KR20010078021A - 헤드스페이스 기체를 재수용하기 위한 방법 - Google Patents

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KR20010078021A
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mixing
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조슈아브리엔 스위니
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조안 엠. 젤사 ; 로버트 지. 호헨스타인 ; 도로시 엠. 보어
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 임펠러 수단 및 보조 임펠러 수단을 사용하여 오버헤드 기체 스페이스를 갖는 밀폐된 용기내에서 기체와 액체를 혼합시키는 방법에 관한 것이다.

Description

헤드스페이스 기체를 재수용하기 위한 방법 {PROCESS FOR REINGESTING HEADSPACE GASES}
본 발명은 기체-액체 혼합 조작에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 헤드스페이스 기체를 재수용함으로써 기체-액체 혼합 조작을 개선시키는 방법에 관한 것이다.
기체-액체 및 기체-액체-고체 반응을 위한 화학 반응기는 종종 헤드스페이스로부터 기체를 수용하도록 설계된다. 이는 불활성 또는 부산물 기체가 없는 시스템에 있어서 특히 그러하다. 헤드스페이스 기체의 수용은 이들 기체가 반응에서 "손실"되는 것을 방지하여, 공정 비효율성을 최소화시킨다.
기체-액체 혼합 조작에서, 어드밴스드 가스 리액터(AGR: Advanced Gas Reactor) 시스템을 포함하는 일부 기체 혼합 반응기는 중공 흡출관내에 위치된 다운 펌핑 임펠러를 사용하여 혼합 용기에 함유된 액체중에 재순환 흐름 패턴을 형성시킨다. 공동 양도된 미국 특허 제 32,562호에 기술된 바와 같이, 중공 흡출관내에서 액체가 하향으로 재순환하기 때문에, 흡출관의 상부 유입 영역에서 와류 (vortex)가 형성되어 용기 내부의 오버헤드 기체 스페이스로부터 기체를 끌어당겨 흡출관내로 하향으로 통과하는 순환 액체와 혼합시키는 흡인력을 일으킨다.
상기의 기체-액체 혼합 목적을 위한 만족스러운 와류 발생은 다양한 실제 조작 인자중에서, 흡출관의 상부 위쪽의 적당한 액체 레벨 범위를 유지하는 것에 달려있다. 액체 레벨이 좁은 조작 범위 이상인 경우에, 와류의 형성은 방해되고, 기체 수용율은 본질적으로 제로로 감소한다. 이와 같이, 최적 레벨 이상의 액체 레벨에서의 조작은 AGR 시스템의 기체 수용량을 상당히 감소시킬 수 있다. 또한, 액체 레벨이 흡출관의 상부 이하인 경우에, 모든 기체 흡인은 중단된다.
AGR은 반응기에서의 액체 레벨이 흡출관 위쪽에서 흡출관 직경의 약 1/2 내지 1/2 보다 더 큰 경우에 적당히 작동하지 않는다. 와류 AGR 임펠러 흡인이 효과적으로 중단되도록 임펠러는 액체를 범람시킨다. 이러한 이유로 AGR은 유용하지 않다. 가변성 레벨 응용은 특히 수소화 및 염소화 반응기에서 특수 화학 공정에서 일반적이다. 가변성 레벨 반응기에서의 사용을 위한 AGR의 성공적인 적용은 고정된 레벨의 AGR 응용에서 관찰되었던 잇점이 가변성 레벨의 응용에서 실현되게 할 것이다.
