ES2325221T3 - Metodo para el tratamiento de un material de proceso con plasma de gran superficie. - Google Patents

Abstract

Método para el tratamiento de un material de proceso, donde - el material de proceso es puesto en contacto con un plasma de gran superficie, preferiblemente no térmico, preferiblemente a presión por lo menos atmosférica, - el plasma es generado en la inmediata cercanía del material de proceso o se genera una descarga de gas, en particular una descarga corona, en el material de proceso o en los alrededores inmediatos, preferiblemente a una presión por lo menos atmosférica, caracterizado porque la generación del plasma o bien la descarga del gas es provocada entre los electrodos (43, 44) de impulso de alto voltaje (66, 67) con una duración (62) de por lo menos 10 µs.

Description

Método para el tratamiento de un material de proceso con plasma de gran superficie.

La invención se refiere a un método para el tratamiento de un material de proceso, donde el material de proceso es puesto en contacto con plasma de gran superficie, preferiblemente no térmico, preferiblemente a una presión que es por lo menos atmosférica, el plasma es generado en la inmediata proximidad del material de proceso o se genera en el material de proceso o en la vecindad inmediata una descarga de, en particular, una descarga corona preferiblemente a una presión por lo menos atmosférica.

El tratamiento de los materiales de proceso desencadena principalmente un cambio de una estructura molecular del material de proceso, en particular, en su superficie. Por ejemplo, en la industria del papel o en la industria de los textiles, los materiales de proceso como por ejemplo rollos completos de papel o rollos completos de textil tienen que ser tratados mediante la aplicación con sustancias determinadas. En el ejemplo del papel, se alcanzan así los siguientes efectos:

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Eliminación de grupos moleculares "coloreados", mediante lo cual se logra un aclaramiento del papel por lo menos en el rango superficial,

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aumento de la capacidad de absorción para una tinta de impresión.

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Aumento de la estabilidad del papel.

En los textiles y plásticos ya se realiza técnicamente el tratamiento de superficies con plasmas "fríos" no térmicos, para mejorar la capacidad de ser coloreados y/o la capacidad para ser estampados mediante una funcionalización superficial, o también para controlar otras propiedades determinadas a las que se aspira como por ejemplo protección contra llama, rechazo o atracción al agua.

De la DE 198 36 669 A1 se conoce un método para el tratamiento superficial previo de papel o cartón con plasma.

De las WO 2004/101891 A1 y FR-A-2711680 se conocen métodos para el tratamiento superficial con plasma de papel y fibras ligadas.

Hasta ahora no se conocen métodos de tratamiento, como son por ejemplo imprescindibles en la industria del papel, para el control de las muy altas velocidades de proceso actuales.

Es un objetivo de la invención un resultado del tratamiento que sea alcanzado mediante un tratamiento de un material de proceso con plasma, para mejorar y/o aumentar la efectividad de la generación del plasma.

El objetivo es alcanzado mediante la generación de plasma o bien de la descarga de gas entre electrodos de impulso de alto voltaje con una duración de por lo menos 10 \mus. El empleo de tales impulsos individuales cortos de alto voltaje ha mostrado ser particularmente ventajoso, frente a la aplicación de impulsos de radiofrecuencia (RF) o de microondas o de impulsos individuales de alto voltaje con más de 10 \mus de duración que son, de lejos, menos eficientes. Para obtener una buena eficiencia energética en la generación del plasma y sus efectos positivos, tanto en gases como también en líquidos, se trabaja por ello preferiblemente con impulsos de alto voltaje muy cortos. La duración del pulso debería ser claramente menor, comparada con la correspondiente a un tiempo de formación del tiempo total de perforación, en el medio respectivo.

Según la invención, en contraposición a los procedimientos conocidos para textiles y plásticos, no se trabaja con un reactor de plasma a baja presión, lo cual es muy costoso debido a la indispensable generación de vacío, sino que se aplica presión atmosférica.

Preferiblemente, el material de proceso es un tejido fibroso no entretejido en una suspensión, en particular fibras o pulpa, un papel a ser fabricado, un cartón a ser fabricado, una cartulina a ser fabricada, sus materiales de partida para la producción y/o sus productos intermedios durante la producción, en particular una hoja húmeda o seca y/o no prensada.

Preferiblemente, el plasma es generado a una distancia inferior a 20 cm, preferiblemente inferior a 10 cm, más preferido inferior a 5 cm del material de proceso. Para alcanzar un buen resultado del tratamiento, por ejemplo un blanqueo de un rollo de papel es ventajoso generar el plasma en el alrededor inmediato del material de proceso.

Es ventajoso que el material de proceso entre en contacto con el plasma o bien sea tratado por medio de la descarga de gas por ambos lados. El tratamiento con plasma por ambos lados del material de proceso hace posible una alta eficiencia del tratamiento y una preferiblemente alta profundidad de penetración en el material de proceso de, por ejemplo, vehículos agresivos.

Una forma preferida de operar la invención es emplear el plasma o bien la descarga de gas para blanquear el material de proceso, en particular en un horno, en un recipiente de blanqueo o en una conducción. Si se aplica el método por ejemplo dentro de un elemento de unión o una conducción, la cual es preparada para el transporte del material de proceso, entonces puede aplicarse el método para el tratamiento del material de proceso en forma ventajosa durante el transporte de éste y con ello acortar el tiempo de proceso.

