Pengaruh Total Solid Dan Total Alkali Aktif Pada Black Liqour (Lindi Hitam) Terhadap Kualitas Pulp Yang Dihasilkan Evaporator PT. Toba Pulp Lestari, Tbk Porsea
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Teori Umum Kayu
Kayu merupakan hasil hutan dari sumber kekayaan alam, merupakan
bahan mentah yang mudah di proses untuk di jadikan barang sesuai dengan
kemajuan teknologi. Kayu memiliki beberapa sifat yang tidak dapat ditiru oleh
bahan bahan lain. Pengertian kayu disini adalah sesuatu bahan yang di peroleh
dari hasil pemotongan dihutan, yang merupakan bagian dari pohon tersebut,
setelah diperhitungkan bagian-bagian mana yang lebih banyak dapat di
manfaatkan untuk suatu tujuan penggunanya.
Secara umum kayu diklasifikasikan menjadi dua kelas yaitu kayu daun
lebar dan kayu daun jarum. Kayu daun jarum lebar mempunyai struktur lebih
lengkap daripada kayu daun jarum, memiliki pori-pori atau sel-sel pembuluh.
Sedangkan kayu daun jarum tidak memiliki pori - pori atau sel trakeida, yaitu sel
yang berbentuk panjang dengan ujung-ujung yang kecil sampai meruncing. Selsel ini merupakan jaringan dasar kayu daun jarum dan merupakan bagian terbesar
dari volume kayu. Kayu daun jarum mempunyai struktur yanag lebih sederhana
dibandingkan kayu daun lebar. Pada kayu daun jarum, jumlah dan jenis selnya
lebih sedikit dan kombinasi bentuk-bentuk jaringannya juga lebih sederhana.
Yang termasuk kayu daun jarum adalah pinus, agathis (damar), dan jamuju serta
yang termasuk kayu daun lebar yaitu eucaliptus, jati, meranti, mahoni, dan
sebagainya.
Universitas Sumatera Utara
Kayu yang berasal dari berbagai jenis pohon memiliki sifat yang
berbeda - beda. Bahkan kayu yang berasal dari jenis satu pohon saja memiliki
sifat yang agak berbeda, jika dibandingkan bagian ujung dan pangkalnya. Sifat
yang dimaksud antara lain yaitu bersangkutan dengan sifat fisik, sifat mekanik
dan sifat kimianya. Disamping sekian banyak sifat - sifat kayu yang berbeda satu
sama lain, ada beberapa sifat umum yang terdapat pada semua kayu seperti
berikut :
a. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan
susunan diding selnya terdiri dari senyawa - senyawa kimia berupa
selulosa (unsur karbonat ) serta berupa lignin
b. Kayu merupakan suatu bahan yang bersifat higroskopis, yaitu dapat
kehilangan atau bertambah kelembapannya akibat perubahan kelembapan
dan suhu di udara sekitarnya.
c. Kayu dapat diserang mahluk hidup perusak kayu, dapat juga terbakar
terutama jika kayu dalam kering.
2.2.
Sifat-sifat Umum Kayu
Sifat kayu yang dimaksud antara lain sifat fisik, sifat kimia, dan sifat
mekanik.
2.2.1. Sifat Fisik Kayu
Beberapa hal yang tergolong dalam sifat fisik kayu adalah sebagai berikut
berat jenis, keawetan alami, warna , higroskopis, berat dan berat kayu.
Universitas Sumatera Utara
A. Berat Jenis
Berat jenis merupakan pentunjuk penting bagi aneka sifat kayu. Semakin
berat kayu itu , umumnya semakin kuat kayunya , semakin ringan suatu
jenis kayu itu, semakin berkurang pula kekuatannya. Berat jenis kayu
ditentukan antara lain oleh dinding sel, kecilnya dinding sel berbentuk
pori-pori berts jenis diperoleh dari perbandingan antara berat suatu volume
kayui tertentu dengan volume air yang sama pada suhu standard.
Umumnya berat berat jenis kayu ditentukan berdasarkan berat kayu
ditentukan berdasarkan berat kayu kering tanur atau kering udara dan
volume kayu pada posisi kadar air tersebut.
B. Keawetan Alami
Keawetan alami kayu adalah ketahanan kayu terhadap serangan dari
unsur - unsur perusak kayu dari luar seperti jamur, rayap, cacing laut, dan
lainnya yang diukur dalam jangka waktu tahunan. Keawetan kayu tersebut
disebabkan oleh adanya suatu zat didalam kayu (zat ekstraktif) yang
merupakan sebagian unsur racun bagi perusak-perusak kayu, sehingga
perusak tersebut tidak sampai tinggal di dalamnya dan merusak kayu
tersebut.
C. Warna
Ada beberapa macam warna kayu antara lain kuning, keputih - putihan,
coklat muda, coklat tua, kehitam - hitaman, kemerah - merahan dan
lain - lain. Hal ini disebabkan oleh pengisi warna dalam kayu yang
berbeda - beda. Warna suatu jenis kayu dapat di pengaruhi oleh beberapa
faktor - faktor berikut yaitu umur pohon, kelembapan, udara. Kayu pohon
Universitas Sumatera Utara
yang lebih tua dapat lebih gelap dari kayu pohon yang lebih muda dari
jenis yang sama. Kayu yang kering berbeda pula warnanya dari kayu yang
basah. Kayu yang lama berada di luar dapat lebih gelap, dapat juga lebih
pucat daripada kayu yang segar dan kering udara.
