BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Teori Umum Tentang Kayu
Pulp adalah produk dasar dari kayu, sebagian besar digunakan untuk pembuatan kertas, akan tetapi ini diproses dengan selulosa yang berbeda, seperti sebagai rayon sutera selophane. Bahan baku pulp dapat berasal dari kayu, bagasse, lalang, jerami, rumputrumputan dan bahan-bahan yang mengandung selulosa dan hemisolulosa. Sedangkan bahan dasar yang terpenting dalam pembuatan pulp adalah selulosa. Kayu yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp dapat dibedakan atas dua jenis yaitu kayu serat panjang (soft wood) dan kayu serat pendek (hard wood). Perbedaan utama antara softwood dengan hardwood adalah panjang seratnya. Serat hardwood sekitar 1/3-1/5 dari panjang serat softwood. Perbedaan lainnya adalah jumlah tipe-tipe sel yang berbeda. Softwood memiliki fraksi serat yang lebih tinggi daripada hardwood. Umumnya, pulp dari softwood menghasilkan pulp yang lebih kuat daripada hardwood. Karena serat softwood lebih panjang. Softwood biasanya memberikan yield(rendemen) yang lebih rendah daripada hardwood dalam kondisi pengolahan yang sama. Ini karena hemiselulosa pada softwood lebih mudah larut daripada hemiselulosa pada hardwood. softwood umumnya mengandung lebih banyak
Universitas Sumatera Utara
lignin daripada hardwood. Pulp dari kraft hardwood yang diputihkan menghasilkan kertas dengan kualitas yang bagus dan membutuhkan formasi lembaran dan permukaan untuk cetakan yang bagus. Kekuatan yang tinggi tidak terlalu dibutuhkan. Serat hardwood memiliki permukaan yang halus karena ukurannya yang kecil.
2.2. Komponen kimia kayu
2.2.1. Selulosa
Selulosa adalah bagian utama dari dinding sel kayu. Selulosa adalah suatu polimer karbohidrat yang kompleks yang memiliki persentasi komposisi yang sama dengan tepung(kanji) dimana nilai glukosa dapat ditentukan dengan hidrolisis menggunakan asam. Unit molekul penyusun selulosa adalah glukosa yang merupakan gula. Banyak molekul glukosa yang bergabung bersama-sama membentuk rantai selulosa. Rumus kimia selulosa adalah ( C6H10O5)n dimana n adalah jumlah unit pengulangan glukosa, n juga disebut derajat polimerisasi (DP). Nilai dari n bervariasi tergantung sumber selulosa yang berbeda . Selama pengolahan pulp dalam digester, derajat polimerisasi akan menurun beberapa derajat. Ini penting untuk tidak turun terlalu banyak, karena rantai selulosa yang lebih pendek pada akhirnya menghasilkan pulp yang kurang bagus. Selulosa dalam kayu mempunyai nilai derajat polimerisasi rata-rata 3500 dimana selulosa dalam pulp mempunyai rata-rata derajat polimerisasi dalam rentang 600-1500. Selulosa adalah polimer lurus tidak bercabang.
Universitas Sumatera Utara
2.2.2. Hemiselulosa
Hemiselulosa juga polimer yang umumnya dibentuk oleh unit-unit gula. Berbeda dengan selulosa, dimana selulosa hanya terdiri dari polimer glukosa, hemiselulosa adalah polimer dengan 5 gula berbeda yaitu glukosa, manosa, galaktosa, xylosa, dan arabinosa. Rantai hemiselulosa jauh lebih pendek dibandingkan rantai selulosa karena memiliki derajat polimerisasi lebih rendah. Sebuah molekul hemiselulosa mengandung sampai 300 unit gula. Berbeda dengan selulosa, hemiselulosa bukan polimer rantai lurus tetapi polimer bercabang dimana tidak membentuk unsur kristal dan mikrofibril seperti selulosa. Dalam pengolahan pulp, hemiselulosa bereaksi lebih cepat dari pada selulosa. Dalam kayu, hemiselulosa kebanyakan ditemukan di sekeliling mikrofibril selulosa , dimana hemiselulosa membantu ikatan selulosa. Dalam pembuatan kertas, hemiselulosa berperan untuk membuat kertas lebih kuat.
