57 atau proses pulping serpih TKKS adalah digester 500 ml; penyaring
vakum dengan corong kaca masir, sentrifus untuk pemurnian lignin serta oven pengering lignin;
B. Proses Sulfonasi
Peralatan yang digunakan untuk proses sulfonasi adalah rangkaian reaktor tangki berpengaduk batch dan alat pendukungnya. labu leher
tiga dilengkapi dengan pengaduk, pemanas hot plate stirrer, pendingin balik, termometer; water bath; peralatan untuk identifikasi dan
karakterisasi antara lain : Spektro UV-Vis HP tipe 8452 A, diode array
spectrophotometer untuk mengukur absorbansi pada panjang gelombang
tertentu. Spectrophotometer FTIR digunakan untuk pencirian gugus fungsi lignin dan natrium lignosulfonat NLS, LC-MS untuk mengetahui
fragmen-fragmen bobot molekul gugus fungsi NLS mz, peralatan untuk evaluasi kinerja NLS adalah tabung yang terbuat dari botol plastik
yang dibentuk cincin dengan diameter 50 mm dan tinggi 50 mm. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: TKKS, yang
diperoleh dari PTPN VIII, Pandeglang, Jawa Barat; bahan-bahan kimia untuk proses pulping adalah etanol dan NaOH; bahan-bahan kimia
untuk isolasi lignin yaitu: H
2
SO
4,
NaOH dan aquades; bahan-bahan kimia untuk sulfonasi yaitu natrium bisulfit NaHSO
3
dan NaOH; Bahan kimia untuk pemurnian natrium lignosulfonat NLS dari sisa reaktan yang
tidak bereaksi adalah metanol; serta gipsum yang digunakan untuk uji kinerja NLS sebagai bahan pendispersi.
3.2.2 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Kimia, Universitas Muhammadiyah Jakarta UMJ, Laboratorium Kimia Hasil Hutan, Fakultas
Kahutanan Institut Pertanian Bogor IPB. Beberapa pengujian dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer LIPI Serpong. Penelitian dilakukan pada bulan
Maret 2006 sampai dengan Agustus 2007.
58
3.2.3 Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian meliputi sintesis proses dan pengembangan proses seperti terlihat pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Tahapan Penelitian.
Pemodelan kinetika reaksi
Pengembangan Proses
Optimasi kapasitas produksi NLS
Integrasi proses PEFD Analisis kelayakan finansial
Kapasitas NLS optimum ¾ Simulasi neraca massa
pada berbagai kapasitas NLS
¾ Biaya produksi total t
c
NPV, IRR, Net BC, BEP, PBP
Kriteria kelayakan Model Persamaan kecepatan
reaksi r
A
dan model konstanta laju reaksi k
A
Rancangan proses sulfonasi lignin isolat TKKS menjadi natrium lignosulfonat NLS
¾ Konversi lignin menjadi NLS
¾ Kemurnian NLS
Pemilihan jalur pemasakanpulping bahan baku TKKS metoda heuristik
¾ Identifikasi NLS ¾ Karakterisasi NLS
¾ Uji kinerja NLS
Sintesis Proses
Pemilihan teknik isolasi lignin metoda heuristik
Optimasi kondisi proses sulfonasi lignin nisbah pereaksi, pH, suhu metode RSM
Jalur pemasakan terbaik
Jalur isolasi lignin terbaik
Analisis
NLS
¾ harga, ¾ kandungan lignin,
¾ dampak lingkungan
¾ harga, ¾ rendemen,
¾ kemurnian lignin, ¾ kadar metoksil
Analisis
Kondisi proses optimum
59
3.2.3.1 Sintesis Proses 3.2.3.1.1 Pemilihan Jalur Pemasakanpulping TKKS dan Pemilihan Teknik
Isolasi Lignin
Pemilihan jalur proses pemasakanpulping TKKS dan pemilihan teknik isolasi Lignin yaitu dengan mensintesis hasil dari beberapa peneliti yang telah
dilakukan maupun dari pustaka yang menunjang. Ada beberapa proses pulping yang biasa digunakan yaitu proses kraft sulfat, proses sulfit NSSC serta proses
organosolv. Pemilihan proses didasari atas beberapa pertimbangan yaitu harga bahan pemasak, kandungan lignin dalam lindi, sifat fisiko-kimia serta dampak
lingkungan. Teknik isolasi lignin yang biasa dipakai adalah cara presipitasi asam metode Kim serta cara ekstraksi, masing-masing memiliki kelebihan dan
kekurangan. Pertimbangan teknik isolasi didasari oleh harga bahan untuk isolasi, rendemen lignin, kemurnian lignin serta kadar metoksil.