D. Higroskopik
Kayu memiliki sifat higroskopik, yaitu dapat menyerap atau melepaskan
air atau kelembapan. Kelembapan kayu sangat dipengaruhi oleh
kelembapan dari suhu udara pada suatu saat. Makin tinggi udara
disekitarnya maka makin tinggi pula kelembapan kayu sampai tercapai
keseimbangan dengan lingkungannya. Kandungan air pada kayu serupa ini
dinamakan dengan kandungan keseimbangan air (EMC = Equilibrium
Moisture Content). Dengan masuknya air kedalam kayu maka berat kayu
akan bertambah.
E. Tekstur
Tekstur ialah ukuran relatif sel-sel kayu. Yang dimaksud dengan ukuran
relatif serat - serat kayu
F. Serat
Bagian ini terutama menyangkut sifat kayu, yang menunjukan arah umum
sel - sel kayu didalam kayu terdapat sumbu batang asal potongan itu.
Kayu dikatakan berserat lurus, jika arah sel itu menyimpang atau
membentuk sudut terdapat sumbu panjang batang, dikatakan kayu itu
berserat mencong.
Universitas Sumatera Utara
G. Berat kayu
Berat sesuatu jenis kayu tergantung dari jumlah zat kayu yang tersusun,
rongga - rongga sel atau jumlah pori - pori, kadar air yang kandung dan
jumlah ekstraktif didalamnya. Berat suatu jenis kayu ditunjukkan dengan
besarnya berat jenis kayu yang bersangkutan, dan dipakai sebagai patokan
berat kayu.
2.2.2. Sifat Mekanik Kayu
Sifat - sifat mekanik atau kekuatan kayu ialah kemampuan kayu untuk
menahan muatan dari luar. Yang dimaksud dengan muatan dari luar
adalah
gaya - gaya di luar benda yang mempuanyai kecenderungan untuk mengubah
bentuk dan besarnya benda. Kekuatan kayu mempunyai peranan penting dalam
penggunaan kayu untuk bangunan, perkakas dan lain penggunaanya. Hakekatnya
hampir pada semua penggunaan kayu dibutuhkan syarat kekuatan. Dalam
hubungan ini dibedakan beberapa macam kekuatan yaitu kekuatan tarik, kekuatan
tekan atau kompresi, keteguhan geser, keteguhan lengkung (lentur), kekakuan,
kekerasan, dan keteguhan belah (Dumanauw,1990).
2.2.3. Sifat - Sifat Kimia Kayu
Secara kimia, kandungan bahan yang terdapat dalam kayu dibagi menjadi
5 bagian yaitu:
•
•
•
Sellulosa
Hemiselulosa
Lignin
Universitas Sumatera Utara
•
•
Ekstraktif
Abu
Komposisi dan sifat - sifat kimia dari komponen - komponen ini sangat
berperan dalam proses pembuatan pulp. Pada setiap pemasakan, kita ingin
mengambil sebanyak mungkin selulosa dan hemi selulosanya, disisi lain lignin
dan ekstraktif tidak dibutuhkan atau dipisahkan dari serat kayunya. Komposisi
kimia kayu
yang bervariasi untuk setiap spesies. Secara umum, hard wood
mengandung lebih banyak selulosa, hemiselulosa dan extractive dibanding dengan
soft wood, tetapi kandungan ligninnya lebih sedikit.
Tabel 2.1. Komposisi Typical Chemical Antara Hard Wood Dan Soft Wood
Komponen
soft woods
hard woods
Selulosa
42 ± 2%
42 ± 2%
Hemiselulosa
27 ± 2%
30 ± 5%
Lignin
27 ± 2%
20 ± 4%
Ekstractif
3 ± 2%
5 ± 3%
Adapun penjelasan dari tabel 2.1 diatas yaitu :
a. Selulosa(cellulose)
Selulosa merupakan bahan dasar pulp dan kertas dengan rumus molekul
(C6H 10O5)n dengan berat molekul 250.000 - 1.000.000 atau lebih. Umumnya tiap
molekul terdiri dari 1500 satuan glukosa, selulosa merupakan rantai panjang
polisakarida yang tersusun dari unit β-D Glukopiranosa dengan ikatan molekul
1-4 β Glukosidik dalam posisi 1-4 menyebabkan rantai selulosa sukar larut dalam
air.
Universitas Sumatera Utara
Selulosa merupakan komponen kimia terbesar di dalam dinding sel
biasanya 40-50% dari berat kering kayu dan lokasi selulosa terbesar terdapat pada
lapisan sekunder dinding sel. Selulosa merupakan komponen structural dinding
serat bersama-sama dengan selulosa dan lignin. Senyawa ini sangat diharapkan
dalam pembuatan pulp, disebabkan ketersediaan selulosa dalam jumlah banyak,
terbentuk serat yang kuat, mudah menyerap air, berwarna putih, tidak larut dalam
air dan pelarut organik netral serta relatif tahan terhadap bahan-bahan kimia.
Pembuatan pulp (bubur kertas), degradasi selulosa harus terjadi seminimal
mungkin supaya diperoleh rendemen pulp yang tinggi dan sifat fisik yang baik.