2.2.3. Lignin
Setelah Selulosa, lignin merupakan zat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan. Penyatuan lignin ke dalam dinding sel tumbuhan memungkinkan lignin menguasai permukaan bumi. Lignin menaikkan sifat-sifat kekuatan mekanik sedemikian rupa sehingga tumbuhan yang besar seperti pohon yang tingginya lebih dari 100 m tetap dapat kokoh berdiri. Lignin merupakan komponen kimia dan morfologi yang karakteristik dari jaringan tumbuhan tinggi seperti pteridofita dan spermatofita (gimnosperm dan
Universitas Sumatera Utara
angiosperm), dimana ia terdapat pada jaringan vaskuler yang khusus untuk mengangkut cairan dan kekuatan mekanik. Lignin adalah partikel amorf yang bersama selulosa membentuk dinding sel kayu dari pohon . Lignin memperat material diantara sel dan menambah kekuatan mekanis kayu. Lignin adalah polimer tiga dimensi yang sangat bercabang. Unit penyusun molekul lignin adalah fenilpropan. Suatu molekul lignin memiliki derajat polimerisasi yang tinggi karena ukuran dan struktur tiga dimensinya. Lignin dalam kayu berfungsi sebagai perekat. Lamela tengah dimana kebanyakan terdiri dari lignin mengikat sel bersama-sama dan memberi bentuk pada kayu. Dinding sel juga mengandng lignin. Dalam dinding sel, lignin bersama hemiselulosa membentuk matriks dimana mikrofibril selulosa disusun.
Gambar 2.1. Rumus struktur dari lignin kayu lunak. 2.2.4. Zat ekstraktif
Universitas Sumatera Utara
Istilah ekstraktif kayu meliputi sejumlah besar senyawa yang berbeda yang dapat diekstraksi dari kayu dengan menggunakan pelarut polar dan nonpolar. Dalam arti yang sempit ekstraktif merupakan senyawa-senyawa yang larut dalam pelarut organik, dan dalam pengertian ini nama ekstrakstif digunakan dalam analisis kayu. Tetapi senyawasenyawa karbohidrat dan anorganik yang larut dalam air jjuga termasuk dalam senyawa yang dapat diekstraksi. Kayu biasanya mengandung sejumlah kecil berbagai partikel yang disebut ekstraktif. Partikel ini dapat diekstraksi dari kayu dengan air atau pelarut organik seperti eter atau alkohol. Asam lemak, asam resin, wax, terpen, dan senyawa fenol adalah beberapa kelompok ekstraktif . kebanyakan ekstraktif ini dipisahkan pada pulp sulfat. Terpentin mentah dapat diperoleh kembali dari buangan gas pada digester karena terpen mudah menguap. Lemak, asam lemak dan asam resin dapat diubah menjadi sabun dengan proses sulfat dan larut dalam cairan pemasak. Sabun ini kemudian dipisahkan dari lindi hitam dan diperoleh kembali sebagai ”tall oil”. Beberapa dari ekstraktif yang sedikit terlarut dapat menyebabkan masalah pitch (benjolan atau pengotor atau getah) dalam pulp sulfat dan pembuatan kertas . Bentuk ini dapat tertahan dalam peralatan seperti saringan.
Tabel 2.1: Perbandingan komponen kimia jenis hardwood dan softwood
Universitas Sumatera Utara
Komponen
Hardwood
Softwood
1. Selulosa
45% ( + 2%)
42% ( + 2%)
2. Hemiselulosa
30% ( + 2%)
27% ( + 2%)
3. Lignin
20% ( + 4%)
28% ( + 3%)
4. Ekstraktif
5% ( + 3%)
3% ( + 2%)
2.3. Pembuatan Pulp Kayu
Tujuan utama pembuatan pulp kayu adalah untuk melepaskan serat-serat yang dapat dikerjakan secara kimia, secara mekanik atau dengan kombinasi kedua perlakuan tersebut.
