i gas inquinanti contenuti nel liquido.

2. Impianto per l'esecuzione del procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da almeno una torre (1) a serbatoio (11) ermeticamente chiusa, nella cui parte superiore agiscono due dispositivi (2, 3) adatti a determinare una depressione: il primo (2) di questi due disposti per l'aspirazione delle sostanze galleggianti ed il secondo (3) di questi dispositivi per l'aspirazione e rimessa in ciclo del liquido appartenente ad uno strato di poco inferiore o sottostante il pelo libero (g), i mezzi essendo provvisti all'interno della torre 1, per creare zone (f) di turbolenza e zone (q) di quiete ed una zona (g) di galleggiamento, le zone (q) di quiete essendo provviste di mezzi di raccolta e di evacuazione dei fanghi pesanti, la zona di galleggiamento (g) essendo provvista di mezzi (15, 15", 21, 2) per schiumare le sostanze galleggianti sopra il pelo liquido nonché per aspirare i gas che da quest'ultimo esalano.

3. Impianto, di cui alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che all'interno della torre vi è almeno un elemento occludente che dirige o regola la corrente ascendente del liquido.

4. Impianto, di cui alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che tali elementi occludenti o di regolazione hanno forma circolare e diametro inferiore al diametro interno della torre, in modo da convogliare la corrente ascensionale del liquido alla periferia degli elementi stessi.

5. Impianto, di cui alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che almeno uno degli elementi regolatori o condizionatori del flusso ascendente ha forma piana, almeno uno degli elementi stessi ha forma conica e almeno uno degli elementi regolatori stessi è forato centralmente.

6. Impianto, di cui alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che gli elementi regolatori o condizionatori del flusso ascendente sono tre: uno di essi, l'inferiore, è piano e forato; il secondo, l'intermedio, è conico e anch'esso forato e il terzo, il superiore, è anch'esso conico.

7. Impianto, di cui alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che sotto il coperchio della torre vi è un corpo scatolare cilindrico con praticata una corona di fori orizzontali sostanzialmente interessante la quota della fase galleggiante e che in detto corpo scatolare agisce la bocca aspirante di almeno una delle pompe di aspirazione e che detto corpo scatolare sovrasta l'elemento regolatore condizionatore del flusso superiore ove tra i due è interposto una specie di ombrello sferico.

8. Impianto, di cui ad una delle rivendicazioni da 2 a 7, caratterizzato dal fatto che l'elemento regolatore o condizionatore del flusso intermedio di forma troncoconica rovescia e forato ha il foro occluso da un tubo verticale la cui estremità superiore sovrasta la base maggiore e che sostanzialmente dal fondo del cavo del complesso imbuto tronco-conico-tubo diparte un tubo che fuoriesce dalla torre ed è portatore di fanghi di scarico.