Degradasi selulosa dapat terjadi melalui hidrolisaoksida alkali, termal,
mikrobiologi, dan mekanik.
Degrasasi selulosa dapat terjadi selama proses pembuatan pulp oleh
larutan alkali dan asam. Reaksi selulosa utama merupakan reaksi feeling yaitu
pemutusan ujung pereduksi selulosa pada suhu 70oC dan pemutusan gugus asetil
secara acak diatas suhu 150OC dan pemutusan gugus asetil secara acak diatas suhu
150oC (Haygreen, 1987)
Gambar 2.1 Struktur Selulosa
Universitas Sumatera Utara
b. Hemiselulosa (Hemicellulose)
Hemiselulosa adalah polimer karbinat dengan rantai bercabang dan lebih
pendek dibandingkan dengan selulosa. Hemiselosa sebenarnya merupakan
senyawa kimia yang identik dengan fraksi beta dan gama selulosa. Hemiselulosa
merupakan pilosakarida yang bukan selulosa yang tersusun dari senyawa karbon
yang berjumlah 5 atau 6. Jika dihidrolisa hemiselulosa menghasilkan D-manosa,
D-glukosa, D-galaktosa, D- xylosa, L-arabinose, dan asam uronat.
Kandungan hemiselulosa dalam pulp akan mempermudah pelunakan dan
pembentukan fibril serat (fibrilium) selama pengilingan. Hal ini disebabkan oleh
struktur non Kristal, BM yang rendah dan rantai yang bercabang. Srtuktur non
Kristal menyebabkan hemiselulosa lebih reaktif terhadap alkali dan hidroksida
sebanding dengan selulosa (Biermann, C. J, 1996)
Gambar 2.2.Struktur Hemiselulosa
Universitas Sumatera Utara
c. Lignin
Lignin adalah suatu kompleks dengan BM tinggi (terdiri dari satuan fenil
propane). Sifat senyawa ini sangat stabil dan sulit untuk dipisahkan serta
mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Lignin terdapat dalam lamella tengah
dan dinding sel yang berfungsi sebagai perekatan sel. Pada pembuatan pulp lignin
dapat dilarutkan oleh hidrolisa asam pada proses sulfit, alkali panas pada proses
soda dan sulfat, serta oleh klorida dalam proses pemutihan.
Pulp akan mempunyai sifat fisik yang baik apabila mengandung sedikit
lignin. Hal ini disebabkan lignin bersifat hidrofobik dan kaku sehingga
menyulitkan dalam proses pendinginan (refining). Banyaknya lignin akan
mempengaruhi konsumsi bahan kimia pemasak dan pemutihan. Rumus molekul
lignin sangat kompleks dan belum diketahui secara pasti, dari hasil analisa,
monomer dari kedua jenis kayu (wood) dan bukan kayu (nonwood) berbeda-beda.
Gambar 2.3.Struktur Lignin
d. Ekstraktif
Ekstraktif adalah senyawa kimia dengan bahan molekul rendah yang dapat
larut dalam air dan pelarut organik. Pada umunya kadar ekstraktif yang
terkandung dalam bahan baku non wood lebih btinggi dari pada kayu daun dan
Universitas Sumatera Utara
kayu jarum. Zat ekstraktif terdiri dari bahan yanag mudah menguap seperti
terpentin, resin, asam lemak, fenol karbihidrat dengan berat molekul rendah dan
juga pektin. Zat ekstraktif yang larut dalam air meliputi gula, pektin,
garam - garam organik dan zat warna. Sedangkan ekstraktif yang larut dalam
pelarut organik yaitu asam lemak, resin, dan terpen. Pelarut organik yang biasa
digunakan yaitu petroleum eter, methanol, alkohol benzena, dan etanol benzene.
Ekstraktif dapat mengkonsumsi bahan kimia yang lebih banyak juga dapat
menghambat proses penetrasi larutan keemasan. Sehingga pada pembuatan kertas
akan timbul masalah yang disebut pitch trouble, hal ini disebabkan karena picth
yang dilepaskan pada waktu pengilingan akan cenderung terkumpul sebagai
partikel suspensi koloidal sehingga akan menyumbat kawat kasa pada mesin
kertas atau terkumpul pada flet serta melekat pada mesin sebagai gumpalan gelap.
Dengan adanya hal ini akan menyebabkan kertas berlubang transparan, bernoda
dan kotor. ( PT.TPL, 2003)
e. Abu
Disamping persenyawaan - persenyawaan organik, didalam kayu masih
ada zat - zat anorganik yang disebut bagian-bagian abu ( mineral pembentuk abu
yang tinggal setelah lignin dan selulosa habis terbakar). Kadar zat ini bervariasi
antara 0,2-1% dari berat kayu( Dumanauw,1990).
2.3.