2.3.1. Pembuatan Pulp Secara mekanis
Proses pengasahan kayu dimana kayu gelondongan yang dikuliti diperlakukan dalam batu asah yang berputar dengan diberi semprotan air merupakan dasar pembuatan pulp secara mekanis. Di samping serat yang utuh. Bahan kayu dirobek-robek dalam bentuk bagian-bagian serat yang kurang lebih rusak. Kerusakan serat secara fisik ini tidak dapat dihindari dan karena itu kekuatan kertas yang dibuat dari pulp - pulp mekanik agak rendah. Kelemahan-kelemahan lain dari pembuatan pulp mekanik adalah pemakaian energi yang tinggi dan praktis hanya kayu-kayu lunak, terutama spurace, yang berguna sebagai bahan baku. Metode untuk memproduksi pulp kayu asah batu (GW atau SGW)dikembangkan sekitar 1840 oleh F.G Keller di Jerman. Perkembangan lebih baru selama tahun 1970-an
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan proses kayu asah yang dimodifikasi dalam mana pengasahan dilakukan pada tekanan tinggi. Karena suhu pada batu asah tinggi, lignin melunak, yang memudahkan defebrasi. Akibatnya, pulp kayu asah tekan (PGW) memiliki sifat-sifat kekuatan yang agak lebih baik dari pada pulp GW biasa. Cara lain defibrasi mekanik kayu adalah dengan menggunakan penggiling bentuk cakram, yang tentu saja membutuhkan pembuatan serpih lebih dahulu. Teknologi defibrasi yang diperbaiki dikembangkan dalam tahun 1960-an yang menghasilkan yang disebut pulp termomekanik (TMP). Tipe pembuatan pulp mekanik ini berarti penggilingan setelah pengukusan awal yang bertekanan dan ini menghasilkan perbaikan sifat-sifat kekuatan. Namun kerugiannnya adalah penggunaan energi tinggi. Metode secara mekanis adalah metode yang paling tua dan masih digunakan adalah groundwood process, dimana satu blok kayu sesuai panjangnya dipres dengan batu giling yang lembab dan kasar yang berputar dengan kecepatan 1000 – 1200 m/menit. Serat dipisahkan dari kayu dan dicuci dari permukaan batu dengan air. Larutan encer dari serat dan potongan-potongan serat disaring untuk memisahkan pecahan dan partikel berukuran besar dan dipadatkan (dengan penghilangan air) untuk membentuk pulp dan untuk pembuatan kertas. Proses pada dasarnya sederhana tetapi efisiensi produksinya sama, pulp yang berkualitas bagus membutuhkan penanganan yang hati-hati menngenai kekasaran permukaan batu, tekanan pada batu, suhu dan laju alir dari air pencuci. Metode ini memiliki keuntungan mengubah 95% berat kering kayu menjadi pulp tetapi membutuhkan jumlah energi yang sangat besar untuk mengerjakannya. Pulp membentuk kertas tak tembus cahaya yang bagus untuk printing tapi lembarannya lemah dan dapat pudar dengan mudah jika terkena cahaya.
Universitas Sumatera Utara
2.3.2. Secara semikimia Proses-proses pembuatan pulp secara semikimia pada dasarnya ditandai dengan perlakuan kimia didahului dengan tahap penggilingan secara mekanik.
Proses ini
menggabungkan proses kimia dan proses mekanis. Bahan baku mengalami perlakuan kimia untuk menghilangkan ikatan ligno selulosa secara parsial dan perlakuan mekanis untuk mendapatkan pemishan serat yang sempurna. Hasil yang diperoleh dengan proses ini lebih rendah dibandingkan dengan proses mekanis
2.3.3. Secara kimia Dalam metode ini, serpihan kayu dimasak dengan bahan kimia yang tepat dalam larutan berair dengan menaikkan suhu dan tekanan. Tujuannya adalah mendegradasi dan melarutkan lignin dan meninggalkan sebagian besar selulosa dan hemiselulosa dalam bentuk serat utuh. Ada tiga metode pembuatan pulp secara kimia yaitu proses Kraft(basa), proses sulfit(asam), dan proses soda.
A. Proses sulfat(Kraft) Sistem pemasakan alkali bertekanan pada suhu tinggi dikenal dalam tahun 1850 –an. Menurut metode yang diusulkan oleh C. Watt dan H. Burgess, larutan natrium hidroksida digunakan sebagai lindi pemasak dan lindi bekas yang dihasilkan dipekatkan dengan cara penguapan dan dibakar. Leburan, yang terdiri atas natrium karbonat, diubah kembali menjadi natrium hidroksida dengan kalium hidroksida (kostisisasi). Karena natrium karbonat digunakan untuk imbuhan, maka proses pemasakn disebut proses soda.