가변성 레벨 응용에서 AGR의 사용과 관련된 문제점을 극복하려는 수많은 방법들이 있다. 미국 특허 5,009,816호에서, 2개 이상의 AGR 임펠러/흡출관 세트는 하나 위에 다른 것이 놓인다. 임펠러는 공동 샤프트상에 장착되며, 벌크 액체로부터 각각의 임펠러의 흡인부내로의 흐름을 허용하도록 충분히 이격되어 있는 흡출관을 갖는다. 가장 낮은 임펠러/흡출관은 가장 낮은 조작 액체 레벨에서 정상적으로 작동하도록 배치된다. 액체 레벨이 배치 과정에서 증가함에 따라, 다음으로 높은 임펠러/흡출관 세트는 가라앉고, 이렇게 함으로써 활성화된다. 이와 같이, 임펠러/흡출관 세트 중 하나는 액체가 전혀 넘치지 않으며, 기체 수용의 와류 비말 메카니즘은 모든 레벨에서 효과적이다. 미국 특허 제 5,009,816호에 기술된 다수의 AGR 내용은 기계적으로 복잡하며 실행하기에 비용이 많이 든다. 미국 특허 제 4,919,849호 및 제 5,244,603호에 기술된 제 2 방법에서, AGR 임펠러 샤프트는 중공으로 제조되며, 호울은 반응기에서 최대 액체 레벨 이상의 위치에서 샤프트내로 드릴링된다. 중공 유출관은 임펠러 흡인부의 근처에서 샤프트에 부착된다. 임펠러가 회전함에 따라, 네거티브 압력이 유출관의 팁에서 발생된다. 호울이 배치된 기체 스페이스와 유출관 팁 사이의 압력차는 기체를 기체 스페이스로부터 샤프트를 통해 임펠러 흡인부로 흐르게 한다.
미국 특허 제 4,919,849호에는, 중공 샤프트에 연결된 중공 기체 수용관의 용도가 가변성 액체 조작으로 되는 기체-액체 혼합 조작의 과정에서 비최적 액체 레벨에서 배치되는 수단으로서 기술되어 있다. 많은 기체/액체 혼합 응용, 특히 특수 화학 및 약학 영역에서의 응용에서, 용기 내부에 액체 레벨의 변화는 매우 일반적이다. 이는 처리되는 배치 크기의 변화, 소모되거나 용해되는 반응물의 부피의 증가 또는 감소, 또는 반응이 진행함에 따른 물질의 첨가 또는 제거에 의해 유발될 수 있다. 많은 공정에서, 용기 헤드 스페이스에서 축적되는 기체(들)을 재순환시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이는 수소화 및 산소화 공정에서 특히 그러하다. 그럼에도 불구하고, 오버헤드 스페이스로부터 기체의 끌어당김이 와류 발생이 일어나는 특정 환경에서 일어날 수 있는 동안에, 기체 수용이 방해될 수 있다.
미국 특허 제 4,919,849호 및 제 5,244,603호는 발생되는 압력차가 유출관 이상의 액체 상부에서 보다 클 경우에 양호하게 수행되는 임펠러/유출관을 제공한다. 그러나, 문제는 액체 상부가 상당할 수 있기 때문에 액체 레벨이 광범위하게 변할 수 있는 경우에 일어날 수 있다.
미국 특허 제 5,004,571호에는 통상적인 AGR 조작에 있어서 최적 레벨 또는그 근처에서 반응기에서의 액체 레벨을 유지시키기 위한 레벨 조절부 및 외부 서지 탱크를 사용하여 가변성 레벨 응용과 관련된 문제들을 해결하기 위한 또 다른 방법이 기술되어 있다. 기체 분산의 주요 메카니즘은 기체 스페이스로부터 임펠러 흡인부로 기체가 와류 비말되는 것에 의한 것이다.
미국 특허 제 5,451,348호에는 액체를 유출관을 통해 밀폐된 용기로부터 및 다시 액체로 재순환시키고, 유출관의 진공 단부가 오버헤드 기체 스페이스에 연결되어 기체를 액체 아래쪽으로 끌어당기기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다. 상기 특허 제 5,451,348호의 장치는 액체가 조작 레벨에 있는 경우에 기체를 오버헤드 스페이스로부터 아래쪽으로 흡인하기 위한 임펠러 수단을 함유한다. 불행하게도, 표면 수용율은 부분적으로 임펠러(들)에 대한 액체 레벨에 의해 결정된다. 액체 레벨이 변하는 경우에, 수용되는 기체의 양이 변한다. 종종, 배치 공정에서, 액체 레벨은 현저하게 변하여 액체상 반응을 부족하게 할 수 있다. 모든 임펠러 시스템은 이러한 결점을 갖고 있다. 본 발명은 조작 범위를 넓히며, 기존의 임펠러와는 상이한 레벨에서 더욱 일정한 기체 수용을 제공한다.