Metode-Metode Pembuatan Pulp
Pemisahan serat selulosa dari bahan-bahan yang bukan serat didalam kayu
dapat dilakukan dengan berbagai macam proses yaitu:
a. Metode pembuatan pulp secara mekanik ( Mechanical Process)
Universitas Sumatera Utara
Dalam proses pembuatan pulp secara mekanik, pemisahan serat dilakukan dengan
cara menggunakn tenaga mekanik. Proses ini dilakukan dengan mengeringkan
katyunya menjadi serat pulp dan menghasilkan rendemen sebesar 90-95%, tetapi
menyebabkan kerusakan pada serat. Pengguanaan pulp yang dihasilkan pada
proses mekanik ini nilainya kecil sekali, juga pulp itu masih mengandung banyak
lignin, dan serat - seratnya tidak murni sebagai serat.
b. Metode pembuatan pulp secara semikima (Semi-Chemical Pulping)
Proses semi kimia meliputi pengolahan cara kimia yang diikuti dengan perbaikan
secara mekanik dan beroperasi pada rendemen yang tingginya dibawah proses
mekanik. Biasanya bahan kimia yang digunakan pada proses ini adalah natrium
sulfida (Na2S).
c. Metode pembuatan pulp kimia (Chemical Pulping)
Pada proses kimia bahan - bahan yang bterdapat ditengah lapisan kayu akan
dilarutkan agar serat dapat terlepas dari zat - zat yang merngikatnya. Hal yang
merugukan
pada
proses
ini
adalah
rendamen
rendah
yaitu
45-55%
( Sjostrom,1995).
Proses pulp kimia dibagi menjadi 3 kategori:
1. Proses soda ( Soda Process)
Dalam proses soda kayu dimasak dengan larutan natrium hidroksida.
Larutan sisa pemasakan dipekatkan dan kemudian dibakar, yang akan
menghasilkan natrium karbonat, dan apabila diolah dengan menambahkan batu
kapur akan menghasilkan natrium hidroksida. Nama proses soda, karena bahan
kimia yang ditambahkan kedalam prosesnya berupa sodium karbonat. Proses ini
sekarang sudah tidak dipakai lagi.
Universitas Sumatera Utara
2. Proses sulfit
Pada proses sulfit, larutan pemasak yang dipakai adalah asam-asam
yang mengandung sulfur dari logam alkali, atau alkali tanah berupa bisulfit.
Campuran asam sulfit dan ion bisulfit digunakan untuk menyerang dan
melarutkan lignin. Sulfit bersatu dengan lignin membentuk garam dari asam
lignosulfonik yang dapat larut dalam larutan pemasak dan srtuktur kimia dari
lignin masih utuh. Bahan kimia dasar dari bisulfit dapat berupa ion kalsium,
magnesium, natrium atau ammonium. Pulp sulfit rendemen tinggi dapat
dihasilkan dengan proses sulfit bersifat asam, bisulfit, atau sulfit yang bersifat
basa. Biasanya dalam pembuatan proses pulp sulfit bersifat asam rendamen tinggi
( dengan kalsium, magnesium atau natrium sebagai basa) laju reaksi turun dengan
pemasakan pada suhu rendah (120-130oC) dan dengan keasaman lindi pemasak
yang rendah, yaitu lebih sedikit belerang dioksida daripada pembuatan pulp sulfit
penuh. Pulp sulfit bersifat asam rendemen tinggi sering diproduksi dalam pabrik
sulfit kertas koran, yang menghemat kayu 30% dibandingkan dengan pulp kimia
penuh ( Fengel, 1995).
3. Proses sulfat atau Kraft (Sulphate atau Kraft Process)
Kraft berasal dari bahasa jerman yaitu berarti ‘’kuat’’, dimana pada
proses sulfat/kraft menghasilkan kertas yang kuat tetapi pulp yang belum
diputihkan berwarna coklat. Proses sulfat melibatkan pemasakan chip dengan
menggunakan bahan pemasak yang disebut dengan white liqour. Dimana white
liqour merupakan larutan pemasak yang berupa cairan dari larutan natrium
hidroksida dan natrium sulfida dengan perbandingan molar sekitar 5NaOH + 2
NaS dengan pH antara 13,5 sampai 14,0. Garam-garam natrium yang juga
Universitas Sumatera Utara
terdapat dalam larutan pemasak dengan jumlah yang tidak terlalu banyak seperti
natrium karbonat. Wihte liqour dibuat dengan proses’’ causticizing ‘’ dari ‘’ green
liqour ‘’ dengan batu kapur (CaO) (Sjastrom, 1995).
PT. Toba Pulp Lestari, Tbk memproduksi pulp dengan menggunakan
proses kraft. Proses ini merupakan pembuiatan pulp yang paling banayak dipakai
saat ini adalah proses sulfat atau disebut juga proses kraft.
Keuntungan–keuntungan dari proses sulfat ini adalah sebagai.
a. Pulp yang dihasilkan mempunyai kekuatan yang tinggi.
b. Dapat dipakai untuk proses pembuatan pulp dari bahan kayu dari
spesies yang berbeda.
c. Tersedianya bahan kimia pengganti dengan berbagai alternatif dan
harganya tidak mahal.
d. Tersedianya peralatan-peralatan opersi yang standart
e. Banyak pilihan yang dapat dipakai untuk proses pemucatan.
f. Dampak pencemarannya terhadap lingkungan bisa dikatakan sanagat
rendah.
g. Pendaur ulangan bahan kimianya sangat efisien.
h. Pendaur ulangan panas yang begitu efisien.
i. Masalah getah (pitch) dari kayu yang mengandung resin-resin sangat
berkurang.
j. Dapat dihasilkan berbagai janis pulp.