Metode Pengambilan Keputusan Dalam Sintesis Proses
Ada beberapa metode pengambilan keputusan dalam sintesis proses yang dapat digunakan yaitu metode kualitatif dengan menggunakan aturan heuristik
berdasarkan pengalaman pada kaidah umum atau secara algoritma seperti metode perbandingan eksponensial MPE.
Aturan Heuristik
Aturan heuristik menurut Hartmann dan Kaplick, 1990 adalah teori dan penyelesaian yang dapat dipercaya tetapi tidak sempurna, merupakan rule of
thumb , sebagai pendekatan dalam pengambilan keputusan. Aturan heuristik untuk
mensintesis proses dikelompokkan menjadi 5 lima, yaitu aturan heuristik untuk persiapan dan modifikasi, menentukan struktur sistem, memilih sistem dan
parameternya, memodifikasi sistem dan evaluasi sistem, sedangkan menurut Seider et al, 1999, aturan heuristik untuk sintesis proses meliputi pemilihan reaksi
kimia untuk mengeliminasi perbedaan jenis-jenis molekul, pencampuran dan daur ulang untuk mendistribusikan bahan kimia, pemisahan untuk mengeliminasi
perbedaan komposisi, suhu, tekanan dan perubahan fase, integrasi proses untuk mengkombinasikan tugas-tugas satuan proses. Aturan heuristik untuk sintesis
sistem proses adalah: mengurangi kuantitas aliran proses agar buangan tidak
60 banyak, mengurangi bahan tambahan, mengurangi kuantitas bahan kimia,
mengurangi pencampuran, usahakan adanya integrasi proses, memilih kondisi proses yang memungkinkan.
3.2.3.1.2 Preparasi Lignin Isolat TKKS A.
Proses Pemasakanpulping TKKS.
Proses pemasakanpulping dilakukan dengan metode organosolv dengan alat pemasak digester, metode ini sering dilakukan pada jenis kayu lunak seperti
TKKS. Bahan pemasak yang digunakan adalah pelarut organik etanol dengan katalisator NaOH dengan komposisi terhadap TKKS divariasikan. Serpih
TKKS, larutan pemasak etanol, dan katalisator NaOH dipulping atau dimasak dalam digester . Proses pemasakan dilakukan dua tahap, yaitu proses
pemasakan mulai suhu kamar sampai suhu maksimum 170
o
C, kemudian pemasakan dipertahankan pada suhu maksimum tersebut selama waktu tertentu
1,5 jam Tahapan dan kondisi proses pulpingdelignifikasi serpih TKKS adalah sebagai
berikut: • Berat kering serpih TKKS
: 250 gram • Komposisi larutan pemasak : etanol teknis 95 : air 1:1
• Komposisi larutan pemasak terhadap TKKS : 10 : 1 vb • Komposisi Katalis NaOH terhadap TKKS : 5, 10, dan 15 bb
• Suhu maksimum
: 170
o
C
• Lama pemasakan
: 1,5 jam • Lama proses pada suhu maksimum : 1 jam
Hasil proses pulpingdelignifikasi terdiri atas dua bagian yaitu lindi hitam black liquor dan serpih pulp yang agak lunak. Serpih yang dihasilkan dicuci
dengan aseton teknis kemudian dengan air dan sisa cairan pencucian ditambahkan ke dalam lindi hitam black liquor. Lindi hitam tersebut disaring
dengan menggunakan penyaring kain nylon 20 µm untuk memisahkan bahan terlarut dalam lindi hitam filtrat dan tidak terlarut residu. Filtrat atau lindi
hitam yang telah bebas dari residu kemudian dianalisa pH dan kadar padatan totalnya.
61
B. Proses Isolasi Lignin Dari Lindi Hitam TKKS.
Teknik isolasi lignin dari lindi hitam TKKS dilakukan dengan metode
presipitasi asam yaitu isolasi yang dikembangkan oleh Kim et al. 1987.
Tahapan proses isolasi lignin meliputi: 1 Pengendapan dengan asam sulfat H
2
SO
4
pada konsentrasi yang divariasikan; 2 Pelarutan endapan lignin dengan menggunakan NaOH 1 N ; 3 Pengendapan lignin kembali dengan
menggunakan H
2
SO
4
dengan konsentrasi yang sama pada pengendapan
pertama; 4 Pencucian dengan H
2
SO
4
0,01N; 5 Dilanjutkan pencucian dengan air; 6 Pengeringan dengan oven pada suhu 50- 60
O
C. Parameter yang diamati adalah rendemen lignin isolat dan kemurnian lignin isolat yang
dihasilkan.