앞서 기술된 많은 시스템들은 이러한 문제로 비효과적으로 조작된다. 이러한 시스템은 최적의 액체 레벨을 갖도록 설계되고, 배치 조작에서 일반적으로 고려되는 액체 레벨의 범위에 대해서 하위 최적 성능을 나타낸다.
기체 수용율의 민감도를 액체 레벨로 감소시키기 위한 2개의 방법이 있다. 제 1 방법은 탱크중의 유체를 회전시키는 것이다. 배플의 부재하에서, 임펠러(들)은 임펠러 회전 방향으로 벌크 회전 흐름을 일으킬 것이다. 이러한 회전 흐름은깊은 중심 와류를 발생시켜, 광범위한 범위의 액체 레벨에 대해서 기체 수용을 허용케 한다.
제 2 방법은 액체 배출부에 헤드스페이스 기체를 제공하는 것이다. 기체는 헤드스페이스 아래쪽의 중공 샤프트 임펠러로부터 유출관을 통해 액체로 흐른다. 유출관의 길이 및 구조, 유출관 위의 액체 높이, 및 샤프트의 회전 속도는 기체가 공급되는 속도를 결정한다. 이 방법은 또한 액체 레벨에 민감하지만, 덜하다.
상기 2개의 방법들에는 단점이 있다. 제 1 방법은 탱크중에 벌크 회전 흐름을 일으켜서, 액체를 혼합시키는데 불리하다. 이러한 벌크 회전 흐름은 또한 임펠러에서 유체로의 에너지의 효과적인 전달을 제한한다. 그 결과는 물질 전달을 더 불리하게 한다.
유출관은 표면 수용에 의해 발생되는 것과 균등한 기체 수용율을 수득할 수 없다. 부가적으로, 기체-고체-액체 시스템에서는, 유출관 플러깅(plugging)의 부가 위험이 있다.
기체 혼합 공정 및 오버헤드 스페이스로부터 더욱 완전한 수용을 위해 용액내로 기체를 다시 끌어당기기 위한 부가 수단을 갖는 기체 혼합 시스템은 당해 분야의 발전을 제공할 수 있다.
그러므로, 오버헤드 스페이스로부터 더 많은 양의 기체 수용을 제공하기 위한 기체 혼합 공정 및 시스템이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 오버헤드 스페이스로부터 더 많은 양의 기체 수용을 제공하기 위한 기체 혼합 공정 및 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 1000rpm의 교반기 속도에서 AGR 및 보조 임펠러를 갖는 AGR에 의해 발생되는 상이한 정지 액체 레벨에서 기체 보유를 비교한 데이타를 도시한 그래프이다.
도 2는 2000rpm의 교반기 속도에서 AGR 및 보조 임펠러를 갖는 AGR에 의해 발생되는 상이한 정지 액체 레벨에서 기체 보유를 비교한 데이타를 도시한 그래프이다.
도 3은 주요 임펠러 및 보조 임펠러를 갖는 임펠러 수단이 혼합 용기중에서 오버헤드 기체 스페이스 및 액체와의 유체 소통을 설정하는데 사용되는 한 구체예를 예시하는 정면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명
1: 용기 2: 임페러 수단
3: 보조 임펠러 수단 4: 샤프트
6: 와류 7: 재순환 흐름
8: 오버헤드 스페이스 9: 액체
본 발명은 오버헤드 기체 스페이스를 갖는 밀폐된 용기 내부에서 기체와 액체를 혼합시키는 방법으로서,
용기내에 배치된 임펠러 수단에 의해 용기중에서 액체를 순환시켜 흡인력을 발생시킴으로써, 기체를 오버헤드 기체 스페이스로부터 아래쪽으로 끌어당겨 기체를 재순환하는 액체와 혼합시키되, 액체 레벨을 소정의 레벨 범위내로 유지시키는 단계; 및
용기내에서 액체 레벨의 표면 근처에 배치된 보조 임펠러 수단에 의해 용기내에서 일부 액체를 순환시켜 부가적인 흡인력을 발생시켜, 기체를 오버헤드 기체 스페이스로부터 아래쪽으로 끌어당기고 기체를 재순환하는 액체와 혼합시키되, 액체 레벨을 소정의 레벨 범위를 초과하여 유지시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 혼합 조작 동안에 기체와 액체를 혼합시키는 장치로서, 혼합 용기; 혼합 용기내에 배치되어 있고, 혼합 용기내에서 순환 흐름 패턴을 일으킬 수 있으며, 액체를 임펠러에 이웃하여 아래쪽으로 통과시키는, 축류 하향 펌핑 임펠러; 및 액체의 표면 근처에서 상기 임펠러 수단 위쪽에 배치되어 있으며, 액체를 임펠러 수단을 향해 아래쪽으로 통과시키는, 축류 하향 펌핑 보조 임펠러를 포함하고, 임펠러 수단 및 보조 임펠러 수단이 액체를 임펠러 수단 주위에서 매해 한번씩 아래쪽으로 및 혼합 용기의 벽을 따라 매해 한번씩 위쪽으로 통과시킴으로써, 혼합용기내에서 오버헤드 기체 스페이스로부터 와류 및 유도 기체를 발생시키고, 단 액체가 혼합 용기 내부의 조작 액체 레벨에 있는 장치에 관한 것이다.