9. Impianto, di cui ad una delle rivendicazioni da 2 a 8,

caratterizzato dal fatto che la torre e le sue parti sono dimensionate sostanzialmente secondo i seguenti rapporti: il recipiente (1'), di forma sostanzialmente cilindrica, a basi imbutite sfericamente, ha un'altezza h almeno doppia del diametro d; il fondo (1") della torre è trapassato da un tubo (10) che penetra nella torre fino ad una quota equivalente a quella di inizio della superficie cilindrica, ovvero dal termine della superficie sferica; la torre è disposta con l'asse verticale e la detta linea di incontro tra la superficie cilindrica e quella sferica costituisce la base di partenza per la misura e la determinazione dell'altezza h e delle dimensioni a quest'ultima riferite; ad un ottavo dell'altezza della torre (1) vi è una quaterna di mensole (10') ad appoggi superiori complanari orizzontali, sulle quali è appogiato un disco (10") di diametro (d') pari a 19/20d, il quale al centro reca un foro passante di diametro (d") pari a 1/16 d, all'interno della torre (1), e ad una quota (h') pari ad 1/2 h, sono applicate quattro mensole (11') uguali alle mensole (10'), sulle quali appoggia un imbuto (42); il diametro (D) della corona (12') dell'imbuto (12) è uguale al diametro (d') del disco (10"), vale a dire 19/20 d; inserito nel foro inferiore dell'imbuto (12), vi è un tubo (12"), che si estende verso il basso, partendo dalla quota (h'), di una distanza (b) pari a 7/40 h e verso l'altro, sempre partendo dalla quota (h'), di una distanza (c) pari a 1/60 h; il diametro interno (c') del tubo (12") è di 1/60 h; internamente alla torre (1), e ad una quota (h") corrispondente a 24/25 h, sono applicate altre quattro mensole (18') che reggono un imbuto (18) tron-co-conico rovescio avente una flangia superiore (18") di diametro (D') uguale al diametro (D), ovvero al diametro (d'), cioè pari a 19/20 d; quest'imbuto (18), ha una generatrice inclinata di 35° rispetto all'asse; appeso al coperchio (1'") della torre, vi è un ombrello rovescio (14') la cui sommità è situata ad una quota inferiore dell'entità (e)—pari ad h/120 — alla quota (h"); sotto il coperchio (1'"), vi è un corpo scatolare cilindrico (15), il cui fondo (15') è situato ad una quota uguale alla sommità dell'ombrello rovescio (14'); sulla superficie cilindrica del corpo scatolare (15) sono ricavati quattro fori passani (15"), che hanno il loro colmo ad una altezza (e') dal fondo (15') pari a h/120.

10. Impianto, di cui ad una delle rivendicazioni da 2 a 9, caratterizzato dal fatto che la torre ha un'altezza (h) di cm. 120 e un diametro (d) di cm. 20.

Formano oggetto della presente invenzione un procedimento ed un impianto rispettivamente secondo le rivendicazioni 1 e 2 che precedono. Formano pure oggetto della presente invenzione con una o più delle caratteristiche rivendicate nelle rivendicazioni dalla 3 alla 10.

Allo stato attuale della tecnica, esistono numerosissime lavorazioni che per poter essere eseguite richiedono l'impiego di liquidi acquosi che partecipano più o meno direttamente al processo produttivo e che, teoricamente, dovrebbero conservare almeno le caratteristiche originarie che sono loro peculiari tanto da poter essere riciclati ed usati indefinitamente. È questo il caso dei liquidi che partecipano, solo fisicamente, ai processi produttivi o che, pur partecipando chimicamente, fungono, per così dire, da catalizzatori in guisa da rimanere inalterati. Peraltro, praticamente, ciò non succede quasi mai e nella generalità dei casi anche quando la partecipazione è solo fisica i liquidi stessi incorporano delle sostanze estranee che ne alterano le caratteristiche originarie.

Caso tipico di questa partecipazione fisica è quello delle emulsioni refrigeranti usate in meccanica per condizionare termicamente gli utensili delle macchine operatrici. A questo

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caso tipico si farà riferimento nel prosieguo della descrizione. Peraltro, il procedimento e l'impianto che formano oggetto della presente invenzione trovano applicazione in tutti quei casi in cui sottraendo da una fase preponderante i gas, le sostanze pesanti e le sostanze galleggianti si restituiscono al liquido le caratteristiche originali. In genere così procedendo si liberano i liquidi stessi da cattivi odori e da sostanze in putrefazione.

Allo stato attuale della tecnica non esistendo mezzi efficaci per conservare a questi liquidi le caratteristiche originarie essi vengono riciclati e reintegrati finché le caratteristiche originarie non vengono del tutto compromesse; quindi, vengono eliminati. Questo modo di procedere oltre ad essere costosissimo crea inconvenienti gravissimi. Nella maggioranza dei casi questi liquidi sono carichi di sostanze inquinanti, sono maleodoranti e questo, spesso, già a partire da poche ore dopo l'inizio della loro partecipazione nella lavorazione, contengono sostanze indeperibili e per poter essere eliminati devono essere sottoposti a trattamenti laboriosi e costosi e gli stessi rifiuti di questi processi distruttivi sono a loro volta inquinanti.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare tutti gli inconvenienti precitati e di offrire, inoltre, vari vantaggi. L'inventore, con geniale intuizione, ha concepito un procedimento ed un impianto per conservare le caratteristiche originarie ai liquidi di trattamento industriali e particolarmente alle emulsioni acquose refrigeranti di olio emulsio-nabile capace di realizzare queste condizioni praticamente indefinitamente. Da esperimenti fatti, di cui uno è riportato nel prosieguo, si è accertato che, integrando meramente il deficit quantitativo — di cui nessuna lavorazione è esente — il liquido viene indefinitamente riportato alle caratteristiche originarie e quindi può essere utilizzato integralmente ed indefinitamente.