Tahapan dan kondisi proses isolasi lignin adalah sebagai berikut:
Sebanyak 500 ml lindi hitam yang telah disaring filtrat diendapkan ligninnya dengan cara dititrasi dengan asam sulfat dengan konsentrasi yang divariasikan
yaitu H
2
SO
4
5, 20 dan 35 vv. Titrasi dilakukan secara perlahan-lahan ± 1 ml per menit hingga mencapai pH 2, kemudian didiamkan selama minimal 8
jam agar pengendapan sempurna. Larutan asam bagian atas di pisahkan dari endapan lignin. Endapan lignin dilarutkan dalam larutan alkali yaitu NaOH 1N
hingga volume mencapai 2 kali, Selanjutnya larutan lignin diendapkan kembali dengan cara titrasi menggunakan asam sulfat H
2
SO
4
dengan konsentrasi yang sama seperti pada proses pengendapan pertama. Endapan lignin dipisahkan dari
larutan dengan menggunakan alat sentrifuse, kemudian endapan dicuci menggunakan H
2
SO
4
0.01N, dilanjutkan pencucian dengan aquadest dan disaring menggunakan penyaring vakum. Endapan yang telah dicuci
dikeringkan dalam oven 50-60
o
C selama 24 jam sehingga dihasilkan lignin isolat dengan kemurnian tinggi berbentuk serbuktepung.
Secara rinci tahap preparasi lignin isolat TKKS disajikan pada Gambar 3.3
62
C. Karakterisasi Lignin Isolat.
Karakterisasi dilakukan untuk mengetahui sifat fisiko-kimia lignin isolat yang dihasilkan. Karakteristik lignin isolat meliputi : rendemen lignin isolat,
kadar padatan total lignin, keasaman, kadar metoksil lignin dan bobot molekul lignin Mr, serta identifikasi gugus fungsi yang terkandung didalamnya
dengan Fourrier Transform Infrared FT-IR. Prosedur karakterisasi lignin isolat disajikan pada Lampiran 1.
3.2.3.1.3 Optimasi Kondisi Proses Sulfonasi Lignin Isolat Menjadi NLS.
Proses sulfonasi lignin dengan bahan penyulfonasi natrium bisulfit NaHSO
3
menghasilkan natrium lignosulfonat NLS dilakukan dengan memodifikasi metode Syahmani 2001 dan Yasuda 2004. Variabel bebas yang
divariasikan adalah nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin, pH, serta suhu
Proses pemasakanpulping Proses organosolv Serpih TKKS 250 gram + 2,5 liter etanol teknis 50
dalam digester dengan penambahan katalis NaOH yang divariasikan 0 , 5, 10 dan 15 .
Penyaringan
Selulosapulp
Lindi hitam black liquor
Isolasi lignin Metode presipitasi asam H
2
SO
4
Kim et al., 1978 Pengendapan lignin : 500 ml lindi ditetrasi dengan H
2
SO
4
dengan konsentrasi yang divariasi 5, 20 dan 35 , hingga pH 2
Lignin terisolasi lignin isolat
Gambar 3.3 Tahap preparasi lignin isolat TKKS.
Pengendapan bertingkat Larutan zat ekstraktif
63 reaksi. Parameter yang diamati adalah nilai konversi lignin menjadi NLS serta
kemurnian NLS yang dihasilkan.
Tahapan optimasi kondisi proses sulfonasi lignin isolat menjadi NLS adalah sebagai berikut:
Lignin isolat dengan bobot tertentu 5 gram disuspensikan dengan 150 ml air atau perbandingan lignin : air 1 : 30 bv, dalam labu bulat leher 3 ukuran
500 ml dan diaduk menggunakan magnetic-stirrer. Suspensi ini ditambahkan natrium bisulfit NaHSO
3
sebagai bahan penyulfonasi dengan nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin divariasikan yaitu 40, 50, 60, dan 70 bb , pH divariasikan yaitu 4, 5, 6, dan 7 dengan menambahkan NaOH konsentrasi 20
sebagai katalis yang ditunjukkan dalam skala indikator pH universal. Campuran tersebut diaduk dengan magnetic stirrer agar campuran bereaksi sempurna. Suhu
reaksi divariasikan yaitu 70, 80, 90 dan 100
o
C, dengan pemanas water bath selama 4 jam, yang dimonitor dengan termometer. Hasil reaksi berupa produk
NLS, sisa reaksi lignin dan natrium bisulfit serta air. Proses pemisahan dan pemurnian produk NLS dilakukan melalui beberapa
tahap yaitu: hasil reaksi dievaporasi guna mengurangi volume air pada suhu 100
o
C, larutan yang telah pekat disaring dengan corong buchner untuk memisahkan sisa lignin yang tidak bereaksi. Filtrat berupa larutan NLS yang masih
mengandung sisa natrium bisulfit yang tidak bereaksi. Filtrat kemudian ditambahkan metanol teknis yang didestilasi sebanyak kurang lebih 30 ml
sambil dikocok kuat sehingga natrium bisulfit sisa terikat oleh metanol, kemudian dipisahkan menggunakan corong buchner untuk memisahkan sisa natrium bisulfit
tersebut. Larutan NLS diuapkan pada suhu 60
o
C untuk mengurangi metanol dan mendapatkan NLS pekat, kemudian dikeringkan dalam oven vakum maksimum
suhu 50
o
C, ditimbang sampai diperoleh NLS dengan bobot konstan. NLS yang dihasilkan berupa serbukbubuk dan memiliki kemurnian yang tinggi.