En una modificación adicional preferida, se pone en contacto el material de proceso con por lo menos un electrodo para la generación del plasma o bien la descarga de gas.

De forma adecuada, se aplica el método sobre diferentes tipos o bien estados de los materiales de proceso. En una aplicación preferida, el contenido del líquido portador, en particular agua, en el material de proceso está en el rango entre 40% y 99,9%, preferiblemente en el rango entre 80% y 98% y en particular en el rango entre 85% y 98%. Con el empleo del método acorde con la invención, dentro de un líquido portador pueden generarse también de modo ventajoso reacciones químicas particularmente eficientes que provocan el resultado del tratamiento.

Preferiblemente, en el plasma o por medio de la descarga de gas se genera radicales que actúan sobre los materiales de proceso. Estos radicales efectúan una reacción química, por ejemplo con efecto blanqueador, la cual apoya de modo efectivo el logro del propósito de tratamiento del proceso de tratamiento.

Con particular ventaja se emplean radicales de diferente tipo o composición para diferentes estados del material de proceso en un proceso de producción de papel, cartulina o cartón, en particular en diferentes etapas del proceso.

Es particularmente preferido y conveniente que en un proceso de producción de papel o cartón, el material de proceso sea expuesto a radicales de diferente tipo o composición dentro de unas etapas del proceso, preferiblemente uno después de otro en el tiempo. De este modo, etapa por etapa, se alcanza con ventaja un resultado óptimo del tratamiento.

Resulta conveniente que como radicales se generen ozono, peróxido de hidrógeno, hidroxilo, HO_{2} y/o HO_{2}^{-}.

De manera ventajosa, en el blanqueado de los materiales de proceso, el plasma o la descarga de gas son aplicados de manera que como radicales se formen ozono y/o peróxido de hidrógeno aumentados.

Partiendo de la aplicación de diferentes tipos o combinaciones de radicales sobre diferentes insumos de proceso, es ventajoso que, durante el cribado y/o en el material de proceso distribuido bidimensionalmente, se aplique el plasma o la descarga de gas de tal manera que como radicales se formen hidroxilo, HO_{2} y/o HO_{2}^{-} aumentados.

De manera ventajosa se modula una tasa de generación de los radicales y/o la composición de los radicales generados, influyendo en una amplitud, una duración de impulso y/o una tasa de repetición de impulso del impulso de alto voltaje. Puesto que, aparte del tipo y composición de los radicales, también se genera la concentración de los radicales mediante un proceso eléctrico y con ello se modula muy bien en tiempo real, tal método es muy económico y puede ser ajustado posteriormente dentro de tiempo más corto, para diferentes resultados del tratamiento como por ejemplo en el contexto con algoritmos que tengan la capacidad de ser autoaprendidos.

Es conveniente que para la modulación y regulación de la tasa de generación y/o del tipo de radicales generados, se mida una concentración de los radicales generados. En un circuito de regulación o método de regulación preferiblemente empleados para la generación de plasma, se busca la concentración de radicales como valor real.

Para el control y la modulación de la tasa de generación o de la composición de los radicales generados, se alcanza un aumento adicional de la toma de influencia a la que se aspira, midiendo una propiedad de la suspensión, preferiblemente una propiedad de calidad, en particular su opacidad, brillo, blancura, fluorescencia coloreados. En virtud el resultado de la medición de las propiedades de calidad, se obtiene una retroalimentación que permite controlar de manera óptima el proceso del tratamiento.

De manera adecuada se mide preferiblemente la concentración o bien la propiedad "en línea". Teniendo en cuenta un proceso automatizado, esto es particularmente ventajoso, preferiblemente con componentes de automatización y sensores, puesto que la reacción ocurre cuasi simultáneamente con una propiedad cambiante de calidad.

Para la regulación, es adecuado cambiar la amplitud del impulso de alto voltaje a una tasa constante de repetición.

En una modificación adicional conveniente, para la regulación se cambia la tasa de repetición del impulso de alto voltaje a una amplitud constante.

Se alcance un mejoramiento adicional del resultado del tratamiento, enriqueciendo con oxígeno el material de proceso, preferiblemente para el blanqueado, en el ámbito de incidencia del plasma.

Si el material de proceso está presente como suspensión o pulpa o como papilla de fibras, entonces es particularmente ventajoso que, teniendo en cuenta el resultado del tratamiento, preferiblemente para el blanqueado, se emplee una duración de impulso de alto voltaje inferior a 100 ns. Si por ejemplo se colocan los electrodos de un dispositivo de blanqueo por completo en el interior de la suspensión, en razón de la alta conductividad de la suspensión es muy ventajoso trabajar con pequeñas duraciones de impulso de alto voltaje. Cuanto más alta sea la conductividad, por ejemplo de la suspensión, mas puede presentarse " pérdida óhmica" a muy altas duraciones de impulso.

Además, en el sentido de un óptimo resultado del tratamiento es conveniente que el material de proceso distribuido bidimensionalmente, en particular por tamizado, esté rodeado en el ámbito de incidencia del plasma por una atmósfera enriquecida con vapor de agua.