Quindi, sostanzialmente, a parità di materie prime impiegate, sia nella composizione iniziale che per le aggiunte successive, si eliminano completamente gli scarti di liquido originario e la eliminazione o disposizione del liquido depauperato. Se si pensa che, allo stato attuale della tecnica, tali liquidi vengono eliminati dopo poche centinaia di ore di partecipazione alla lavorazione e/oppure di invecchiamento spontaneo, si ha un'idea del risparmio conseguito dalla presente invenzione; risparmio che si manifesta, non solo sulle materie prime impiegate e sui costi, ma anche, e totalmente, nei riguardi delle spese di eliminazione o disposizione. Ulteriori risparmi si hanno nello spazio degli ambienti di lavoro, potendosi diminuire gli approvvigionamenti e le scorte ed eliminare i recipienti di raccolta dei rifiuti. Pure, gli ambienti di lavoro e gli addetti traggono beneficio dall'impiego di liquidi sempre inodori, o che conservano l'odore originale e liberi da sostanze in putrefazione, che, oltre ad infastidire l'olfatto degli addetti, possono procurare loro fenomeni allergici e anche malattie, particolarmente cutanee.

Per meglio spiegare le caratteristiche del presente trovato, ci si riferisce all'unito disegno, il quale ne mostra una possibile forma di pratica attuazione in modo schematico e solamente esplicativo.

La fig. 1 rappresenta, secondo ima sezione verticale, assiale, una torre di trattamento secondo la presente invenzione.

La fig. 2 è ima sezione trasversale della torre di fig. 1, rilevata secondo il piano passante per la linea 2-2 di fig. 1.

La fig. 3 è un diagramma a blocchi di un impianto, per così dire doppio, una parte del quale funziona in modo convenzionale e l'altra ha inserita la torre di trattamento secondo la presente invenzione, ed illustrata in fig. 1.

Con riferimento alle figure dei disegni, e specificamente alle figg. 1 e 2, secondo il presente trovato, un impianto per conservare le caratteristiche originarie ai liquidi di trattamento industriali, si compone sostanzialmente di una torre di trattamento 1, di una pompa di aspirazione 2, per aspirare le sostanze galleggianti e la cui bocca aspirante 20 è collegata a mezzo del tubo 21 alla sommità della torre 1 con le modalità da spiegarsi in appresso, nonché con una pompa aspirante 3 collegata con la bocca aspirante 30 a mezzo del tubo 31 al fondo dell'imbuto 18 da descriversi in appresso, che trovasi all'interno della torre.

La bocca premente 31' della pompa 3 è collegabile al circuito di circolazione del liquido dell'impianto di utilizzo in un punto ove trovasi altro liquido con le caratteristiche originarie (non rappresentato).

La torre 1 è sostanzialmente costituita da un recipiente 1', di forma sostanzialmente cilindrica, a basi imbutite sfericamente, avente un'altezza h almeno doppia del diametro d che si regge su una terna o quaterna di piedini 10. Il fondo 1" della torre è trapassato da un tubo 10 che penetra nella torre fino ad una quota equivalente a quella di inizio della superficie cilindrica, ovvero dal termine della superficie sferica.

Come si rileva dal disegno, la torre è disposta con l'asse verticale e la detta linea di incontro tra la superficie cilindrica e quella sferica costituisce la base di partenza per la misura e la determinazione dell'altezza h e delle dimensioni a quest'ultima riferite.