본원에서 사용되는 용어 "정지 액체 레벨"은 임펠러 또는 다른 혼합 디바이스가 정지되는 동안 용기내에서 한 지점에 대한 혼합 용기중의 액체 레벨을 의미한다. 예를 들어, 혼합 디바이스가 정지되는 동안 액체가 유출관 보다 1.5인치 위쪽에 있는 경우에, 정지 액체 수준은 기체가 상승 액체 레벨을 수득하고 팽창시키는 헤드스페이스로부터 와류를 통해 끌어당겨지는 임펠러 또는 다른 혼합 디바이스의 조작 동안의 액체 레벨과는 대조적이다.
본원에서 사용되는 용어 "기체 부족"은 액체의 구체화된 영역까지 보유되는 기체의 손실 또는 결핍을 의미한다. 예를 들어, 용기(혼합/주요 임펠러 상수를 가짐)내로 유입되는 액체가 많을수록, 혼합시키려는 다량의 액체로 인해 와류가 적게 일어날 것이다. 액체의 부피가 증가함에 따라, 와류가 전혀 일어나지 않는 지점에 도달할 것이다. 이는 와류가 일어나는 경우에 이미 수행되어 온 방식으로 기체를 헤드스페이스로부터 끌어당기지 않을 것이다. 일반적으로, 액체/액체 혼합은 계속될 것이지만, 기체/액체 혼합은 중단되어, 고안된 액체 영역에서 기체 부족을 유발할 것이다.
본 발명은 첨부되는 도면을 참조로 하여 추가 설명된다.
보조 임펠러는 주요 임펠러 시스템의 흡열부에 수용된 기체를 제공하도록 부가된다. 일반적으로, 주요 임펠러 시스템은 축상 임펠러 또는 기체 분산 부재와 조합된 축상 임펠러를 포함한다.
바람직한 구체예에서, 본 발명은 오버헤드 기체 스페이스를 갖는 밀폐된 용기내에서 기체와 액체를 혼합하기 위한 공정을 제공한다. 이 공정은 용기를 액체로 소정의 액체 레벨까지 충전시키고, 기체 오버헤드 스페이스에 기체를 비우는 단계를 포함한다. 기체 공급물을 첨가하고 액체와 혼합시켜 기체와 액체 사이에 소정의 상호작용을 일으켜서, 순환 단계 이전에 첨가된 기체의 일부를 오버헤드 기체 스페이스내로 보내는 단계를 포함한다.
액체는 용기내에 배치된 임펠러 수단에 의해 용기중에서 액체를 순환시켜 흡인력을 발생시킴으로써, 기체를 오버헤드 기체 스페이스로부터 아래쪽으로 끌어당겨 기체를 재순환하는 액체와 혼합시키되, 액체 레벨을 소정의 레벨 범위내로 유지시키는 단계; 및 또한 용기내에서 액체 레벨의 표면 근처에 배치된 보조 임펠러 수단에 의해 용기내에서 일부 액체를 순환시켜 부가적인 흡인력을 발생시켜, 기체를 오버헤드 기체 스페이스로부터 아래쪽으로 끌어당겨 기체를 재순환하는 액체와 혼합시키되, 액체 레벨을 소정의 레벨 범위를 초과하여 유지시키는 단계에 의해 용기중에서 순환된다.