Preferiblemente, para un material de proceso distribuido superficialmente, en particular pulpa o papilla de fibra o para hoja aún no prensada que se forma o formada, en particular en el tamizado, se emplea una duración de impulso de alto voltaje de 100 ns a 1 \mus. Como ya se mencionó, en suspensiones con alta conductividad se presenta pérdida "óhmica"; de allí que sea ventajoso emplear impulsos con una baja duración de impulso y una alta pendiente de flanco.

Para suspensiones con conductividad extremadamente alta es adecuado preferiblemente, aplicar un impulso de alto voltaje con una duración inferior a 3 \mus, preferiblemente inferior a 1 \mus, preferiblemente inferior a 500 ns. La aplicación de impulsos cortos tiene la ventaja de que por un lado la mayor proporción de la energía de impulso no es transformada como fracción óhmica en calor y por otro se genera una carga de corriente con generación más eficiente radicales.

Además, es particularmente ventajoso que para un material de proceso distribuido bidimensionalmente, en particular para pulpas o papilla de fibra o para hoja aún no prensada que se forma o formada, en particular en el tamizado, se aplique en los electrodos la amplitud correspondiente a por lo menos dos veces el valor, preferiblemente por lo menos tres veces el valor de un voltaje corona de empleo.

Además, es adecuado que para la generación del plasma o bien de la descarga corona se genere una descarga corona del mismo voltaje y la descarga corona del mismo voltaje se superponga con los impulsos de alto voltaje. La superposición de los impulsos de alto voltaje con un voltaje igual tiene la particular ventaja de que ya desde un nivel de energía muy alto pueden arrancar los impulsos de alto voltaje ricos en energía.

Además, se prefiere emplear una tasa de repetición de impulso entre 10 Hz y 5 kHz, en particular del rango de 10 Hz a 10 kHz.

Para la ya mencionada automatización del método es ventajoso que la inyección de potencia de energía eléctrica en el plasma sea gobernada principalmente por la regulación de la amplitud, la duración del impulso y la tasa de repetición del impulso, del impulso superpuesto de alto voltaje.

En una aplicación preferida del método se genera un plasma homogéneo, de gran volumen, con alta densidad de potencia sin que haya contracción ó perforación del plasma. Mediante la generación de un plasma estable se puede mantener una tasa de generación constante y alta, si por el contrario ocurre la contracción ó perforación del plasma entonces se reduce la tasa de generación.

También es adecuado que, en caso de que se emplee un voltaje CD de tal altura, en el plasma se forme, en combinación con los impulsos superpuestos de alto voltaje, una descarga corona CD estable.

En ello, es particularmente ventajoso que la amplitud total empleada (voltaje CD + amplitudes de impulso) esté sobre el voltaje estático de ruptura del arreglo de los electrodos.

Además, la amplitud total empleada es preferiblemente 2-5 veces el voltaje estático de ruptura correspondiente al arreglo de los electrodos.

Es particularmente adecuado que las amplitudes de los impulsos de alto voltaje estén entre 10% y 1000% del voltaje CD empleado.

Para una distribución uniforme del plasma sobre el material de proceso es adecuado que se genere una corriente de gas perpendicular al ordenamiento de los electrodos.

De modo alternativo, es posible que se genere una corriente de gas paralela al ordenamiento de los electrodos.

Preferiblemente, ejemplos de operación de la invención que sin embargo en ningún caso son limitantes, son explicados ahora en más detalle en virtud de la ilustración. Para la aclaración se elabora la ilustración a escala, y ciertas características son representadas sólo esquemáticamente. Las correspondientes partes están en las figuras dotadas con símbolos de referencia de las mismas. Se muestra en detalle la

Fig 1 una representación esquemática de una instalación para la producción de papel con un dispositivo de tamizado, un dispositivo de prensado y una instalación de afinado y/o secado,

Fig 2 un dispositivo de blanqueo,

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Fig 3 una representación (corte) de un arreglo para la generación de radicales en plasma corona en pulpa o aire: arreglo de placas paralelas o de tubos con alambre, el cual es superpuesto a un alto voltaje pulsante,

Fig 4 una representación del principio de impulsos para la generación de radicales en descarga corona en aire o en medios acuosos mediante el uso de impulsos de alto voltaje cortos (típicamente < 1 \mus) con alta tasa de repetición del impulso,

Fig 5 a Fig 10 arreglo de electrodos y sistema de electrodos para la generación de descargas corona: arreglos placa-placa, placa-alambre-placa, alambre-tubo coaxiales, puntas-placa, polipuntas-placa, malla-placa (tubo), malla-malla,

Fig 11 una descarga híbrida, donde un electrodo se encuentra completamente sobre el medio de la criba, mientras que el segundo electrodo está formado por la criba,

Fig 12 un ordenamiento de placas o malla con superficies curvadas para el ajuste de la pared del recipiente o bien empleo de ellas como electrodo, electrodos concéntricos en forma de tubos para el empleo de la tubería o torres existentes para la pulpa como recipiente de reacción,

Fig 13 una descarga pulsante en la zona de gas cercana a la superficie sobre el regulador de la criba con arreglo de placas y alambres múltiples, y

Fig 14 un sistema pulsante de descarga corona con alambres-tubos coaxiales, con burbujas de gas perladas, finamente distribuidas, de manera que en el rango de la descarga están presentes muy finas perlas de gas y sale predominantemente una formación de generador en las burbujas de gas.