Secara rinci proses sulfonasi lignin isolat TKKS menjadi NLS disajikan pada Gambar 3.4
64
3.2.3.1.4 Identifikasi Produk Natrium Lignosulfonat NLS Identifikasi produk natrium lignosulfonat NLS dilakukan untuk melihat
letak gugus fungsi dari lignin sebagai bahan baku dan NLS setelah mengalami sulfonasi dengan spektrofotometer FTIR; mengetahui fragmen bobot molekul
gugus fungsi NLS mz dengan spektrofotometer LC-MS serta menentukan kemurnian NLS dengan spektrofotometer UV. Hasil identifikasi kemudian
dibandingkan dengan natrium lignosulfonat standar dari Aldrich NLS-Aldrich.
3.2.3.1.5 Karakterisasi Sifat fisiko-kimia Natrium Lignosulfonat NLS.
Karakterisasi NLS yang dihasilkan dilakukan untuk melihat beberapa sifat fisiko-kimia untuk dibandingkan dengan NLS komersial. Karakterisasi NLS
Gambar 3.4 Proses sulfonasi lignin isolat TKKS menjadi natrium lignosulfonat NLS.
Optimasi proses sulfonasi lignin isolat TKKS 5 gram lignin isolat disuspensikan dengan 150 ml air atau perbandingan
lignin : air 1 : 30 ww disulfonasi dengan natrium bisulfit NaHSO
3
variasi : nisbah pereaksi NaHSO
3
thd lignin yaitu 40, 50, 60, dan 70 bb , pH: 4,5,6, dan 7 dengan penambahan katalis NaOH,
serta suhu reaksi yaitu 70, 80, 90 dan 100
O
C. Penyaringan
Larutan NLS
Pemurnian metanol
Penyaringan
Sisa NaHSO
3
Natrium lignosulfonat
NLS Lignin sisa
65 meliputi gula pereduksi, bobot jenis, viskositas dan kandungan total unsur
kimia kandungan S, Na, N, Ca dan Fe Wesco Technology, 1995
3.2.3.1.6 Evaluasi Kinerja NLS Sebagai Bahan Pendispersi dispersant
Pasta Gipsum Kinerja NLS sebagai bahan pendispersi dispersant diaplikasikan pada
pasta gipsum yaitu dengan menambahkan NLS dengan konsentrasi tertentu ke dalam pasta gipsum. Evaluasi kinerja NLS sebagai bahan pendispersi pasta
gipsum dengan menghitung persen nilai alir flow value. Air sebanyak 88 ml pada suhu 20
O
C, dicampur dengan NLS dengan konsentrasi bobot NLSbobot gipsum divariasikan yaitu: 0,05 ; 0,1 ; 0,15; 0,20 dan 0,25 bb. Gipsum
sebanyak 110 gram dimasukkan ke dalam larutan NLS, kemudian diaduk dengan stirrer
selama 15 detik. Setelah gipsum membentuk pasta dimasukkan ke dalam tempat yang berbentuk cincin diameter 50 mm, dan tinggi 50 mm, diletakkan di
atas piring kaca yang datar. Setelah 10 detik, cincin ditarik ke atas, dan pasta gipsum akan menyebar di atas piring gelas.