Universitas Sumatera Utara
Dalam tahun 1870, A.K. Eaton di Amerika Serikat mematenkan penggunaan natrium sulfat sebagai pengganti natrium karbonat. Gagasan yang mirip diikuti oleh C.F. Dahl, yang sekitar 15 tahun kemudian menyajikan proses pembuatan pulp yang mudah dilakukan secara teknik di Danzig. Penemuan-penemuan ini mengawali proses (kraft). Namun terobosan proses kraft pertama-tama terjadi dalam tahun 1930-an setelah dikenalkan sistem-sistem pengelantangan bertingkat banyak. Yang paling penting adalah kerja yang dirintis oleh G.H. Tomlinson di kanada, yang mengembangkan tungku pemulihan yang cocok untuk pembakaran lindi-lindi hitam kraft. Dalam proses kraft natrium sulfat ditambahkan untuk imbuhan. Yang direduksi didalam tungku pemulihan menjadi natrium sulfida, yang merupakan bahan kimia kunci yang dibutuhkan untuk delignifikasi. Saat ini proses sulfat tidak hanya merupakan proses pembuatan pulp alkalis yang utama untuk kayu, tetapi sekaligus juga merupakan proses pulp yang paling penting. Proses sulfat melibatkan pemasakan chip dengan larutan NaOH dan Na2S. Reaksi dengan alkali menyebabkan pemecahan lignin menjadi kelompok yang lebih kecil dimana garam natrium dapat larut dalam cairan pemasak. ”Kraft” dalam bahasa Jerman berarti dan proses sulfat menghasilkan kertas yang kuat tetapi pulp yang belum diputihkan berwarna coklat tua. Proses ini ditemukan lebih dari 100 tahun yang lalu sebagai modifikasi dari proses soda (yang memanfaatkan hanya NaOH sebagai bahan kimia aktif) ketika Carl S. Dahl memasukkan Na2SO4 ke dalam sistem pemasakan.
B. Proses Sulfit
Universitas Sumatera Utara
Dalam proses ini, campuran asam sulfit (H2SO3) dan ion bisulfit (HSO3-) digunakan untuk menyerang dan melarutkan lignin. Sulfit bersatu dengan lignin membentuk garam dari asam lignosulfonik yang dapat larut dalam larutan pemasak dan struktur kimia dari lignin masih utuh. Bahan kimia dasar untuk bisulfit dapat berupa ion kalsium, magnesium, natrium atau ammonium. Pulp sulfit dapat dilakukan dalam rentang PH yang besar. Asam sulfit menunjukkan proses pulp dengan kelebihan asam sulfur bebas (pH 12), dimana bisulfit memasak dalam keadaan sedikit asam. Pulp sulfit berwarna lebih cerah daripada pulp kraft dan dapat dibleach lebih mudah tetapi lembaran kertas lebih lemah daripada kertas Kraft.
C. Proses Soda Dalam proses ini, kayu dimasak dengan NaOH. Cairan pemasak yang tersisa diuapkan dan dibakar menghasilkan Na2CO3 dan ketika ditambahkan dengan kapur menghasilkan NaOH. Disebut proses soda karena dihasilkan dari bahan kimia Na2CO3. Proses ini sekarang jarang digunakan.
2.4. Kondisi Proses dan Parameter-parameter Pada Pemasakan
Pada dasarnya serpihan kayu dimasukkan ke dalam bejana pemasak bersama-sama dengan lindi pemasak yang segar (lindi putih). Sistem-sistem bejana pemasak yang pokok adalah sistem terputus (sistem batch). Bejana pemasak khas yang digunakan dalam proses kraft adalah bejana aliran kebawah vertikal. Dalam pembuatan pulp kraft senambung serpihan kayu dipanasi awal dengan uap dalam bejana pengukus awal sebelum dimasukkan ke dalam bejana pemasak.
Universitas Sumatera Utara
Sistem - sistem bejana pemasak yang ditingkatkan meliputi : -
pencucian pulp dalam bejana.