Tujuan pembuatn pulp dengan proses kraft yang menjadi target pada
proses ini adalah untuk memisahkan serat-serat yang terdapat dalam kayu secara
Universitas Sumatera Utara
kimia
dan
melarutkan
sebanyak
mungkin
lignin
yang
terdapat
pada
dinding-dinding serat. Pemisahan serat terjadi karena larutan lignin yang ada
diantara/ditengah-tengah ‘’lamela’’ yang berfungsi sebagai pengikat serat. Bahan
kimia yang terdapat pada larutan pemasak juga merembes/ terserap ke dinding
serat dan melarutkan lignin tersebut ( PT. TPL, 2002).
2.4.
Tahap-Tahap Proses Pembuatan Pulp
2.4.1. Unit Pemasakan (Digester)
Proses pemasakan kayu yang telah dibuat menjadi chip dilakukan di
digester plant. Digester adalah sebuah bejana bertekanan yang di dalamnya
serpihan kayu, yang dimasak dengan sejumlah larutan kimia diserta dengan
panasdan tekanan untuk memisahkan serat dengan cara melarutkan bagian-bagian
yang buka serat, dimana prosesnya dinamakan ‘’COOKING’’. Chip dimasak
didalam digester dengan menggunakan panas dan reaksi kimia. Bahan kimia yang
digunakan adalah caoustik soda (NaOH),
soda sulfide (Na2S), campuran ini
dinamakan white liqour. Digester mempunyai tinggi sekitar 18,6 m dengan
diameter 4,2 m dan volume 200m3. Pengoperasian digester dibagi menjadi 6
tahapan, yang dapat diuraikan secara singkat sebagai berikut :
1. Chip Filling
Chip diangkut ke digester dari tempat penyimpanan dengan
menggunakan converyor. Pengisian chip kedalam digester merupakan langkah
awal dari proses penting pada pembuatan pulp yang dihasilkan digester,
sebaliknya digester yang terlalu penuh akan mengakibatkan kesulitan pada
peredaran liqour pada saat blow. Jumlah chip dalam digester harus betul-betul
Universitas Sumatera Utara
sesuai sehingga ada cukup ruang untuk tempat liqour dan edarannya. Sebelum
pengisian chip dimulai, harus diperhatikan hal - hal berikut :
a.
Digester harus dalam keadaan kosong dan katup blownya harus
sudah tertutup.
b.
Top cover atau capping valve pada pasisi terbuka.
c.
Shuttle converyorharus tepat posisinya pada digester yang akan
chip filling.
Agar dapat dicapai keseragaman pada setiap pemasakan pada setiap
pemasakan maka harus diketahui berapa berat serpihan kayu yang dimasukkan
kedalam digester, kandungan air pada chip dan berat jenis keseluruhan kayu.
2. Liqour Filling
Pada proses BKP (bleached kraft pulp) pengisian liqour dilakukan
segera setelah pengisian chip. Larutan pemasak panas yang dimasukkan kedalam
digester didapat dari relief heat recovery system pada temperatur 120oC harus
dengan perbandingan yang sesuai sebagai mana diperlukan untuk pemasakan dan
black liqour penambah sebagai pengencer yang sesuai. Penambahan white liqour
didasarkan pada persentase bahan kimia yang dibutuhkan untuk memasak dengan
berat kering ( bone dry atau oven dry) kayu yang dimasukkan. Persentase ini juga
tergantung dari seberapa jauh kita mengurangi kandungan lignin dari dalam kayu (
degree of deligification ). Misalnya untuk memproduksi pulp BKP dibutuhkan
sekitar 17,55-21% AA (alkali aktif) sebagai Na2O. Alkali aktif yang dimasukkan
akan melarutkan komponen atau kotoran yang bukan selulosa yang ada dalam
kayu, bertambahnya jumlah alkali yang dimasukkan akan melarutkan lebih
banyak lagi komponen - komponen itu, sebaliknya berkurangnya jumlah alkkali
Universitas Sumatera Utara
yang dimasukkan akan menyebabkan kayunya tidak masak (hard cook) yang
berakibat banyaknya kayu yang akan terbuang berupa recjet atau serpihan kayu
yang hanya sebagian saja yang masak yang disebut knots.
Perlu diingat bahwa untuk penambahan alkali yang terlalu tinggi, disertai
dengan temperatur yang tinggi (170o C) maka dalam digester proses penghilangan
lignin tidak henti - hentinya, sehingga bahan kimia pemasak tadi juga akan
menyerang serat selulosa, hal ini akan berakibat rendah dan lemahnya rendemen
pemanasan. Degree of delignificatoin dapat ditunjukkan dari hasil percobaan
yang disebut bilangan kappa, yang menyatakan beberapa jumlah lignin yang
masih tersisa dalam pulp setelah pemasakan.
Kekuatan atau konsentrasi dari white liqour ( WL ) juga merupakan hal
yang sangat penting. Konsentrasi atau strength dinyatakan sebagai gram per liter
(g/L) dari alkali aktif (NaOH+ Na2S ) sebagai Na2O. Jika strength (g/l) white
liqournya rendah maka proses penghilangan lignin akan menjadi kurang baik
sehingga menghasilkan banyak
liqournya tinggi
reject, sebaliknya apabila strength white
maka serat selulosa juga akan terserang dan rusak yanag
berakibat pada rendahnya strength dan rendemen pada pulp.
