38 Metode lainnya adalah metode ekstraksi pelarut yang digunakan didasarkan
pada perbedaan kelarutan lignin dan kelarutan zat ekstraktif, atau pembentukan senyawa-senyawa lignin yang larut. Salah satu pelarut yang digunakan adalah
deoksan dan dapat dikristalkan dalam air dingin. Metode ini menghasilkan rendemen yang tidak terlalu tinggi, disamping itu bahan ekstraksi dioksan
merupakan bahan yang relatif mahal.
2.6.1.3 Sulfonasi Lignin Isolat TKKS Menjadi Surfaktan Natrium Lignosul- fonat NLS
Natrium lignosulfonat NLS merupakan hasil reaksi sulfonasi lignin dengan bahan penyulfonasi seperti asam sulfat, oleum, natrium bisulfit NaHSO
3
maupun natrium thiosulfat. Tujuan dilakukan sulfonasi adalah memasukkan gugus sulfonat ke dalam lignin, sehingga mampu mengubah sifat hidrofilisitas lignin
yang kurang polar tidak larut air menjadi NLS yang lebih polar larut air. Dengan memasukkan gugus sulfonat dan garamnya NaSO
3 -
ke dalam gugus hidroksil OH
-
lignin, mampu meningkatkan sifat hidrofilitasnya yang menyebabkan NLS mudah larut dalam air. Prinsip inilah yang menggambarkan
NLS berperan sebagai surface active agent atau surfaktan. Dalam penelitian ”proses sulfonasi lignin isolat TKKS menjadi surfaktan natrium lignosulfonat
NLS, dilakukan dengan mengkombinasi penelitian Syahmani 2001 dan Yasuda et al. 2004. Dari penelitian Syahmani dan Yasuda perlu dilakukan
perbaikan-perbaikan untuk mendapatkan kualitas produk NLS yaitu mendapatkan konversi lignin bereaksi tinggi serta kemurnian NLS tinggi . Disamping itu NLS
yang dihasilkan memenuhi karakteristik sebagai bahan pendispersi pada sistem dispersi pertikel pasta gipsum. Untuk meningkatkan sifat hidrofilitas NLS dan
efisiensi terhadap kebutuhan bahan penyulfonasi natrium bisulfit NaHSO
3
, serta penanganan dalam pemurnian produk NLS, dilakukan dengan menambahkan
katalis NaOH sekaligus sebagai pengatur pH sehingga tidak perlu menggunakan bahan penyulfonasi NaHSO
3
yang berlebih.
Reaksi sulfonasi lignin menjadi NLS menggunakan katalis NaOH, berlangsung serupa dengan sulfonasi terhadap 1,2,diguaiasilpropana-1,3-diol
Gambar 2.20. Langkah pertama berlangsung melalui pembentukan kuinon
39 metida dengan pemecahan gugus
α -hidroksil eliminasi air. Reaksi adisi elektrofilik terhadap kuinon metida oleh bisulfit menghasilkan natriun 1,2-
diguasilpropana- α -sulfonat eliminasi air dan diikuti adisi elektrofilik yang
menghasilkan natrium 1,2-diguasilpropana- α , γ -disulfonat Fengel dan Wegner,
1995. Reaksi sulfonasi lignin menjadi surfaktan NLS seperti disajikan pada Gambar 2.20
2.6.1.3.1 Optimasi Kondisi Proses Sulfonasi Menggunakan Metode Permu- kaan Respon
Untuk menentukan kondisi proses sulfonasi yang optimum digunakan metode permukaan respon atau response surface method RSM. Menurut
Montogomery 1992, RSM adalah suatu kumpulan dari teknik-teknik statistik dan matematika yang berguna untuk menganalisis permasalahan tentang beberapa
variabel bebas yang mempengaruhi variabel tak bebas atau respon, serta bertujuan untuk mengoptimumkan respon tersebut. Pada dasarnya analisa
permukaan respon adalah serupa dengan analisa regresi yaitu menggunakan prosedur pendugaan parameter fungsi respon berdasarkan metode kuadrat terkecil
least square method dan diperluas dengan menerapkan teknik matematika untuk menentukan titik-titik optimum agar dapat ditemukan respon yang optimum
maksimum atau minimum. Gambar 2.20 Reaksi Sulfonasi terhadap 1,2 – diguaiasilpropana – 1,3 – diol
dengan katalis NaOH.