-
penghembusan suhu rendah (pulp yang sudah dimasak didinginkan di bawah 100oC sebelum dialirkan).
-
pemasakan melawan arus ( cairan putih dimasukkan dalam bagian tengah bejana dan mengalir ke atas).
-
Gerakan bejana ( pendidihan dilakukan dibagian bawah ketel dengan pengurangan tekanan dibagian atas). Proses pembuatan pulp kraft dan pulp yang dihasilkan dipengaruhi oleh beberapa parameter :
-
Bahan baku ( spesies dan kualitas kayu )
-
Nisbah lindi pemasak terhadap kayu
-
Waktu dan suhu pemasakan
-
Banyaknya dan konsentrasi bahan kimia pemasak
-
Komposisi bahan kimia pemasak. Proses kraft tidak terlalu sensitif terhadap bahan baku dan sangat cocok untuk
kayu lunak dan kayu keras dengan kerapan dan umur yang berbada bahkan dalam campuran dan sangat toleran terhadap terhadap sisa-sisa kulit, yang mencapai sekitar 2% untuk kualiatas pulp yang dikelantang. Nisbah lindi pemasak dengan kayu terutama ditentukan oleh ukuran bejana pemasak dan kemampuan pengisian serpih dalam bejana, dan bervariasi menurut kondisi proses pemasak.
Universitas Sumatera Utara
Waktu dan suhu pemasakan sangat erat hubungannya. Pada dasarnya waktu pemasakan dapat dikurangi beberapa saat dengan menaikkan suhu pemasakan , namun dalam kisaran suhu pembuatan pulp normal antara 160 dan 180oC tidak ada pengaruh yang jelas pada laju pembuatan pulp. Biasanya pada suhu tinggi rendemen dan kaualitas pulp turun. Jumlah bahan kimia yang digunakan dalam pembuatan pulp dinyatakan sebagai banyaknya alkali yang efektif dan tergantung pada faktor-faktor seperti spesies kayu, kondisi pemasakan dan sisa lignin yang diperlukan dalam pulp. Banyaknya alkali efektif berkisar antara 11% (didasarkan ada kayu yang kering tanur) untuk kualitas kasar tidak dikelantang dan 17% untuk kualitas kertas yang dapat dikelantang, dan lebih tinggi untuk kualitas pulp pelarut. Konsentrasi alkali merupakan parameter utama dari pelarutan lignin dan polisakarida. Konsentrasi natrium hidroksida pada pemulaan pemasakan sangat bervariasi dari 20 hingga 80 g/l. Komposisi lindi pemasak dalam pembuatan pulp sulfat dinyatakan dengan yang disebut sulfiditas, yang menyatakan nisbah Na2S terhadap alkali aktif, keduanya dinyatakan sebagai Na2O. Sulfiditas yang digunakan bervariasi menurut perubahan banyaknya alkali, suhu pemasakan dan sejumlah faktor lain. Biasanya banyaknya sulfida untuk kayu keras lebih rendah (15-20%) daripada untuk kayu lunak (25-35%).