All'interno della torre 1, ad un ottavo della sua altezza, indicato nel disegno con a, vi è una quaterna di mensole 10' ad appoggi superiori complanari orizzontali, sulle quali è appoggiato un disco 10" di diametro d' pari a 19/20 d, il quale al centro reca un foro passante di diametro d" pari a 1/16 d.

Sempre all'interno della torre 1, e ad una quota h' pari ad 1/2 h, sono applicate 4 mensole 11' uguali alle mensole 10', sulle quali appoggia un imbuto 42 tronco-conico rovescio a mezzo di una corona della quale è provvisto.

Il diametro D della corona 12' dell'imbuto 12 è uguale al diametro d' del disco 10", vale a dire 19/20 d.

Inserito nel foro inferiore dell'imbuto 12, vi è un tubo 12", il quale sporge verso il basso leggermente dall'imbuto e verso l'alto, pure leggermente dall'imbuto stesso.

Più precisamente, il tubo 12" si estende verso il basso, partendo dalla quota h', di una distanza b pari a 7/40 h e verso l'alto, sempre partendo dalla quota h', di una distanza c pari a 1/60 h. Anche il diametro interno c' del tubo 12" è di 1/60 h.

Sempre internamente alla torre 1, e ad una quota h" corrispondente a 24/25 h, sono applicate altre quattro mensole 18' che reggono un imbuto 18 tronco-conico rovescio avente una flangia superiore 18" di diametro D' uguale al diametro D' ovvero al diametro d', cioè pari a 19/20 d. Quest'imbuto 18, che ha una generatrice inclinata di 35° rìspeto all'asse, ha il foro di fondo 31" collegato come si è detto al tubo 31. Appeso, mediante quattro tiranti 14, al coperchio 1"' della torre, vi è un ombrello rovescio 14' la cui sommità è situata ad una quota inferiore dell'entità e — pari ad h/120 — alla quota h"). Sotto il coperchio 1"', e precisamente saldato al suo verso, vi è un corpo scatolare cilindrico 15, il cui fondo 15' è situato ad una quota uguale alla sommità dell'ombrello rovescio 14'. Sulla superficie cilindrica del corpo scatolare 15 sono ricavati quattro fori passanti 15", che hanno il loro colmo ad una altezza e' dal fondo 15', pari a h/120.

Come si è detto, al coperchio 1'", accede il tubo 21. Ora si precisa che tale tubo accede al coperchio stesso, al centro, vale a dire proprio nel corpo scatolare 15. Il funzios io

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namento dell'impianto è semplice ed intuitivo. Mettendo in azione le pompe aspiranti 2 e 3, si creano delle condizioni di depressione all'interno della torre 1. Aprendo la valvola 100, inserita sul tubo 10, che è collegato all'impianto (non rappresentato) in un punto in cui è disponibile il liquido inquinato, la depressione chiama all'interno della torre 1 il liquido stesso, che lentamente sale fino a raggiungere una quota superiore al bordo 18" dell'imbuto 18. Poiché le pompe 2 e 3 aspirano, insieme, un quantitativo in volume di gas o di liquido superiore al liquido che si lascia accedere dal fondo, i gas che emergono dal liquido vengono immediatamente evacuati, prima, durante e dopo che il liquido raggiunga la quota corrispondente al bordo 18" dell'imbuto 18.

A questo punto, cioè quando il liquido ha raggiunto o superato la quota corrispondente al bordo 18", e parzialmente anche prima, si producono nel liquido contenuto dalla torre delle zone di movimento vorticoso, rilevabili dall'andamento delle frecce, per esempio f, e delle zone di quiete q, nonché una zona di galleggiamento g. Nella zona di quiete q, le particelle pesanti presenti nel liquido si depositano sottoforma di fango in q' e possono essere scaricate dal tubo 6, aprendo la valvola 6'. Le sostanze che essendo più leggere del liquido galleggiano, vengono aspirate, per effetto della depressione vigente nella camera 15, dai fori 15" e tramite il tubo 21 portate, dapprima, nella pompa 2, poscia, da questa estromessi dalla sua bocca premente 20' in un serbatoio dei rifiuti (non mostrato).