La Fig 1 muestra una representación esquemática de una instalación compleja para la producción de papel 1, como se emplea en las fábricas de papel de hoy. Su construcción y la composición de diferentes agregados son determinadas por el tipo de calidad de papel, cartón y cartulina a ser producidos así como del tipo de materia prima empleada. La instalación para la producción de papel 1 tiene una extensión en el espacio de aproximadamente 10 m de ancho y aproximadamente 120 m de largo. La instalación para la producción de papel produce hasta 1400 m de papel 27 por minuto. Toma sólo unos pocos segundos desde el primer choque de la suspensión o de la pulpa 39 sobre el dispositivo de cribado 9 hasta que el papel 27 esté listo, el cual finalmente es enrollado en un rollo 15. El material fibroso 30 (ver Fig 2) diluido con agua en una relación 1:100, junto con sustancias auxiliares es aplicado sobre el dispositivo de cribado 9 con el tamiz 10. Las fibras se depositan sobre el tamiz 10 juntas y una sobre otra. El agua de tamiz 23 puede drenar o ser aspirada por medio de varias zonas de cámaras de aspiración 24. De esta manera surge una unión homogénea de fibras la cual es deshidratada adicionalmente mediante la presión mecánica en un dispositivo de prensado 11 y con ayuda de vapor caliente. El proceso total de producción de papel se subdivide en ello esencialmente en las zonas de tratamiento del material, máquina de papel, refinado y dotación.

El papel usado y por regla general también la celulosa llegan a una fábrica de papel en forma seca, mientras que la pulpa de madera normalmente es generada en la misma fábrica y es bombeada como mezcla de agua/fibra, por consiguiente como una suspensión de material fibroso entretejido, a la central de materiales 3. El papel usado y la celulosa 30 (ver Fig 2) son asimismo disueltos por adición de agua en una pila de fibras 35 (Fig 2). Los componentes extraños al papel son dejados salir sobre diferentes agregados de clasificación (no representados aquí). En la central de materiales 3 ocurre, dependiendo del tipo de papel deseado, la mezcla de las diferentes materias primas. Aquí también se añaden las sustancias auxiliares y de relleno, las cuales sirven para el mejoramiento de la calidad del papel y el aumento de la productividad.

El tope de material 7 de la instalación para la producción de papel 1 distribuye homogéneamente la suspensión de material fibroso sobre el ancho total del tamiz. Al final del dispositivo de cribado 9 el rollo de papel 27 contiene todavía aproximadamente 80% de agua.

En el dispositivo de prensado 11 ocurre mediante la presión mecánica un proceso adicional de deshidratado. En ello, el rollo de papel 27 es conducido por medio de un paño de fieltro sin fin absorbente entre rodillos de acero, granito o ebonita, y con ello deshidratada. Una parte del agua del tamiz 23 es recogida mediante la zona de cámara de aspiración 24 es transportada hasta un clasificador 5 y otra parte es recirculada hasta un recogedor de pulpa 17. Al dispositivo de prensado 11 está conectada una instalación de secado 13. El agua remanente que queda es evaporada en la instalación de secado 13. En forma deslizante el rollo de papel 27 pasa por varios cilindros de secado calentados por vapor. Al final, el rollo de papel 27 tiene un bajo porcentaje de humedad. El vapor de agua generado en la instalación de secado 13 es aspirado y conducido a una instalación de recuperación de calor no representada.

Para un tratamiento de la suspensión de fibra 39 como material de proceso de acuerdo al método acorde con la invención, están dispuestos en un primer ejemplo de operación entre el tope del material 7 y la zona del comienzo del dispositivo de cribado 9, un primer electrodo 43 debajo del dispositivo de cribado 9 y un segundo electrodo 44 sobre el dispositivo de cribado 9. Los electrodos 43 y 44 están dispuestos de modo que la suspensión de fibra 39 distribuida bidimensionalmente pasa entre ellos. Con ello, para el tratamiento de la suspensión de fibra 39 puede generarse un plasma de gran superficie a presión atmosférica en la inmediata proximidad de la suspensión de fibras 39, los electrodos 43 y 44 están unidos a un generador 46 de impulso de alto voltaje. Con este generador de impulso de alto voltaje se produce entre los electrodos 43 y 44 un plasma voluminoso con una gran sección transversal y con alta densidad de potencia. Con esto se distribuye una densidad del plasma de forma homogénea sobre la zona de tratamiento, la cual está cubierta por los electrodos 43 y 44. De acuerdo con la invención, este plasma voluminoso con alta densidad de potencia es generado de modo que se superpone a una descarga corona CD intensa, de impulsos de alto voltaje y corta duración, con una alta tasa de repetición de impulso de 1 kHz. Mediante esta forma de funcionamiento se genera un plasma homogéneo extremadamente voluminoso con una alta densidad de potencia, sin que durante las descargas corona CD ocurran contracciones conocidas del plasma.