Setelah penyebaran berhenti, Ukur diameter akhir
final
φ , Flow value atau nilai alir dihitung dengan persamaan sebagai berikut Nadif et al, 2002
100 x
φ φ
φ alir
Nilai
in in
final
− =
n
φ
i
adalah diameter awal yaitu 50 mm
3.2.3.1.7 Rancangan Percobaan A. Pengaruh Penambahan Konsentrasi NaOH Pada Proses Pulping dan
Pengaruh Konsentrasi H
2
SO4 Pada Isolasi Lignin TKKS
Proses pulping adalah proses pemasakan TKKS guna memisahkan lignin dari selulosa, pemutusan lignin dipengaruhi oleh basa NaOH yang
ditambahkan, sedangkan isolasi lignin dari lindi hitamblack liquor dari hasil pemasakan dipengaruhi oleh jumlah asam H
2
SO
4
yang mengakibatkan lignin dalam lindi hitam terkondensasi. Rancangan percobaan yang digunakan
pada penelitian ini adalah rancangan dua faktor dalam rancangan acak lengkap faktorial RAL. Faktor yang dikenakan pada proses pulping yaitu
66 empat taraf penambahan katalis NaOH pada saat pulping organosolv : yaitu
NaOH= 0 ; NaOH=5 ; NaOH=10 dan NaOH=15. Sedangkan pada isolasi lignin faktor yang dikenakan yaitu tiga taraf konsentrasi H
2
SO
4
pada pengendapan lignin yaitu : H
2
SO
4
=5 ; H
2
SO
4
=20 dan H
2
SO
4
=35 Model rancangan percobaan tersebut adalah sebagai berikut:
Y
ijkm
= μ + α
i
+ β
j
+ αβ
ij
+ ε
m ij
Keterangan : Y
ijk
: rendemen lignin dan kemurnian lignin μ
: rata-rata yang sebenarnya α
i
: pengaruh konsentrasi NaOH i = 1,2,3,4 β
j
: pengaruh konsentrasi H
2
SO
4
j = 1,2,3 αβ
ij
: pengaruh interaksi antara konsentrasi NaOH ke-i dengan konsentrasi H
2
SO
4
ke-j ε
m ijk
: galat dari ulangan ke-k, akibat perlakuan ij Untuk melihat pengaruh faktor penambahan konsentrasi katalis NaOH dan
konsentrasi H
2
SO
4
yang digunakan pada isolasi lignin terhadap karakteristik lignin yaitu rendemen lignin dan kemurnian lignin isolat, dilakukan analisis
keragaman dari data hasil penelitian dengan kriteria sebagai berikut: apabila Pr F
α berarti pengaruh faktor terhadap respon yang diuji nyata atau sangat nyata pada tingkat kepercayaan 95 begitu sebaliknya. Jika perlakuan
memberikan pengaruh yang nyata akan dilakukan uji beda nyata Duncan untuk melihat pengaruh tiap perlakuan taraf faktor terhadap respon yang
diamati Mattjik,2002.
B. Optimasi Proses Sulfonasi Lignin Isolat TKKS Menjadi NLS
Proses sulfonasi adalah proses pemasukan gugus sulfonat kedalam suatu senyawa, keberhasilan proses sulfonasi untuk mendapatkan konversi tinggi
dan kemurnian tinggi dipengaruhi oleh nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin ; pH serta suhu reaksi. Faktor yang dioptimasi adalah nisbah pereaksi,
pH dan suhu reaksi masing-masing empat tarap yaitu: ¾ Nisbah pereaksi X
1
yaitu rasio natrium bisulfit NaHSO
3
terhadap lignin isolat : 40 , 50, 60 70 bb
¾ pH X
2
: 4, 5, 6, 7
67 ¾ Suhu reaksi X
3
: 70, 80, 90, 100
o
C Rancangan percobaan untuk menentukan nilai optimum pada percobaan
pembuatan NLS dilakukan dengan menggunakan metode permukaan respon Response Surface MethodRSM. Desain eksperimen adalah 2
3
faktorial dengan 3 variabel bebas yang dicobakan yaitu: 1 nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin dikodekan dengan X
1,
2 pH proses sulfonasi dikodekan
dengan X
2,
3 suhu reaksi dikodekan dengan X
3
. Variabel respon yang diamati adalah konversi lignin bereaksi serta kemurnian
NLS yang dihasilkan. Jumlah satuan percobaan terdiri atas 20 unit percobaan faktorial, 6
ulangan center point titik pusat dan 6 pengaruh kuadrat. Pada percobaan model kuadratik dengan 3 variabel bebas dilakukan dengan rancangan
komposit terpusat central composite designCCD menggunakan α = 1,68.
Faktor, kode dan taraf kode pada percobaan pembuatan NLS dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan matrik satuan percobaan disajikan pada Tabel 3.2
Tabel 3.1 Faktor, kode dan taraf kode pada proses sulfonasi lignin menjadi NLS Tarafkode
No Faktor Kode -
α -1,68
Rendah -1
Tengah Tinggi
+1 +
α + 1,68
1 Nisbah Pereaksireaktan
X
1
2 pH sulfonasi X
2
3 Suhu sulfonasi
X
3
68 Tabel 3.2 Rancangan percobaan proses sulfonasi lignin menjadi NLS dengan desain
2
3
X
1
X
2
X
3
Hasil Run Nisbah
pereaksi pH
suhu sulfonasi
O
C Konversi
Kemurnian NLS
1 -1 -1 -1 2 1 -1 -1
3 - 1 1 -1
4 1 1 -1 5 -
1 -1 1 6 1 -1 1
7 - 1 1 1
8 1 1 1
9 0 0 0 10 0 0 0
11 0 0 0 12 0 0 0
13 0 0 0 14 0 0 0
15 - 1,68 0
16 1,68 0 17 0
- 1,68 0
18 0 1.68 0 19 0 0 -
1,68 20 0 0 1.68
Model persamaan kondisi optimum untuk proses produksi NLS dengan desain faktorial 2
3
adalah : ε
X β
X β
X β
X X
β X
X β
X X
β X
β X
β β
Y
2 3
33 2
2 22
2 1
11 3
2 23
3 1
13 2
1 12
2 2
1 1
+ +
+ +
+ +
+ +
=
Keterangan: Y adalah konversi lignin menjadi NLS β
= intersep; ε nilai galat
β
1,
β
2,
β
3
adalah koefisien regresi variabel X
1
, X
2
dan X
3
β
12,
β
13,
dan β
23
adalah koefisien interaksi antar faktor β
11,
β
22,
dan β
33
adalah koefisian kuadrat X
1 2
, X
2 2
dan X
3 2
Pengolahan data dilakukan menggunakan metode RSM, regresi kuadratik terkecil dalam perangkat lunak Statistical Analysis System SAS
69
3.2.3.2 Tahap Pengembangan Proses
Pengembangan proses dilakukan melalui pendekatan sistematis empiris pemodelan , simulasi, optimasi serta integrasi proses, adapun tahapannya adalah
sebagai berikut: 1.