2 NaHSO
3
-2H 2
O
Natrium 1,2 – diguaiasil propana
α– - disulfonat 1,2 – diguaiasil
propana – 1,3 diol Kuinon metida
OCH
3
Katalis NaOH
HCOH HC
H
2
COH OH
OCH
3
OH OCH
3
HCSO
3
Na HC
H
2
CSO
3
Na OCH
3
OH
OH OCH
3
O HC
HC OCH
3
OH H
2
COH
40 Pada penelitian proses produksi NLS belum diketahui bentuk hubungan
antara respon dan variable-variabel bebas yang dispesifikasikan, maka langkah- langkah yang dilakukan adalah:
¾ menentukan variabel respon dan variabel bebas yang berpengaruh terhadap variabel respon dan menentukan interval variabel dari masing-
masing variabel bebas; ¾ membuat model persamaan pada orde pertama dan uji kesahihan model
dengan mengetahui ada tidaknya lack of fit dengan menggunakan analisa varians dan dilanjutkan dengan membuat rancangan pada orde ke dua;
¾ membuat dan menguji model orde ke dua; ¾ pemeriksaan dan pengujian asumsi terhadap model;
¾ menentukan kondisi optimum dari model yang sesuai; ¾ menganalisis kanonik untuk mempermudah penggambaran kontur dari
permukaan respon . Dari kasus penelitian yang dilakukan diatas dapat diketahui nantinya
bahwa fungsi respon untuk k 2 akan dicirikan oleh permukaan-permukaan respons konstan yang diharapkan. Analisis untuk menduga fungsi respons ini
disebut sebagai analisis permukaan respons atau sering disebut teknik permukaan respon. Biasanya pada tahap awal dirumuskan model regresi polinomial dengan
ordo yang rendah yaitu berordo satu yang tidak lain merupakan model regresi linear :
∈ +
+ +
+ +
=
k k
o
X X
X Y
β β
β β
...
2 2
1 1
Jika terdapat lengkungan dalam sistem, maka model polinomial dengan derajat lebih tinggi dapat dirumuskan. Rumusan model matematis untuk model
polinomial ordo kedua adalah sebagai berikut : ∈
+ +
+ +
=
∑∑ ∑
∑
= =
j j
i i
ij k
i i
ii k
i i
i o
X X
X X
Y β
β β
β
1 2
1
Untuk menentukan kondisi operasi optimum pada orde ke dua diperlukan rancangan komposit terpusat central composite design dalam pengumpulan data
percobaan. Rancangan komposit terpusat CCD adalah rancangan faktorial 2k atau faktorial sebagian fractional factorial, yang diperluas melalui penambahan
41 titik-titik pengamatan pada pusat agar memungkinkan pendugaan koefisien
parameter permukaan ordo kedua kuadratik. Penentuan kondisi optimum proses dilakukan dengan menggunakan
analisis kanonik canonical analysis dan analisa plot kontur permukaan respon. Analisis kanonik dalam metode permukaan respon adalah mentransformasikan
permukaan respon dalam bentuk kanonik. Pada analisis ini akan diperoleh titik stasioner yaitu berupa titik dari respon maksimum, titik dari respon minimun
maupun titik pelana sadle point. Plot kontur adalah suatu seri garis atau kurva yang mengidentifikasi nilai-nilai peubah uji pada respon yang konstan sehingga
plot kontur memegang peranan penting dalam mempelajari analisis permukaan respon. Pengujian model pada metode permukaan respon digunakan untuk
mengetahui ketepatan model berdasarkan atas uji penyimpangan model atau lack of fit
, R-kuad-rat koefisien determinan, uji signifikansi model dan uji asumsi residual Box et al, 1987; Box dan Draper, 1987; Gaspersz, 1995.
Kriteria utama dalam menentukan ketepatan model adalah bila uji simpangan dari model lack of fit bersifat tidak nyata secara statistik, serta model
dianggap tidak tepat apabila uji penyimpangan dari model lack of fit bersifat nyata secara statistik, meskipun kriteria yang lain cukup memuaskan.
η
2
X
1
X
2
η
1
η
3
X
3
η
4
η
5
X
4
X
5
Gambar 2.21 Permukaan respons dari fungsi respons orde kedua untuk k = 5.
42
2.6.2 Pengembangan Proses Melalui Pendekatan Sistematis Empiris Pemodelan , Simulasi, Optimasi serta Integrasi Proses
Tahapan pengembangan proses ini meliputi: 1
Menyusun model kinetika reaksi yaitu menentukan model persamaan laju reaksi r
A
proses sulfonasi lignin isolat TKKS menjadi NLS, dan menentukan tetapan laju reaksi k dan parameternya: faktor frekuensi
tumbukan A, dan energi aktivasi E, 2
Menyusun neraca massa dan neraca energi untuk mengetahui distribusi kebutuhan bahan baku, kebutuhan bahan pembantu dan simulasi
neraca massa untuk berbagai kapasitas produk NLS, 3
Menyusun persamaan biaya produksi total t
c
sebagai fungsi kapasitas produksi NLS P,
4 Melakukan optimasi untuk menentukan kapasitas optimum produksi
NLS, 5
Menentukan perkiraan harga peralatan purchased equipment cost, 6
Integrasi process engineering flow diagram PEFD proses sulfonasi lingin dengan paket program HYSYS,
7 Analisis kelayakan finansial pendirian industri NLS.
2.6.2.1 Kinetika Reaksi