Para apoyar el efecto del tratamiento, el cual ejerce el plasma voluminoso frío sobre la suspensión de fibra, se introduce en la zona de tratamiento entre los electrodos 43 y 44, dado el caso, oxígeno con argón como gas de soporte por medio de un distribuidor de gas 81 por una conducción de gas 80. Con la ayuda de la mezcla oxígeno-argón se generan de modo particularmente ventajoso radicales hidroxilo. Los radicales hidroxilo son particularmente agresivos y oxidantes, con lo cual se alcanza un efecto de blanqueado del material de proceso que permanece solo unos pocos segundos en la zona de tratamiento de entre los electrodos 43 y 44.

En la Fig 1 se representa también un segundo ejemplo de operación de la aplicación del método según la invención:

En forma análoga a lo anteriormente descrito, con un sistema de electrodos 47, 48 se genera en el dispositivo de prensado 11 un plasma de gran superficie para el tratamiento del rollo de papel 27, que aquí representa el material de proceso. El primer electrodo 47 en el dispositivo 11 está construido como un electrodo de malla semicircular. Por el diseño semicircular del electrodo 47, el recorrido del rollo de papel puede continuar sobre un rodillo de transporte 12. El segundo electrodo 48 en el dispositivo de prensado 11 está acondicionado como un electrodo de placa y arreglado de tal modo que el rodillo de transporte 12 puede ser operado entre los electrodos 47 y 48. Para estimular aquí también la formación de radicales en el plasma puede, dado el caso, hacerse incidir una mezcla de oxígeno-argón en la zona de tratamiento de plasma mediante el distribuidor de gas 81 con la conducción de gas 80.

El procedimiento de prensado condensa la estructura del papel, influye de una manera determinante en una mayor estabilidad y una calidad de la superficie. Mediante el tratamiento del papel prensado con plasma frío, en particular con los radicales generados, se modifica adicionalmente la estructura molecular de la superficie del papel. Aumenta la estabilidad del papel 27 y mejora la capacidad para ser estampado.

Con los arreglos consabidos de los electrodos 43 y 44 así como 47 y 48 es posible, según el método acorde con la invención, conducir el rollo de papel 27 entre los generadores de descarga. Un generador es una forma especial de una nube de plasma que se desplaza en forma lineal o un canal de descarga ubicado en el desarrollo, que se forma a raíz de la alta intensidad estimulada de campo externo. Una formación de tal generador tiene lugar dentro de menos de 10 ns y se convierte muy rápido en un canal térmico de penetración. El arreglo consabido de los sistemas de electrodos, donde el rollo de papel 27 se encuentra entre los electrodos usados para el generador de descarga, es particularmente ventajoso puesto que el papel 27 actúa para ello parcialmente como una barrera dieléctrica por lo cual se reprime la ruptura del generador.

La Fig 2 muestra un dispositivo de blanqueo 38 como tercer ejemplo de aplicación. Se transporta una materia prima 30, en particular celulosa, -aquí el material de proceso- sobre una banda transportadora 33 a una pila de fibra 35. En la pila de fibra 35 se mezcla la materia prima 30 con agua y se bombea por una conducción tubular 36 a una pila de blanqueo 37. Un primer electrodo 43' y un segundo electrodo 44' son operados en cada caso como un electrodo de malla de área circular. El primer electrodo 43' está dispuesto en el espacio de cabeza de la suspensión 39 de fibras de celulosa colocadas en la pila de blanqueo 37. El segundo electrodo 44' está dispuesto en el interior de la pila de blanqueo 37 y con ello está completamente cubierto por la suspensión 39 de fibras de celulosa. Entre los dos electrodos 43' y 44' se genera un plasma frío de grandes dimensiones por medio del generador de impulso de alto voltaje
46.

Mediante un tratamiento directo de la suspensión 39 de fibras de celulosa con el plasma frío, se generan en la suspensión 39 preferiblemente los radicales OH^{-}, HOO^{-}, O, O_{3}. Estos radicales provocan una reacción química de blanqueo. El generador 46 de impulso de alto voltaje es operado de tal manera que genera un impulso de alto voltaje con una duración de 1 \mus entre los electrodos 43' y 44'. Un voltaje CD necesario para la generación de radicales y ozono en la suspensión de fibras de celulosa está en aproximadamente unos 10 kV a 100 kV. Los impulsos de alto voltaje se superponen al voltaje y forman de esta manera una amplitud total de unos 10 kV a 500 kV. Mediante el tratamiento de la suspensión 39 de fibras de celulosa con una descarga eléctrica fría, es decir el plasma, se generan in situ los radicales. De esta manera, pueden aplicarse grandes cantidades totales de radicales en la suspensión 39. Los radicales generados son además finamente distribuidos en la suspensión, de modo que también puede reducirse el costo que hasta ahora se necesitaba para la mezcla de los químicos con la suspensión.

Para una mejora adicional del proceso de blanqueo se introduce en la pila de blanqueo 37 mediante una conducción de gas 80 una mezcla de oxígeno-argón, la cual fue preparada en un distribuidor de gas 81.