Untuk menjaga berlangsungnya peredaran liqour dalam digester dan
blowing yang bersih, perlu diperhitungkan jumlah perbandingan antara liqour dan
kayu yang sering disebut batch ratio. Rasionya berkisar 4,5 : 1, merupakan
perbandingan terhadap kayu kering yang dimasukkann kedalam digester, sehingga
diperlakukan liqour sebnayak 168,75 m3 jumlah black liqour sebagai
penambahannya.
Universitas Sumatera Utara
3. Kraft Ramping
Setelah pengisian larutan pemasak, sejumlah volume white liqour dan
black liqour yanag telah dihitunga banyaknya dipompa ke digester dan diedarkan
memlalui alat penukar panas dimana uapnya yanag berasal dari boyler dipakai
sebagai pemanasnya. Larutan pemasak dengan temperatur 110o C akan dipanaskan
dengan menggunakan MPS ( Medium Preasure Steam ) dimana cairan pemasak
tersebut akan disirkulasikan memlalui liqour heater ( Indirect Cooking ) hingga
tercapai temperatur cooking.
4. Kraft Cooking
Proses pemasakan secara kraft cooking dilaksanakan
setelah
penambahan liqour dan black liqour kedalam chip. Digester yang berisi chip dan
larutan pemasak hingga temperatur 170oC dan tekanannya mencapai 7 kg/cm2.
Pada temperatur dan tekanan ini, chip dimasak dengan alkali untuk periode waktu
tertentu.
Kualitas pulp, jika chip dimasak dalam jangka waktu yang terlalu lama,
maka akan dihasilkan pulp dengan kualitas rendah dengan rendemen yang rendah
170o C dan temperatur ini harus dikontrol secara seksama. Temperatur dibawah
170oC tidak berpengaruh apa-apa terhadap kulaitas rendemennya, tetapi diatas
180oC akan terjadi pemutusan rantai dari serat-serat selulosa, dan pada temperatur
200oC akan sangat jelas pengaruhnya, jadi temperatur yang diinginkan pada
pemasakan adalah 170 oC .
Pada proses kraft cooking ini, untuk memperoleh hasil pulp yang baik,
maka proses pemasakan juga harus baik. Untuk itu pada proses pemasakan ini
harus mencapai H-factor yaitu perbandingan antara waktu dan temperatur
Universitas Sumatera Utara
pemasakn. Pada proses ini, dibutuhkan waktu sekitar 100 menit dengan
temperatur dan waktu tersebut maka chip tersebut telah masak.
5. Kraft Relief
Setelah chip - chip di dalam digester masak, maka tekanan di dalam
digester akan naik, untuk itu dibutuhkan proses kraft relief untuk mengurangi
tekanan di dalam digester selama kira-kira 2-5 menit sampai tekanan di dalam
digester turun menjadi kira-kira 6 kg/cm2.
6. Blowing
Tujuan
utama
pada
pengoperasian
blowing
adalah
untuk
mengeluarkan atau blow sesuai isi digester kedalam blow tank. Waktu yang
diperlakukan pada saat blowing adalah sekitar 15 menit. Tipe blow tank yang
dipakai adalah sama dengan jenis digester plant dengan volume 600 m3, diameter
8250 mm, tinggi 21.000 mm ( PT.TPL, 2002).
2.4.2. Pencucian (Washing)
Pulp yang berasal dari blow tank di pompakan melewati unit pemisahan
mata kayu yang disebut dengan preasure knotter kemudian
menuju
unit
pencucian tiga tahap, kemudian dikirim ke unit penyaringan (screening ) dan
sesudah itu dikirim ketahap pencucian tahap keempat. Bubur kertas coklat setelah
melalui unit pencucian tahap yang keempat disimpan dalam high destity
unbleached strorage tower dengan konsistensi 12%.
Tujuan dari proses ini adalah untuk memisahkan kandungan lignin yang
masih tersisa setelah proses pemasakan pada digester sebelum dilanjutkan proses
pemutihan (bleaching).
Universitas Sumatera Utara
2.4.3. Pemutihan ( Bleaching)
Warna pada pulp yang belum diputihkan umumnya di sebabkan oleh
lignin yang tersisa. Penghilangan lignin dapat lebih banyak pada proses
pemasakan, tetapi akan mengurangi hasil yang banyak sekali dan merusak serat,
jadi menghasilkan kualitas pulp yang rendah.
Tujuan utama proses pemutihan secara umum dapat diringkaskan sebagai
berikut :
1. Memperbaiki brightness
2. Memperbaiki kemurnian
3. Degradasi serat selulosa seminimum mungkin (Suhunan, 2003)
2.4.4. Pulp Machine
Pulp machine adalah bagian terpenting dari operasi pabrik pulp yang mana
fungsi utamanya adalah mengambil air sebanyak mungkin tanpa merusak
lembaran pulp.
Pulp machine menghasilkan kekuatan lembaran yang maksimum dan yang
selanjutnya diproses kedalam bentuk bal-bal untuk dikirim ke konsumen. Setelah
dari unit bleaching dikirim ke pulp machine untuk dikeringkan menjadi lembaran
pulp.Proses di pulp machine antara lain yaitu:
1. Bleach screening yaitu pembersihan pulp dari kotoran.
2. Forming section yaitu membentuk lembaran pulp diatas fourdrinier
wire.