La parte preponderante di liquido, cioè quella parte avente un peso specifico non tanto alto da essere trattenuto dalle zone di quiete e non tanto basso da galleggiare, viene aspirata dal fondo dell'imbuto 18 ed inviata dalla pompa 3 nel condotto 31 che, come si è detto, la porta in ciclo nell'impianto in cui la torre è inserita.

Per dare un'idea dell'efficacia dell'impianto che forma oggetto della presente invenzione, si dà, di seguito, un esempio che fa riferimento ad una delle prove pratiche effettivamente eseguite.

Esempio 1

Con riferimento al diagramma a blocchi di fig. 3, in una vasca 7 della capacità di 4000 1. provvista di agitatore a pale 7', per preparare 3000 1. di liquido refrigerante 70 per utensili di macchine operatrici metal-meccaniche pari al 100%, si versarono litri 2940, di acqua 71, pari al 98% in volume, e 1. 60 di olio 72 emulsionabile, del tipo «Sintolin El».

Il liquido refrigerante 70 aveva pH 9, un colore omogeneo bianco latte e l'odore caratteristico del liquido refrigerante e cioè dell'olio emulsionabile 72, quindi non sgradevole.

Di questo liquido refrigerante 70 furono fatte due porzioni di 1500 1. cadauna ed ognuna di queste porzioni inviata alla vasca 73, 73', di una macchina operatrice 74, 74'; le due macchine operatrici 74, 74' essendo identiche, destinate alle medesime lavorazioni e funzionanti nelle medesime condizioni.

Essendo installate in una azienda per la produzione di pezzi di serie e, trattandosi di macchine automatiche, il loro ciclo lavorativo è di 132 ore settimanali, vale a dire dalle ore 6 del lunedì alle ore 14 del sabato, con un riposo di 36 ore costituente l'intervallo festivo.

Allo scopo di effettuare un confronto, una delle due macchine, la 74, è stata fatta funzionare con specifico riferimento all'impianto di refrigerazione ed al liquido refrigerante 70 in condizioni convenzionali. La seconda macchina, la 74', è stata invece provvista di un dispositivo secondo la presente invenzione.

Per evidenziare la differenza, si cominceranno a descrivere le condizioni convenzionali di un ciclo 73, quadrisetti-manale, del quantitativo di 1. 1500, contenuto dal serbatoio 73 dianzi detto.

Ogni macchina, 74, 74', si autoalimenta del liquido refrigerante 70 a mezzo di una pompa p, p', della portata di 1. 7500 ora, in guisa da far circolare in un'ora 5 volte il quantitativo di liquido 70 contenuto nella vasca 73, 73'.

Dopo 132 ore, si rilevò il pH e si trovò che il suo valore era sceso a 8,5. Dal livello del liquido 70, nella vasca 73, 73', si rilevò un deficit quantitativo di 1. 30 circa. L'aspetto del liquido a riposo era sostanzialmente il medesimo, solo che si osservava un incipiente galleggiamento di olio, evidentemente di trasmissione 75, proveniente dagli organi operatori vari della macchina, ovviamente lubrificati.

Essendo essenziale mantenere il pH costante, si fece una aggiunta di olio emulsionabile 72, dello stesso tipo, fino a portare il pH a 9,1.

A questo punto, il quantitativo di olio emulsionabile aggiunto si riscontrò che era di 1. 1,5. Per ripristinare il quantitativo, si aggiunsero anche 1. 28,5 di acqua 71, con il pH si potrò al valore di 9. Il liquido refrigerante 70 era così pronto per essere impiegato un'altra settimana nello stesso impianto.

Peraltro, nulla fu possibile fare per eliminare l'olio di trasmissione 75, che vi galleggiava.

Dopo altre 132 ore, di lavoro continuativo, si osservò, quanto segue:

— Incipiente ingiallimento del liquido;

— Aumento della quantità di olio galleggiante;

— Deficit quantitativo di 1. 32 circa di liquido;

— Valore del pH pari a 8,5.