La Fig 3 muestra como cuarto ejemplo de aplicación una representación en corte de un recipiente de blanqueo. En el centro del recipiente de blanqueo está dispuesto un electrodo de alto voltaje 50. La carcasa exterior del recipiente de blanqueo está preparada como un contraelectrodo 51. En el recipiente de blanqueo se encuentra una suspensión de fibras de celulosa 39. Entre los electrodos 50 y 51 se representa un generador 53. Los radicales son originados en el generador de modo que electrones ricos en energía chocan con moléculas y mediante ello se disocian o activan. En la disociación se liberan inmediatamente radicales 59, mientras que en la activación son generados mediante un paso subsiguiente de luz UV radiante. Estos generados mediante luz UV reaccionan nuevamente con moléculas de agua y disocian estas.

En la Fig 4 se representa el voltaje característico de los impulsos de alto voltaje, empleado de acuerdo con la invención. Un primer impulso 66 y un segundo impulso 67, con una amplitud de impulso 62 de menos de 10 \mus en cada caso, exhiben un intervalo de un tiempo de repetición de pulso 63. En las abscisas se indica el tiempo en ms y en las ordenadas se indica el voltaje en kV. Las unidades son elegidas arbitrariamente. Un nivel de aproximadamente
100 kV del voltaje CD desciende conjuntamente con las abscisas representadas. El voltaje de impulso representado es de este modo el voltaje CD superpuesto. Los impulsos 66 y 67 tienen un costado fuertemente ascendente con un tiempo de ascenso 64 y un flanco que cae de manera menos inclinada. El tiempo de repetición de pulso 63 está típicamente entre 10 \mus y 100 ms.

En ello los impulsos individuales 66, 67 tienen tal amplitud total, tal que sobre la tensión continua predeterminada se alcanza además una densidad de energía predeterminada. Como se mencionó, el tiempo de elevación de pulso 64 es en ello corto en comparación con el tiempo de descenso de pulso. Mediante tal tipo de impulsos se logra que pueda evitarse la perforación eléctrica, la cual conduciría a distorsiones espaciales y temporales en la distribución homogénea de densidad del plasma.

Fig 5 a Fig 10 muestran otros ejemplos de sistemas de electrodos para la generación de descargas corona en medios preferiblemente acuosos, los cuales pueden estar para el uso según el método acorde con la invención. En la Fig 5 se representa un arreglo placa-placa de una primera placa 70a como electrodo y la segunda placa 70b como electrodo. La primera placa 70a y la segunda placa 70b están dispuestas paralelamente una respecto a la otra. La primera placa 70a forma el electrodo de alto voltaje y está unida con un cable de alto voltaje al generador de impulsos de alto voltaje 46. La segunda placa 70b forma el contra el contraelectrodo y está como electrodo puesto a tierra junto con el generador de impulso de alto voltaje 46.

En la Fig 6 se representa un arreglo correspondiente con electrodos especiales de placa planos. Existen nuevamente dos electrodos macizos de placa 70a y 70c a intervalo fijo, donde por el centro pasa un electrodo de alto voltaje 71. En este arreglo placa-alambre-placa, el electrodo de alto voltaje 71 es construido como alambre macizo y une el generador de impulso de alto voltaje 46 con la salida de alto voltaje. Las placas 70a, 70c están puestas a tierra asimismo junto con el generador de impulsos de alto voltaje.

La Fig 7 muestra un arreglo alambre -tubo como sistema de electrodos. En un electrodo 72 de forma cilíndrica, sobresale en la mitad un electrodo de alto voltaje 71. Como en la Fig 6, el electrodo de alto voltaje 71 está construido como alambre macizo y está unido con el generador de impulso de alto voltaje 46. El electrodo 72 de forma cilíndrica, el cual está diseñado preferiblemente como una red de alambre, está puesto a tierra junto con el generador de impulsos de alto voltaje 46.

La Fig 8 muestra un arreglo de aguja-placa como sistema de electrodos. Tres agujas 73 están unidas con el generador de impulsos de alto voltaje 46 mediante una conducción de alto voltaje. Las agujas 73 están dispuestas de manera perpendicular a un electrodo de placas 74 puesto a tierra. La distancia de los electrodos de agujas 73 hasta el electrodo de placa 74 es ajustable y puede con ello ajustarse a diferentes condiciones de proceso.

La Fig 9 muestra un arreglo de sistema de electrodos, el cual incluye 3 placas 70a, 70d y 70e. La primera placa 70a, la cual está unida como electrodo de alto voltaje con el generador de impulso de alto voltaje 46, está dispuesta en la mitad entre dos placas macizas 70d y 70e. Las placas 70a y 70b están unidas sobre un conector de placas 70f. Puesto que la placa 70d está puesta a tierra como contraelectrodo junto con el generador de impulso de alto voltaje 46, la placa 70e sobre el conector de placas 70f tiene asimismo la función de un contraelectrodo puesto a tierra.

La Fig 10 muestran un sistema de electrodos como arreglo malla-malla. De forma análoga a la Fig 5 están aquí en forma paralela y frente a frente una primera malla 75a y una segunda malla 75b. La primera malla 75a forma con ello el electrodo de alto voltaje y está unida con el generador de impulsos de alto voltaje 46. La segunda malla 75b forma el contraelectrodo puesto a tierra y está unida con el generador de impulso de alto voltaje 46.