2.5. Pembuatan pulp kraft
Pembuatan pulp kraft dilakukan dengan larutan yang terdiri dari natrium hidroksida dan natrium sulfida, yang dinamakan lindi putih. Menurut terminologi digunakan definisi-
Universitas Sumatera Utara
definisi berikut, dimana semua bahan kimia dihitung sebagai ekuivalen natrium dan dinyatakan sebagai berat NaOH dan Na2O. Alkali total
Semua garam natrium
Alkali yang dapat dititrasi
NaOH + Na2S + Na2CO3
Alkali aktif
NaOH + Na2S
Alkali efektif
NaOH + ½Na2S
Sulfiditas adalah persentase perbandingan dari Na2S dan alkali aktif dinyatakan sebagai Na2O. Na2S X 100% NaOH + Na2S % kaustik adalah persentase perbandingan NaOH dengan alkali aktif yang dinyatakan sebagai Na2O NaOH X 100% NaOH + Na2S
Kraft berarti kuat dalam bahasa Jerman. Kraft pulping menghasilkan serat pulp yang kuat dalam proses pemasakan dengan menggunakan bahan kimia yang merupakan campuran dari NaOH dan Na2S (lindi putih). Tujuan dari pengolahan kraft (sulfat) pulp adalah untuk memisahkan serat dalam kayu secara kimia dan melarutkan sebagian besar lignin yang terdapat dalam dinding serat atau untuk memasak serpihan kayu sesuai dengan target bilangan kappa. Pemisahan serat terjadi dengan melarutkan lignin yang terdapat di dalam lamela tengah yang berfungsi menyatukan antar serat. Bahan kimia dalam larutan pemasak juga melakukan penetrasi ke dalam dinding serat dan melarutkan lignin yang terdapat di situ. Keuntungan proses kraft :
Universitas Sumatera Utara
-
semua spesies kayu dapat digunakan sebagai bahan baku
-
prosesnya relatif tidak sensitif terhadap kulit kayu
-
waktu pemasakan relatif singkat
-
masalah pitch dalam pulp relatif kecil
-
pulp lebih kuat
-
efisien dalam penggunaan kembali bahan kimia dan energi
-
memiliki hasil samping seperti turpentine dan tall oil yang cukup bernilai Bahan kimia pemasak yang digunakan adalah lindi putih. Lindi putih memiliki pH
13-14. Dalam jumlah yang kecil juga terdapat NaCl, garam potasium, silika, dan kalsium. Bahan kimia yang aktif dalam reaksi pengolahan pulp hanya NaOH dan Na2S (alkali aktif). Komponen yang aktif dalam lindi putih adalah ion hidroksil (OH-) dan ion hidrosulfida (SH-) yang terbentuk menurut reaksi berikut. NaOH
Na+ + OH-
Na2S + H2O
NaOH + NaSH
Na2S
2Na+ + S2-
S2- + H2O
SH- + OH-
Na2CO3 + H2O
2Na+ + CO32- + H2O
CO32- + H2O
CO3- + OH-
OH- + lignin
lignin terdegradasi
SH- + lignin
lignin terdegradasi
Dengan adanya Na2S yang menghasilkan ion SH- akan meningkatkan penghilangan lignin dan menghasilkan pulp yang lebih kuat.
Universitas Sumatera Utara
Bahan kimia yang lainnya tidak mempunyai pengaruh langsung dalam pengolahan pulp yang disebut bahan kimia yang tidak aktif. Na2SO4 terbentuk karena reduksi yang tidak sempurna dalam tungku pada recovery boiler. Na2CO3 terbentuk karena proses kaustisasi yang tidak sempurna dan Na2S2O3 terbentuk karena sulfida yang teroksidasi. Meskipun bahan kimia tidak aktif ini tidak berperan dalam pengolahan pulp, tetapi jumlah yang tinggi dalam lindi putih tidak diharapkan karena dapat menimbulkan kerak di digester dan khususnya di evaporator dan juga meningkatkan buangan dari tungku recovery boiler. Selama reaksi pemasakan di digester 85-95% lignin, 50% hemiselulosa, dan 10% selulosa akan larut. Reaksi-reaksi yang terjadi selama proses pemasakan 2.5.1. Reaksi dengan lignin Reaksi lignin yang terjadi dalam kraft pulping sangat kompleks. Kehadiran ion SH- meningkatkan kelarutan lignin tanpa meningkatkan kelarutan dari selulosa. Efek keseluruhan dari semua reaksi antara lignin, ion SH-, dan ion OH- adalah polimer lignin diputus menjadi molekul yang lebih kecil. Molekul yang kecil ini tidak lagi berfungsi sebagai perekat dan tertinggal dalam struktur kayu dan akan terlarut dalam larutan pemasak dan terpisah dari serat kayu.