Nel tentativo di ristabilire, per quanto possibile, le qualità originali, cioè pH uguale a 9, si aggiunsero 1. 2 di olio e 1. 30 di acqua, con il che si rimediò, in parte, ai guasti prodotti dalle lavorazioni, tanto da ripristinare il liquido stesso per un'altra settimana. Dopo un'alra settimana di lavoro continuativo, e cioè dopo 132 ore, il liquido esalava un odore leggermente nauseabondo e, ad una osservazione sommaria ad occhio nudo, denunciava una incipiente separazione di olio emulsionabile, che galleggiava insieme a quello di trasmissione, ulteriormente aumentato di quantità. Si misurò il pH ed il suo valore era sceso a 7,8.

Da un esame al microscopio della soluzione, si aveva una conferma dell'avvenuta separazione e dell'origine del cattivo odore; precisamente, la presenza di microorganismi, di sostanze in decomposizione, quali, ad esempio, microbi anaerobici.

Nell'intento di prolungare, per un'altra ed ultima settimana, l'impiego del liquido, arginando per quanto possibile la decomposizione in atto, si aggiùnsero Kg 7,5 di carbonato di sodio (NaC03) nonché 1. 2 di olio emulsionabile, oltre a I. 30 di acqua; il tutto allo scopo di riportare il valore del pH a 9.

Il liquido refrigerante potè, così, essere usato per un'altra settimana, dopo di che si osservava un abbondante dis-emulsionamento dell'olio, un abbondante galleggiamento di sostanze untuose, un appesantimento del colore giallo, con tendenza al marrone, ed una accentuazione dell'odore caratteristico dell'emulsione fatiscente. Il tutto tale da rendere inutilizzabile il liquido che, quindi, veniva eliminato, relegandolo in appositi serbatoi di raccolta senza alcuna possibilità di ulteriori eliminazioni, a meno di non ricorrere a costosissimi impianti di evaporazione dell'acqua ed incenerimento dell'olio.

Si passa, senz'altro, a descrivere parallelamente all'iter del liquido del primo impianto, il comportamento del liqui5

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do refrigerante dellimpianto provvisto di un dispositivo secondo la presente invenzione.

Il dispositivo 1, secondo quanto è stato spiegato con riferimento alle figg. 1 e 2 dei disegni, è inserito in un circuito indipendente che ha come passaggio obbligato la vasca 73' della macchina utensile 74'.

Il dispositivo 1, secondo la presente invenzione, iniziò a funzionare contemporaneamente alla macchina 74' e, al termine delle prime 132 ore, si osservò quanto segue:

— Un deficit quantitativo sostanzialmente corrispondente a quello dell'atro impianto (1. 29,3);

— Odore immutato;

— Colore sostanzialmente invariato;

— Valore pH 8,5;

— Assenza di sostanze galleggianti.

Per ripristinare il valore del pH a 9, si aggiunsero 1. 1,4 di olio emulsionabile e la differenza di acqua (1. 27,9).

Al termine delle settimane successive, sempre nell'impianto funzionante secondo la presente invenzione, si osserva quanto segue:

— Valore pH 8,5;

— Odore immutato;

— Colore sostanzialmente invariato;

— Assenza di sostanze galleggianti;

— Deficit quantitativo 1. 29,7.

Si operarono le stesse aggiunte e si seguirono le stesse modalità della fine della prima settimana.

In questa occasione, e per altre sei settimane, si ottennero i seguenti risultati:

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Sembra, dalla sperimentazione sin qui fatta, e come del 20 resto si rileva dalla tabella di cui sopra, che il processo possa ripetersi indefinitamente senza che intervengano variazioni nei risultati e che un «turnover» di 50 settimane circa sia più che sufficiente a perpetuare la durata del liquido refrigerante.

25 Al termine delle otto settimane, infatti, anche l'esame al microscopio non rivela presenza osservabile di microbi anae-robici.

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1 foglio disegni