Con el arreglo mostrado en la Fig 11 se genera una descarga híbrida, donde un electrodo 75a se encuentra completamente por fuera de una pulpa 39 a ser blanqueada y un segundo electrodo 76b está total o parcialmente sumergido en la pulpa 39. En este otro ejemplo de aplicación, el electrodo 76 es operado como un electrodo de malla y está unido al generador de impulso de alto voltaje 46. También, el contraelectrodo 76b puesto a tierra es operado como un electrodo de malla.

La Fig 12 es una representación en planta de otro ejemplo de aplicación una tina de blanqueo con una pared de recipiente 77. Para la tina de blanqueo se emplea un arreglo de placas o de malla con superficies curvadas para el ajuste sobre las paredes del recipiente o bien el empleo de las paredes del recipiente como electrodo. Un electrodo de alambre múltiple 79 está dispuesto como electrodo concéntrico, el cual sigue el curso de la pared 77 del recipiente y está conectado con el generador de impulso de alto voltaje 46. Dos contraelectrodos están uno frente a otro: por un lado la pared 76 del recipiente y por un otro electrodo de placas 78. El electrodo de alto voltaje 79 está dispuesto libre de contacto entre la pared 76 del recipiente y el electrodo de placas 78. La pared 77 del recipiente y el electrodo de placas 78 están unidos uno a otro por la electricidad que conducen, y forman con ello los electrodos puestos a tierra, los cuales están unidos con el generador de impulsos de alto voltaje 46.

Para generar descargas pulsantes en el espacio de cabeza cercano a la superficie sobre la pulpa 39, se representa en la Fig 13 como otro ejemplo de aplicación un arreglo especial de electrodos. Un electrodo de alto voltaje 50 incluye varios electrodos de barra unidos eléctricamente unos a otros y está dispuesto en el espacio de cabeza cercano a la superficie de la pulpa 39 de tal manera que sus barras tienen un curso paralelo a la superficie. Un contraelectrodo 51 puesto a tierra está construido como placa y está dispuesto de manera equidistante sobre la superficie total del electrodo de alto voltaje 50.

La Fig 14 muestra como un último ejemplo de operación, un sistema de descarga corona en una solución acuosa o pulpa 39. El sistema de electrodos está formado de manera análoga a la Fig 3 como un sistema coaxial de electrodos y alambres. El electrodo de alto voltaje 50 está dispuesto de manera coaxial al contraelectrodo 51, el cual forma la pared del recipiente. Para apoyar el efecto blanqueador, se introducen a la zona de descarga, por la tubería de gas 80 por medio de un distribuidor de gas 81, perlas muy finas de gas. En las burbujas de gas 82 y 83 se forman preferiblemente los generadores mencionados en la Fig 3. A causa de las descargas del se generan oxidantes 57. De este modo, se generan en la suspensión determinados radicales.

Claims (36)

1. Método para el tratamiento de un material de proceso, donde

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el material de proceso es puesto en contacto con un plasma de gran superficie, preferiblemente no térmico, preferiblemente a presión por lo menos atmosférica,

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el plasma es generado en la inmediata cercanía del material de proceso o se genera una descarga de gas, en particular una descarga corona, en el material de proceso o en los alrededores inmediatos, preferiblemente a una presión por lo menos atmosférica,

caracterizado porque la generación del plasma o bien la descarga del gas es provocada entre los electrodos (43, 44) de impulso de alto voltaje (66, 67) con una duración (62) de por lo menos 10 \mus.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el material de proceso incluye un material fibroso no entretejido en una suspensión, en particular fibras o pulpa (39), un papel a ser fabricado (27), un cartón a ser fabricado, una cartulina a ser fabricada, sus materiales de partida (30) para la producción, y/o sus productos intermedios durante la producción, en particular una hoja no prensada húmeda, seca y/o no prensada.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el plasma es generado en una distancia inferior a 20 cm, preferiblemente inferior a 10 cm, preferiblemente inferior a 5 cm, del material de proceso.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material de proceso es puesto en contacto por ambos lados con el plasma o bien es tratado por medio de la descarga de gas.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el plasma o bien la descarga de gas son empleados para el blanqueo del material de proceso, en particular en un horno, en un recipiente de blanqueo (37) o en una tubería.

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material de proceso es puesto en contacto con por lo menos un electrodo (44) para la generación del plasma o bien de la descarga de gas.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el contenido de líquido de soporte, en particular agua, en el material de proceso está en el rango entre 40% y 99,9%, preferiblemente en el rango entre 80% y 98% y en particular en el rango entre 85% y 98%.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque por medio de la descarga de gas se generan el plasma o los radicales (59), los cuales actúan sobre el material de proceso.

9. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque para diferentes estados del material de proceso en un proceso de producción de papel, cartón o cartulina, en particular para diferentes materiales de proceso, se emplean radicales (59) de diferente tipo o composición.

10. Método según las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado porque el material de proceso dentro de una etapa del proceso en un proceso de producción de papel o cartón es expuesto a radicales (59) de diferente tipo o composición, preferiblemente siguiendo uno detrás de otro en el tiempo.