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Reaksi-reaksi utama struktur β aril eter fenol selama pembuatan pulp alkali dan kraft. 2.5.2 Reaksi dengan karbohidrat Idealnya, hanya lignin yang larut dalam kraft pulping tetapi hal itu tidak terjadi. Selulosa dan hemiselulosa bereaksi dengan ion OH- selama pemasakan. Reaksi ini tidak diinginkan karena degradasi karbohidrat menjadi molekul yang lebih kecil dan dapar terlarut akan menurunkan yield (rendemen). Lebih dari 20% selulosa dan hemiselulosa akan hilang. Hemiselulosa terdegradasi lebih cepat dan lebih banyak daripada selulosa karena hemiselulosa memiliki molekul lebih kecil dan bercabang dan juga terdapat dalam kadar yang lebih tinggi dalam stuktur kayu. Satu reaksi yang terjadi selama pemasakan disebut peeling. Dalam reaksi peeling, unit gula pada bagian akhir rantai selulosa atau hemiselulosa dipisahkan satu demi satu. Reaksi yang lain disebut stopping dimana pada reaksi ini bagian akhir dari rantai distabilkan sehingga tidak terjadi lagi reaksi peeling. Reaksi yang terjadi di atas suhu
Universitas Sumatera Utara
1700C adalah hidrolisis alkali. Dalam reaksi ini, rantai selulosa dipotong menjadi dua bagian, membentuk gugus akhir baru yang dapat melangsungkan peeling. Reaksi ini tidak bagus karena akan melarutkan selulosa lebih banyak dan menurunkan yield. 2.5.3 Reaksi dengan ekstraktif Selama pembuatan pulp kraft ester-ester asam lemak terhidrolisis hampir sempurna meskipun lilin jauh lebih stabil dari pada lemak. Asam-asam lemak larut bersama-sama dengan asam-asam resin sebagai garam-garam natrium dalam lindi pemasak. Terutama sabun-sabun asam resin nerupakan bahan-bahan pelarut yang efektif yang mempermudah penghilangan sebagian senyawa – senyawa netral yang sedikit larut seperti sitosterol dalam kayu pinus dan betulanol dan betulaprenol dalam birch. Karena kayu keras tidak mengandung sam-asam resin, maka sabun tall biasanya ditambahkan pada pemasakan untuk mengurangi kandungan ekstraktif dalam pulp akhir sampai tingkat yang cukup rendah sehingga ”persoalan pengkerakan” dapat dicegah. Ekstraktif bereaksi dan mengkonsumsi cukup banyak larutan pemasak. Kebanyakan ektraktif dilarutkan selama pemasakan. Beberapa ektraktif yang terlarut dapat diolah sebagai hasil samping dari proses kraft. ”minyak tall” dan ”turpentine” adalah beberapa contoh produk. Beberapa material dari ekstraktif yang sangat sulit dilarutkan dan tersisa dalam pulp disebut material yang tidak disabunkan (non saponifiables). Tumpukan pitch (getah) dalam alat proses juga menimbulkan masalah kerusakan pada alat.
2.6. Komposisi Lindi Hitam
Universitas Sumatera Utara
Bahan organik dalam lindi hitam yang dihasilkan setelah pembuatan pulp kraft pada dasarnya terdiri atas lignin dan produk-produk degradasi karbohidrat disamping bagianbagian kecil ekstraktif dan produk-produk reaksi. Lindi hitam merupakan campuran yang sangat kompleks yang mengandung sejumlah besar komponen dengan struktur dan susunan yang berbeda. Bagian terbesar dari fraksi lignin terdiri atas bahan yang mempunyai berat molekul tinggi, yang diendapkan bila lindi diasamkan. Komposisi lignin-lignin kraft adalah kompleks dan bervariasi tergantung pada spesies kayu dan kondisi pemasakan.