Melakukan pemodelan kinetika reaksi proses sulfonasi lignin TKKS menjadi NLS
a Membuat hubungan antara konversi x
A
lignin menjadi NLS yang diperoleh pada berbagai suhu 70 , 90 dan 100
O
C dan waktu 2,3,4 dan 5 jam
b Mentukan nilai perbandingan antara konsentrasi lignin isolat dibanding
dengan konsentrasi NaHSO
3
M = C
B0
C
A0,
molmol c
Melakukan linierisasi penentuan orde reaksi, dengan membuat hubungan antara lnC
B
C
A
tarhadap waktu reaksi pada berbagai suhu, akan diperoleh persamaan linier dan diperoleh nilai slope, kemudian nilai k konstanta laju
reaksi diketahui. Dengan perhitungan matematik didapat nilai A faktor frekuensi tumbukan dan E tenaga aktivasi, sehingga diperoleh model
kinetika reaksi yaitu persamaan laju reaksi r
A
dan konstanta laju reaksi k.
d Melakukan perhitungan kembali atau validasi model kinetika yang
dihasilkan. 2.
Melakukan penyusunan neraca massa berdasarkan data hasil penelitian laboratorium pada aliran stream masuk maupun keluar di setiap alat.
Melakukan simulasi untuk berbagai kapasitas bahan baku lindi hitam, akan diperoleh model neraca massa untuk kebutuhan bahan baku dan bahan
pembantu lainnya serta produk NLS yang dihasilkan. 3.
Menentukan perkiraan biaya peralatan purchased cost pada berbagai kapasitas produksi serta dikonversikan menggunakan indeks harga pada tahun
tertentu terhadap tahun pembelian 4.
Menentukan kapasitas produksi NLS optimum. Dari simulasi neraca massa untuk berbagai kapasitas produksi NLS akan
diketahui biaya tetap dan biaya variabel dan biaya produksi total t
c
pada
70 berbagai kapasitas produksi NLS. Dari grafik hubungan antara biaya produksi
total t
c
dengan kapasitas produksi NLS, akan diperoleh model persamaan matematisnya. Untuk menentukan kapasitas produksi NLS, dilakukan optimasi
dengan cara analitik dimana turunan fungsi objektifnya bernilai nol. 5.
Integrasi dalam process engineering flow diagram PEFD Data hasil penelitian laboratorium input yaitu kondisi proses optimum dan
konversi lignin isolat menjadi NLS, model kinetika reaksi, kapasitas produksi NLS optimum, selanjutnya diintegrasikan dalam process engineering flow
diagram PEFD yang hasil output nya merupakan gambaran riil proses
sulfonasi lignin yang melibatkan rangkaian peralatan. yang dilengkapi dengan kondisi proses dan distribusi neraca massa dan energi di setiap alat tahapan
proses. PEFD dibuat dengan paket program HYSYS. 6.