11. Método según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque como radicales (59) se generan ozono (O_{3}), peróxido de hidrógeno (H_{2}O_{2}), hidroxilo (OH), HO_{2} y/o HO_{2}^{-}.

12. Método según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque durante el blanqueo del material de proceso se aplica el plasma o la descarga de gas, de tal manera que como radicales (59) se propagan y/o se forman ozono (O_{3}) y peróxido de hidrógeno (H_{2}O_{2}).

13. Método según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque durante el cribado y/o en el material de proceso distribuido bidimensionalmente, se aplica el plasma o la descarga de gas de tal manera que como radicales (59) se propagan hidroxilo (OH), HO_{2} y/o se forma HO_{2}^{-}.

14. Método según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque se modula una tasa de generación de los radicales (59) y/o la composición de los radicales generados (59) influyendo en una amplitud (U), una duración de impulso (62) y/o una tasa de repetición de impulso (63) de los impulsos de alto voltaje (66, 67).

15. Método según una de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizado porque para la modulación y regulación de la tasa de generación y/o el tipo de los radicales generados (59) se mide una concentración de los radicales generados (59).

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16. Método según una de las reivindicaciones 8 a 15, caracterizado porque para la modulación y regulación de la tasa de generación o la composición de los radicales generados (59), se mide una propiedad de la suspensión, preferiblemente una propiedad de calidad, en particular su opacidad, brillo, blancura, fluorescencia o puntos coloreados.

17. Método según una de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizado porque la concentración o bien la propiedad son medidos "en línea".

18. Método según una de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque para la regulación se cambia la amplitud (U) del impulso de alto voltaje (66, 67) a tasa constante de repetición (63).

19. Método según una de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque para la regulación se cambia la tasa de repetición (63) del impulso de alto voltaje (66, 67) a una amplitud constante (U).

20. Método según una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque el material de proceso, preferiblemente para el blanqueado, es enriquecido con oxígeno en la zona de incidencia del plasma.

21. Método según una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque para el blanqueado se emplea preferiblemente una duración de impulso de alto voltaje (62) inferior a 100 ns.

22. Método según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque el material de proceso distribuido bidimensionalmente, en particular durante el cribado, es rodeado por una atmósfera enriquecida en vapor de agua en la zona de incidencia del plasma.

23. Método según una de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque para materiales de proceso distribuidos bidimensionalmente, en particular pulpa (39) o papilla de fibra u hoja no prensada o en formación o formada, en particular durante el cribado, se emplea una duración de impulso de alto voltaje (62) de 100 ns hasta 1 \mus.

24. Método según una de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque se aplican impulsos de alto voltaje (66,67) con una duración (62) inferior a 3 \mus, preferiblemente inferior a 1 \mus, preferiblemente inferior a 500 ns.

25. Método según una de las reivindicaciones 14 a 24, caracterizado porque para materiales de proceso distribuidos bidimensionalmente, en particular pulpa (39) o papilla de fibra u hoja no prensada o en formación o formada, en particular durante el cribado, la amplitud (U) correspondiente colocada sobre los electrodos es por lo menos dos veces el valor, preferiblemente por lo menos tres veces el valor, de un voltaje corona de aplicación.

26. Método según una de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque para la generación del plasma o bien de la descarga corona se genera descarga corona de tensión continua y a la descarga corona de tensión continua se superponen los impulsos de alto voltaje (66, 67).

27. Método según una de las reivindicaciones 14 a 26, caracterizado porque se emplean una tasa de repetición de impulso (63) entre 10 Hz y 5 kHz, en particular del rango de 10 Hz a 10 kHz.

28. Método según una de las reivindicaciones 14 a 27, caracterizado porque la inyección de potencia de energía eléctrica en el plasma es gobernada principalmente por la regulación de la amplitud (U), duración del impulso (62), y de repetición de impulso (63) del impulso de alto voltaje que ha sido superpuesto.

29. Método según una de las reivindicaciones 1 a 28, caracterizado porque se genera un plasma voluminoso homogéneo, con alta densidad de potencia, sin que haya contracción o perforación del plasma.

30. Método según una de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizado porque se emplea un voltaje CD de tal altura que, junto con los impulsos de alto voltaje superpuestos, en el plasma se forma una descarga corona CD estable.

31. Método según la reivindicación 29, caracterizado porque el voltaje CD empleado está por debajo del empleado para una operación estable sin superposición de impulso de alto voltaje.

32. Método según la reivindicación 30 o 31, caracterizado porque la amplitud total empleada (voltaje CD + amplitud de impulso) está por encima del voltaje de ruptura estática del arreglo de electrodos.

33. Método según una de las reivindicaciones 30 a 32, caracterizado porque la amplitud total empleada corresponde a dos a cinco veces el voltaje de ruptura estática del arreglo de electrodos.

34. Método según una de las reivindicaciones 30 a 33, caracterizado porque la amplitud (U) del impulso de alto voltaje está entre 10% y 1000% del voltaje CD empleado.

35. Método según una de las reivindicaciones 1 a 34, caracterizado porque se genera una corriente de gas perpendicular al arreglo de electrodos (43, 44).

36. Método según una de las reivindicaciones 1 a 35, caracterizado porque se genera una corriente de gas paralela al arreglo de electrodos (43, 44).

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