2.7. Digester
Digester adalah suatu bejana tempat proses pemasakan atau reaksi delignifikasi dari serpihan kayu berlangsung. Dengan penambahan larutan pemasak kimia, panas, dan tekanan maka lignin akan larut dan serpihan kayu diubah menjadi pulp. Digester dirancang untuk tahan terhadap temperatur dan tekanan tinggi, mempunyai volume yang cukup untuk menampung serpihan kayu dan ciran pemasak, memiliki konstruksi yang tahan terhadap korosi dan tidak terpengaruh lingkungan luar, serta mempunyai sistem sirkulasi tekanan dan larutan pemasak. Ada dua jenis digester yang umum digunakan untuk pemasakan yaitu batch digester (superbatch) dan continuous digester. Batch digester berbentuk tabung, berukuran lebih kecil dan lebih pendek dengan volume 300-400 m3 . Batch digester pada prinsipnya mempunyai tahapan (schedulling) dalam proses pemasakan chip. Jadi dalam batch digester prosesnya dari chip filling hingga discharge dijalankan bertahap atau berurutan dalam masing-masing digester. Sedangkan continuous digester berbentuk
Universitas Sumatera Utara
silinder yang tinggi dan besar mencapai 60-70 m dengan kapasitas 1000-2000 ton. Dalam continuous digester proses berlangsung secara kontinyu (terus-menerus), artinya proses mulai dari chip filling sampai discharge tidak dijalankan secara bertahap atau satu per satu karena di dalam continuous digester terdapat zona-zona yang sudah terbagi mulai dari atas hingga ke bawah dinataranya zona impregnasi, heating, cooking, dan washing. Kedua jenis digester terbuat dari stainless steel atau carbon steel karena kraft liquor yang bersifat basa tidak terlalu menyebabkan korosi. Konstruksinya menggunakan plat-plat baja berukuran 2 inchi (51 mm) yang dilas dan bagian bawah digester terkadang diperkuat dengan plat yang lebih tebal. Plat-plat baja tidak selamanya tahan terhadap kraft liquor. Kraft liquor juga menyebabkan korosi yang relatif kecil hingga 0,5-1 mm per tahunnya. Korosi dapat tejadi karena adanya NaCl, sulfida, karbonat, logam (kontaminan) dan zat ekstraktif.
Oleh karena itu, plat baja perlu dipertebal secara
bertahap agar tahan lama.
Tabel.2.2. Perbedaan Batch Digester dan Continuous Digester
Universitas Sumatera Utara
Batch Digester -
-
Continuous Digester
Lebih fleksibel (mudah mengganti
Sulit untuk mengganti chip spesies
spesies chip dan mengatur variabel
dan mengatur variabel proses (tidak
proses)
bisa
Laju produksi lebih tinggi (jika satu
spesifikasi
digester rusak, masih ada yang lain) -
-
-
Lebih mudah untuk start up dan
dioperasikan
jauh
Jika digester rusak maka tidak dapat berproduksi sama sekali
shut down
-
Pemeliharaan lebih sulit
-
Pemeliharaan lebih mudah
-
Sensitif terhadap chip fines
-
Tidak terlalu sensitif terhadap chip
-
Lebih
-
Banyak memakai steam
-
Banyak
membutuhkan
peralatan
steam
Kebutuhan steam lebih stabil
-
Lebih ringkas, tidak butuh banyak lahan dan peralatan pendukung
Pengolahan non-condensible gas
-
lebih sulit Kualitas
pemakaian
-
pendukung dan lahan
-
hemat
(hemat energi)
fines
-
dari
Pengolahan non-condensible gas lebih mudah
pulp
tidak
(berbeda antara digester)
seragam
-
Ada zona washing (pulp lebih bagus)
Proses delignifikasi dapat ditunjukkan dari hasil pemasakan melalui penentuan bilangan kappa (kappa number). Kappa number digunakan untuk menyatakan berapa jumlah lignin yang masih tersisa di dalam pulp setelah pemasakan . pengujian kappa number yang dilakukan di dalam industri pulp memiliki dua tujuan, yaitu :
Universitas Sumatera Utara
-
merupakan indikasi terhadap derajat delignifikasi yang tercapai selama proses pemasakan, artinya kappa number digunakan untuk mengontrol pemasakan
-
menunjukkan kebutuhan bahan kimia yang akan digunakan untuk proses selanjutnya yaitu proses bleaching (pemutihan).
Pada pengujian kappa number, jumlah larutan kalium permanganat (KMnO4) yang sudah diketahui konsentrasinya ditambahkan ke dalam sampel pulp. Setelah waktu tertentu, jumlah permanganat yang bereaksi dengan pulp ditentukan dengan mentitrasi sampel. Kappa number selanjutnya didefinisikan sebagai jumlah mililite KMnO4 0,1N yang dikonsumsi oleh 10 gram pulp selama 10 menit pada temperatur 25oC. Hasilnya dikoreksikan terhadap konsumsi 50% permanganat yang ditambahkan. Untuk pulp kraft hubungan antara kappa number dengan lignin adalah sebagai berikut :
%lignin = 0,147 x kappa number
Universitas Sumatera Utara