3. Press section, memadatkan lembaran pulp dengan cara di press.
4. Dryer section, pengeringan lembaran pulp sampai 10% kandungan air.
Universitas Sumatera Utara
5. Cutter & Layboy proses pemotongan lembaran pulp dengan ukuran
tertentu.
6. Baling ball, penataan lembaran pulp menjadi bale dan unit setelah
lembaran pulp dinbungkus dan diikat dengan kawat selanjutnya siap
untuk dikirim ke pelanggan ( PT.TPL, 2002).
2.5.
Larutan Pemasak
2.5.1. White Liquor ( Lindi Putih)
Lindi putih yaitu cairan pemasak terutama yang mengandung larutan encer
yaitu Natrium Hidroksida (NaOH) dan Natrium Sulfida (Na2S) dan mempunyai
pH sekitar 13,5 -14,0. Garam (sodium salt) lain yang biasanya ada pada lindi putih
adalah Natrium Sulfat, Natrium Sulfit, Natrium Karbonat dan Natrium Thiosulfat.
Hanya bahan kimia aktif yang dapat bereaksi selama pulping wood
(proses pembuatan pulp ), tetapi mode ini disebut “proses sulfat” karena garam
(salt) tersebut digunakan sebagai make-up (bahan tambahan) chemical untuk
menggantikan bahan kimia yang hilang. Untuk proses selanjutnya lindi putih
diperoleh dari caustizing dari lindi hijau dengan quik lime ( CaO ).
Lindi putih merupakan suatu larutan encer sodium hidroksida ( NaOH )
dan Sodium Sulfida (Na2S), dan juga mengandung bahan kimia yang tidak aktif
( dead ) antara lain yaitu Na2CO3, Na2SO4, Na2SO3, Na2S2O3.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2.Komposisi Lindi Putih
Bahan Kimia
Range Konsentrasi
( gr/L)
81-110
NaOH
30- 40
Na2S
11- 44
Na2CO3
2.0-6,9
Na2SO3
4,4-7,8
Na2SO4
4,0-8,9
Na2S2O3
2.5.2. Black Liqour ( Lindi Hitam)
Lindi hitam adalah sisa larutan atau cairan yang diperoleh setelah
pemasakan chip. Warna tetap hitam meskipun ada reaksi kimia dengan chip.
Bahan kimia ini pada awalnya digunakan untuk menambah lignin dan kayu padat
(solid wood) yang lain disebut dissolve dalam black liquor tersebut. Sisa alkali
aktif dari lindi hitam direaksikan antara natrium hidroksida dan sodium sulfid.
Lindi hitam merupakan campuran yang sangat kompleks, yang mengandung
sejumlah dengan srtuktur dan susunan yang berbeda.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3. Distribusi Bahan Organik Dalam Black Liquor
Bagian Komponen
Kandungan
( % Padatan Kering )
46
Lignin
30
AsamHidroksi
8
Asam Format
5
AsamAsetat
7
Ekstraktif
Cairan pemasak (liquor) ditambahkan keserpihan kayu setelah presteaming
dimana kemudian impregnasi dimulai. Pada saat pemasakan, jika yang digunakan
sebagai cairan pemasak hanya lindi putih, maka lindi putih tidak cukup menutupi
seluruh permukaan serpihan kayu, sehingga perlu ditambahkan lindi hitam.
Perbandingan antara jumlah cairan pemasak terhadap serpihan kayu yang
dibutuhkan disebut batch ratio yaitu 3,9 : 1 artinya tiap 1 ton boundry chip yang
dimasak diperlukan cairan 3,9 m3. Kandungan air dalam serpihan kayu termasuk
total cairan pemasak.
Berikut ini adalah keutungan-keuntungan dari rendahnya perbandingan
cairan pemasak terhadap kayu antara lain yaitu :
•
Produktifitas tinggi, disebabkan pengisian serpihan kayu kedalam bejana
pemasak ( serpihan kayu yang mampu dimasak )
•
Biaya yang diperlukan untuk pemanasan cairan pemasak rendah
Universitas Sumatera Utara
•
Biaya yang diperlukan untuk evaporasi, cairan pemasak terhadap serpihan
kayu (liquor to wood ratio) dalam pabrik biasanya berkisar antara 3- 5.
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Teori Umum Kayu
Kayu merupakan hasil hutan dari sumber kekayaan alam, merupakan
bahan mentah yang mudah di proses untuk di jadikan barang sesuai dengan
kemajuan teknologi. Kayu memiliki beberapa sifat yang tidak dapat ditiru oleh
bahan bahan lain. Pengertian kayu disini adalah sesuatu bahan yang di peroleh
dari hasil pemotongan dihutan, yang merupakan bagian dari pohon tersebut,
setelah diperhitungkan bagian-bagian mana yang lebih banyak dapat di
manfaatkan untuk suatu tujuan penggunanya.
Secara umum kayu diklasifikasikan menjadi dua kelas yaitu kayu daun
lebar dan kayu daun jarum. Kayu daun jarum lebar mempunyai struktur lebih
lengkap daripada kayu daun jarum, memiliki pori-pori atau sel-sel pembuluh.