액체의 일부가 조작되는 유출관(이는 일부를 다시 액체로 배출시킨다)은 표면 레벨 아래에서 연속적으로 재순환되어 유출관내에서 진공을 형성시킨다.
오버헤드 기체 스페이스는 진공과 소통되어 기체를 상기 스페이스 아래쪽으로부터 유출관내로 빨아들이고, 유출관에서 기체는 용기중의 액체 레벨 아래에서 재순환 액체와 혼합되고 배출된다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 혼합 조작 동안에 기체와 액체를 혼합시키기위한 장치를 제공한다. 이 장치는 혼합 용기; 혼합 용기내에 배치되어 있고, 혼합 용기내에서 순환 흐름 패턴을 일으킬 수 있으며, 액체를 임펠러에 이웃하여 아래쪽으로 통과시키는, 축류 하향 펌핑 임펠러; 및 액체의 표면 근처에서 상기 임펠러 수단 위쪽에 배치되어 있으며, 액체를 임펠러 수단을 향해 아래쪽으로 통과시키는, 축류 하향 펌핑 보조 임펠러를 포함하며, 임펠러 수단 및 보조 임펠러 수단이 액체를 임펠러 수단 주위에서 매해 한번씩 아래쪽으로 및 혼합 용기의 벽을 따라 매해 한번씩 위쪽으로 통과시킴으로써, 혼합 용기내에서 오버헤드 기체 스페이스로부터 와류 및 유도 기체를 발생시키고, 단 액체는 혼합 용기 내부의 조작 액체 레벨에 있다.
본원에서는 액체 재순환 시스템이 제공되는데, 이 시스템은 용기의 하부 영역으로부터 액체를 배출시키는 배출부 및 용기의 상부 영역에서 액체를 재유입시키기 위한 유입부를 갖는 도관; 도관을 통해 액체를 펌핑시키기 위한 펌프 수단; 및 도관의 유입부에 연결되어 있고, 재순환 액체의 연속적인 공급을 수용하기 위한 입구를 갖는 유출관; 액체의 속도를 증가시키기 위해 제한된 구멍을 갖는 수렴-발산 노즐; 제한된 구멍과 관련된 진공 챔버; 용기중의 액체 레벨 아래쪽의 배출 노즐; 및 유출관의 진공 챔버와 오버헤드 기체 스페이스간의 흡인관 연결부를 포함하며, 유출관의 진공 챔버중의 진공은 유출관에서 재순환 액체와 혼합시키고 배출시키기 위한 흡인부를 통해 기체를 오버헤드 기체 스페이스로부터 임펠러의 입구내로 끌어당긴다.
일반적으로, 보조 수단은 액체의 표면 아래쪽에, 바람직하게는 오버헤드 기체를 액체내로 유인하도록 충분한 흡인력을 제공하기에 효과적인 거리에 있다.
주요 임펠러 시스템의 특정 예는 축상 흐름 발생용의 나선형 임펠러 및 기체 분산용의 평편한 블레이드 터빈을 이용하는 AGR 기술이다. 유용한 다른 주요 임펠러 구성은 축상 하이드로포일(hydrofoil)만을 포함하거나, 이와 함께 기체 분산용 러쉬톤(Rushton) 터빈을 포함한다.
보조 임펠러는 바람직하게 축상 또는 혼합된 흐름 임펠러일 것이다. 다른 바람직한 보조 임펠러 구성은 하이드로포일 및 피칭(pitching)된 블레이드 터빈을 포함한다.
주요 임펠러 시스템으로서 AGR, 및 보조 임펠러로서 단일 축상 임펠러 또는 2가지 혼합된 흐름 임펠러(PBT)를 사용하여 실험실 규모는 AGR과의 조합에 사용된 2개의 PBT에 대한 보조 임펠러를 사용하여 성공적으로 개발되었다.