Analisis kelayakan finansial a
Mengevaluasi analisis kelayakan finansial pendirian industri NLS pada kapasitas optimum dengan beberapa kriteria kelayakan yaitu Net Present
Value NPV, Internal Rate of Return IRR, Net Benefit Cost Ratio Net
BC, Break Event Point PEP dan Pay Back Periode PBP b
Mengevaluasi tingkat sensitivitas terhadap kenaikan bahan baku dan penurunan harga jual produk NLS
3.2.3.3 Menentukan Harga Alat
Harga perkiraan purchased cost berbagai peralatan untuk tahun tertentu disediakan dalam Peter and Timmerhouse, 2000. Menurut Sinnot 1989 salah
satu hal yang penting yang dihadapi oleh estimator dalam menentukan harga alat yang dikoleksi tidak mutlak namun cepat berubah dengan perubahan kondisi
ekonomi. Untuk mengantisipasi perubahan harga yang cepat dapat didekati dengan nilai indeks harga. Nilai indeks harga menurut metode Marshal
Ulrich.G.D, 1987, dengan perhitungan sebagai berikut: NxNy
Ey x Ex
= Keterangan : Ex
: harga alat pada tahun ke x Ey
: harga alat pada tahun ke y Nx
: indeks harga alat pada tahun ke x Ny
: indeks harga alat pada tahun ke y
71 Tersedia indeks harga mulai tahun 1950 hingga 1980 disajikan pada Tabel 3.3
Tabel 3.3 Indeks harga alat
Tahun Indeks X
Y X2 Y2 XY
1950 170 -30 -480
900 230.400
14400 1955 180 -25
-470 625
220.900 11750
1960 240 -20 -410
400 168.100
8200 1965 245 -15
-405 225
164.025 6075
1970 300 -10 -350
100 122.500
3500 1975 450 -5 -200 25
40.000 1000
1980 650 0 0 0 0 0
Dengan cara regresi linier diperoleh persamaan regresi sebagai berikut: Y=19,747X - 38449,5
Dengan cara ekstrapolasi , didapat indeks harga alat untuk tahun-tahun berikut- nya
Tahun Indeks
2000 1044,945 2002 1084,44
2006 1163,429 2007 1183,176
2008 1202,923
72
IV HASIL DAN PEMBAHASA N 4.1 Sintesis Proses
Sintesis proses dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu: pemilihan jalur pemasakanpulping bahan baku TKKS, Pemilihan teknik isolasi lignin, serta proses
sulfonasi lignin isolat menjadi natrium lignosulfonat NLS
4.1.1 Pemilihan Jalur Pemasakanpulping TKKS
Pemilihan jalur pemasakan TKKS menggunakan metode heuristik dengan mempelajari hasil penelitian proses pemasakanpulping dari beberapa peneliti, serta
dari beberapa pustaka yang menunjang.
Heuristik untuk sintesis proses jalur pemasakanpulping TKKS
Proses pemasakanpulping TKKS dengan tujuan untuk memisahkan lignin dari selulosa. Beberapa metode proses yang dikenal yaitu proses kraft sulfat, proses sulfit
NSSC, serta proses organosolv. Hasil penelitian dari beberapa peneliti, masing-masing memiliki kekurangan dan kelebihan serta memiliki spesifikasi tertentu. Pemilihan
proses didasari atas beberapa pertimbangan yaitu harga, padatan total kandungan lignin dalam lindi hitam yang dihasilkan, sifat fisiko-kimia serta dampak lingkungan.
Beberapa hasil penelitian adalah: 1 Soda–anthraquinone, Kraft and Organosolv Pulping of Holm Oak Trimmings
Alaejos et al, 2005 2 Determining the Minimum Conditions for Kraft Pulping of Kenaf Bast, Core,
and Whole Stalk Fibers James dan Thomas, 1999 3 Teknologi Ramah Lingkungan untuk Industri Pulp dan Kertas Syafii W, 2002
4 Isolasi Lignin dari Lindi Hitam Tandan Kosong Kelapa Sawit TKKS Heradewi, 2007
73
Tabel 4.1 Perbandingan beberapa proses pemasakanpulping TKKS
Proses Harga bahan
Pemasak Rp
Kand. lignin dalam lindi
hitam bv
pH Dampak lingkungan
Kraft sulfat: Na
2
S, Kg NaOH, Kg
55000,- 10000,-
22-37,5 12
Mencemari lingkungan karena mengandung
belerang S Sulfit NSSC:
H
2
SO
3,
Liter 67000,-
17-30,2 -
Mencemari lingkungan karena mengandung
belerang S Organosolv:
Etanol , Liter NaOH, Kg
25000,- 10000,-
20- 35 10,4
Ramah lingkungan karena tidak mengan-
dung belerang S
Proses kraft diakui mempunyai banyak segi positif, antara lain mampu mengolah semua jenis bahan baku dengan berbagai macam kualitas dan dapat menghasilkan pulp
dengan kualitas yang sangat prima. Di lain pihak, proses konvensional ini juga mempunyai beberapa kelemahan, salah satunya adalah kontribusinya terhadap
pencemaran lingkungan. Tuntutan masyarakat akan teknologi bersih semakin meningkat, baik di tingkat nasional maupun internasional, tentu saja tidak bisa
diakomodasi dengan menggunakan proses kraft. Bahkan, ada sinyalemen bahwa masyarakat internasional untuk tidak membeli pulp apabila dalam proses produksinya
tidak menggunakan teknologi bersih. Beberapa inovasi teknologi pulping telah ditemukan dan terbukti lebih aman terhadap lingkungan. Teknologi tersebut misalnya
adalah modifikasi proses kraft konvensional, kombinasi beberapa proses konvensional proses ASAM, penggunaan bahan kimia organik dalam proses pulping proses
organosolv, dan pemanfaatan mikroba dalam proses pulping proses biopulping. Proses organosolv adalah proses pemisahan serat dengan menggunakan bahan
kimia organik seperti metanol, etanol, aseton, asam asetat, dan lain-lain. Proses ini telah terbukti memberikan dampak yang baik bagi lingkungan dan sangat efisien dalam
pemanfaatan sumber daya hutan. Dengan menggunakan proses organosolv diharapkan permasalahan lingkungan yang dihadapi oleh industri pulp dan kertas akan dapat diatasi.