도 1 및 도 2는 2가지의 상이한 교반기 속도에서의 비교 데이타를 도시한 것이다. 이들 도시는 AGR 및 보조 임펠러를 갖는 AGR에 의해 발생된 상이한 정지 액체 레벨에서의 기체 보유를 비교한 것이다. 데이타는 3" AGR이 1000rpm에서 AGR 흡출관보다 약 1.5" 이상인 정지 레벨에서 및 2000rpm에서 2.25"의 정지 레벨에서 "기체 부족"됨을 명확하게 나타내고 있다. 비교하는 경우, 보조 임펠러는 흡출관 보다 6.5" 이상의 정지 액체 레벨에서 기체 수용을 제공한다. 보조 임펠러는 더 낮은 레벨에서 발견되는 것보다 더 높은 정지 액체 레벨에서 기체 수용을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
높은 액체 레벨에서 기체 수용의 증가는 보조 임펠러를 액체 레벨이 상당히변하는 배치 반응기 조작에 양호하게 적합한 AGR과 조합되게 한다. 보조 임펠러가 기체 수용의 범위를 넓히고 기체 수용의 레벨을 증가시킴이 증명되었다.
매우 높은 기체 보유가 높은 액체 레벨에서 달성된 것 이외에도, 요구된 비전력(단위 부피당 전력)이 거의 일정하다. 이러한 높은 기체 보유는 부가의 보조 임펠러를 사용하여 거의 동일한 비전력에서 달성된다.
이들 보조 임펠러는 단순히 부가의 혼합 장치는 아니다. 주요 시스템에 중충분한 기체를 제공하여 양호하게 분산된 기체상을 형성하도록 고안된 작은 임펠러가 있다.
도 3은 주요 임펠러 및 보조 임펠러를 갖는 임펠러 수단이 혼합 용기중에서 오버헤드 기체 스페이스 및 액체와의 유체 소통을 설정하는데 사용되는 한 구체예를 예시하는 정면도이다. 조작에서, 와류(6)은 보조 임펠러 수단(3)의 근처에서 액체의 표면으로부터 아래쪽으로 형성된다. 이는 오버헤드 스페이스(8)중의 기체를 액체(9)내로 수용시킨다. 임펠러 수단(2)는 용기(1)내의 액체의 하향 재순환 흐름(7)을 일으킨다. 임펠러 수단(2) 및 보조 임펠러 수단(3)은 샤프트(4)에 고정되며, 5 방향으로 회전시킨다. 임펠러 수단(2) 및 보조 임펠러 수단(3)은 아래쪽으로 펌핑되는 임펠러 수단이다.
상기의 상세한 설명은 단지 본 발명을 예시하고자 하는 것이다. 다양한 변형 및 대체예가 본 발명이 속하는 분야의 숙련자들에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 속하는 대체예, 변형 및 변화물을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 기체 혼합 공정 및 시스템을 이용하여 기체-액체 혼합 조작을 개선시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 오버헤드 기체 스페이스를 갖는 밀폐된 용기 내부에서 기체와 액체를 혼합시키는 방법으로서,
    (a) 용기내에 배치된 임펠러 수단에 의해 용기중에서 액체를 순환시켜 흡인력을 발생시킴으로써, 기체를 오버헤드 기체 스페이스로부터 아래쪽으로 끌어당겨 기체를 재순환하는 액체와 혼합시키되, 액체 레벨을 소정의 레벨 범위내로 유지시키는 단계; 및
    (b) 용기내에서 액체 레벨의 표면 근처에 배치된 보조 임펠러 수단에 의해 용기내에서 일부 액체를 순환시켜 부가적인 흡인력을 발생시켜, 기체를 오버헤드 기체 스페이스로부터 아래쪽으로 끌어당기고 기체를 재순환하는 액체와 혼합시키되, 액체 레벨을 소정의 레벨 범위를 초과하여 유지시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에서 있어서, 순환 단계 이전에 하기 단계 (a) 및 (b)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법:
    (a) 용기를 액체로 소정의 액체 레벨까지 충전시키고, 기체 오버헤드 스페이스를 비우는 단계; 및
    (b) 기체 공급물을 첨가하고 액체와 혼합시켜 기체와 액체 사이에 소정의 상호작용을 일으켜서, 순환 단계 이전에 첨가된 기체의 일부를 오버헤드 기체 스페이스내로 보내는 단계.
  3. 제 1항에서 있어서, 순환 단계 이후에 하기 단계 (a) 및 (b)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법:
    (a) 액체의 일부가 조작되는 유출관(이는 일부를 다시 액체로 배출시킨다)을 표면 레벨 아래에서 연속적으로 재순환시켜 유출관내에서 진공을 형성시키는 단계; 및
    (b) 진공을 오버헤드 기체 스페이스와 소통시켜, 기체를 상기 스페이스 아래쪽으로부터 유출관(여기에서, 기체는 용기중의 액체 레벨 아래에서 재순환 액체와 혼합되고 배출된다)내로 빨아들이는 단계.
  4. 제 1항에 있어서, 임펠러 수단을 중공 흡출관으로 둘러싸는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 보조 임펠러 수단을 중공 흡출관으로 둘러싸는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 혼합 조작 동안에 기체와 액체를 혼합시키는 장치로서, 혼합 용기; 혼합 용기내에 배치되어 있고, 혼합 용기내에서 순환 흐름 패턴을 일으킬 수 있으며, 액체를 임펠러에 이웃하여 아래쪽으로 통과시키는, 축류 하향 펌핑 임펠러; 및 액체의 표면 근처에서 상기 임펠러 수단 위쪽에 배치되어 있으며, 액체를 임펠러 수단을향해 아래쪽으로 통과시키는, 축류 하향 펌핑 보조 임펠러를 포함하고, 임펠러 수단 및 보조 임펠러 수단이 액체를 임펠러 수단 주위에서 매해 한번씩 아래쪽으로 및 혼합 용기의 벽을 따라 매해 한번씩 위쪽으로 통과시킴으로써, 혼합 용기내에서 오버헤드 기체 스페이스로부터 와류 및 유도 기체를 발생시키며, 단, 액체가 혼합 용기 내부의 조작 액체 레벨에 있는 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 용기의 하부 영역으로부터 액체를 배출시키는 배출부 및 용기의 상부 영역에서 액체를 재유입시키기 위한 유입부를 갖는 도관; 도관을 통해 액체를 펌핑시키기 위한 펌프 수단; 및 도관의 유입부에 연결되어 있고, 재순환 액체의 연속적인 공급을 수용하기 위한 입구를 갖는 유출관을 포함하는 액체 재순환 시스템을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 혼합 용기가 임펠러 수단을 둘러싸는 중공 흡출관을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 혼합 용기가 보조 임펠러 수단을 둘러싸는 중공 흡출관을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  10. 혼합 조작 동안에 기체와 액체를 혼합시키는 장치로서,
    (a) 혼합 용기로서, 혼합 용기내에 배치되어 있고, 혼합 용기내에서 순환 흐름 패턴을 일으킬 수 있으며, 액체를 임펠러에 이웃하여 아래쪽으로 통과시키는, 축류 하향 펌핑 임펠러; 및 액체의 표면 근처에서 상기 임펠러 수단 위쪽에 배치되어 있으며, 액체를 임펠러 수단을 향해 아래쪽으로 통과시키는, 축류 하향 펌핑 보조 임펠러를 포함하고, 임펠러 수단 및 보조 임펠러 수단이 액체를 임펠러 수단 주위에서 매해 한번씩 아래쪽으로 및 혼합 용기의 벽을 따라 매해 한번씩 위쪽으로 통과시킴으로써, 혼합 용기내에서 오버헤드 기체 스페이스로부터 와류 및 유도 기체를 발생시키며, 단, 액체가 혼합 용기 내부의 조작 액체 레벨에 있는 혼합 용기; 및
    (b) 용기의 하부 영역으로부터 액체를 배출시키는 배출부 및 용기의 상부 영역에서 액체를 재유입시키기 위한 유입부를 갖는 도관; 도관을 통해 액체를 펌핑시키기 위한 펌프 수단; 및 도관의 유입부에 연결되어 있고, 재순환 액체의 연속적인 공급을 수용하기 위한 입구를 갖는 유출관을 포함하는 액체 재순환 시스템를 포함하는 장치.
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