Hal ini karena proses organosolv memberikan beberapa keuntungan, antara lain yaitu rendemen pulp yang dihasilkan tinggi, daur ulang lindi hitam dapat dilakukan dengan
mudah, tidak menggunakan unsur sulfur sehingga lebih aman terhadap lingkungan,
74 dapat menghasilkan lignin dan hemiselulosa dengan tingkat kemurnian tinggi. Ini secara
ekonomis dapat mengurangi biaya produksi Syafii W, 2002. Sedangkan proses pulping sulfit disebut juga proses NSSC netral sulfit semi
chemical, pada umumnya digunakan untuk memproduksi pulp dari kayu daun lebar. Pada proses ini pemasakan tidak berlangsung dengan sempurna dan hanya sebagian
lignin yang terpisahkan dari selulosa. Selama berlangsungnya proses pulping sulfit, lignin dari fase padat diubah menjadi sulfonat, sehingga kandungan lindi hitam proses
sulfit adalah lignosulfonat, hemiselulosa dan ekstraktif. Dari beberapa pertimbangan proses pemasakanpulping TKKS, proses
organosov adalah proses yang paling tepat untuk dipilih serta teknologi pulping yang ramah lingkungan.
4.1.2 Pemilihan Teknik Isolasi Lignin Pemilihan teknik isolasi lignin menggunakan metode heuristik dengan
mempelajari hasil penelitian isolasi lignin dan dari beberapa peneliti, serta dari
beberapa pustaka yang menunjang. Heuristik Teknik Isolasi Lignin
. Terdapat beberapa metoda isolasi yang biasa digunakan yaitu metode presipitasi asam yang dikembangkan oleh Kim et al., 1987
yaitu isolasi dengan cara pengasaman dan pengendapan lignin dengan asam secara bertingkat. Metode lainnya adalah metode ekstraksi pelarut yang didasarkan pada
perbedaan kelarutan lignin dan kelarutan zat ekstraktif, atau pembentukan senyawa- senyawa lignin yang larut. Salah satu pelarut yang digunakan adalah dioksan dan dapat
dikristalkan dalam air dingin. Metode ekstraksi memerlukan biaya yang mahal, karena menggunakan bahan baku yang relatif mahal. Pemilihan teknik isolasi lignin didasari
atas beberapa pertimbangan yaitu harga bahan pengisolasi, rendemen, kemurnian, serta kadar metoksil lignin isolat. Beberapa hasil penelitian adalah:
1 Preparation of Kraft Lignin From Black Liquor Kim et al, 1987 2 Isolasi Lignin dari Lindi Hitam Tandan Kosong Kelapa Sawit TKKS
Heradewi, 2007 3 Isolasi, Sulfonasi, Asetilasi Lignin dari TKKS Dan Studi Pengaruhnya Terhadap
Proses Pelarutan Urea Syahmani, 2001
75 Tabel 4.2 Perbandingan beberapa teknik isolasi lignin
Metode Harga Rendemen,
bb Kemurnian
lignin, Kadar
metoksil Metode presipitasi
asam . Kim et al, 1987
H
2
SO
4,
Liter NaOH, Kg
60000,- 10000,-
19,29 88,90
1,93 Metode ekstraksi
Pelarut dioksan Dioksan, Liter
450000,- 20
80 -
14
Kelarutan lignin sangat dipengaruhi oleh derajat keasaman pH. pH isolasi lignin TKKS yang dilakukan olek Kim adalah pH 2 yang merupakan kondisi terbaik karena
pada kondisi tersebut lignin yang terlarut dalam larutan mengalami repolimerisasi sehingga banyak lignin mengendap dalam larutan yang menghasilkan rendemen tinggi
19,29, serta kemurnian tinggi 88,90. Sedangkan metode ekstraksi juga menghasilkan lignin dengan rendemen tinggi karena lignin akan larut sempurna pada pelarut dioksan
namun tidak sebaik rendemen menggunakan metode Kim. Jika dilihat dari harga dioksan yang sangat mahal, sehingga metode ekstraksi jarang digunakan Syahmani,
2001 Dari pertimbangan teknik isolasi lignin, maka yang dipilih adalah metode Kim,
yaitu metode presipitasi asam
4.1.3 Proses Sulfonasi Lignin Isolat Menjadi NLS