Sedangkan kayu daun jarum tidak memiliki pori - pori atau sel trakeida, yaitu sel
yang berbentuk panjang dengan ujung-ujung yang kecil sampai meruncing. Selsel ini merupakan jaringan dasar kayu daun jarum dan merupakan bagian terbesar
dari volume kayu. Kayu daun jarum mempunyai struktur yanag lebih sederhana
dibandingkan kayu daun lebar. Pada kayu daun jarum, jumlah dan jenis selnya
lebih sedikit dan kombinasi bentuk-bentuk jaringannya juga lebih sederhana.
Yang termasuk kayu daun jarum adalah pinus, agathis (damar), dan jamuju serta
yang termasuk kayu daun lebar yaitu eucaliptus, jati, meranti, mahoni, dan
sebagainya.
Universitas Sumatera Utara
Kayu yang berasal dari berbagai jenis pohon memiliki sifat yang
berbeda - beda. Bahkan kayu yang berasal dari jenis satu pohon saja memiliki
sifat yang agak berbeda, jika dibandingkan bagian ujung dan pangkalnya. Sifat
yang dimaksud antara lain yaitu bersangkutan dengan sifat fisik, sifat mekanik
dan sifat kimianya. Disamping sekian banyak sifat - sifat kayu yang berbeda satu
sama lain, ada beberapa sifat umum yang terdapat pada semua kayu seperti
berikut :
a. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan
susunan diding selnya terdiri dari senyawa - senyawa kimia berupa
selulosa (unsur karbonat ) serta berupa lignin
b. Kayu merupakan suatu bahan yang bersifat higroskopis, yaitu dapat
kehilangan atau bertambah kelembapannya akibat perubahan kelembapan
dan suhu di udara sekitarnya.
c. Kayu dapat diserang mahluk hidup perusak kayu, dapat juga terbakar
terutama jika kayu dalam kering.
2.2.
Sifat-sifat Umum Kayu
Sifat kayu yang dimaksud antara lain sifat fisik, sifat kimia, dan sifat
mekanik.
2.2.1. Sifat Fisik Kayu
Beberapa hal yang tergolong dalam sifat fisik kayu adalah sebagai berikut
berat jenis, keawetan alami, warna , higroskopis, berat dan berat kayu.
Universitas Sumatera Utara
A. Berat Jenis
Berat jenis merupakan pentunjuk penting bagi aneka sifat kayu. Semakin
berat kayu itu , umumnya semakin kuat kayunya , semakin ringan suatu
jenis kayu itu, semakin berkurang pula kekuatannya. Berat jenis kayu
ditentukan antara lain oleh dinding sel, kecilnya dinding sel berbentuk
pori-pori berts jenis diperoleh dari perbandingan antara berat suatu volume
kayui tertentu dengan volume air yang sama pada suhu standard.
Umumnya berat berat jenis kayu ditentukan berdasarkan berat kayu
ditentukan berdasarkan berat kayu kering tanur atau kering udara dan
volume kayu pada posisi kadar air tersebut.
B. Keawetan Alami
Keawetan alami kayu adalah ketahanan kayu terhadap serangan dari
unsur - unsur perusak kayu dari luar seperti jamur, rayap, cacing laut, dan
lainnya yang diukur dalam jangka waktu tahunan. Keawetan kayu tersebut
disebabkan oleh adanya suatu zat didalam kayu (zat ekstraktif) yang
merupakan sebagian unsur racun bagi perusak-perusak kayu, sehingga
perusak tersebut tidak sampai tinggal di dalamnya dan merusak kayu
tersebut.
C. Warna
Ada beberapa macam warna kayu antara lain kuning, keputih - putihan,
coklat muda, coklat tua, kehitam - hitaman, kemerah - merahan dan
lain - lain. Hal ini disebabkan oleh pengisi warna dalam kayu yang
berbeda - beda. Warna suatu jenis kayu dapat di pengaruhi oleh beberapa
faktor - faktor berikut yaitu umur pohon, kelembapan, udara. Kayu pohon
Universitas Sumatera Utara
yang lebih tua dapat lebih gelap dari kayu pohon yang lebih muda dari
jenis yang sama. Kayu yang kering berbeda pula warnanya dari kayu yang
basah. Kayu yang lama berada di luar dapat lebih gelap, dapat juga lebih
pucat daripada kayu yang segar dan kering udara.
D. Higroskopik
Kayu memiliki sifat higroskopik, yaitu dapat menyerap atau melepaskan
air atau kelembapan. Kelembapan kayu sangat dipengaruhi oleh
kelembapan dari suhu udara pada suatu saat. Makin tinggi udara
disekitarnya maka makin tinggi pula kelembapan kayu sampai tercapai
keseimbangan dengan lingkungannya. Kandungan air pada kayu serupa ini
dinamakan dengan kandungan keseimbangan air (EMC = Equilibrium
Moisture Content). Dengan masuknya air kedalam kayu maka berat kayu
akan bertambah.
E. Tekstur
Tekstur ialah ukuran relatif sel-sel kayu. Yang dimaksud dengan ukuran
relatif serat - serat kayu
F. Serat
Bagian ini terutama menyangkut sifat kayu, yang menunjukan arah umum
sel - sel kayu didalam kayu terdapat sumbu batang asal potongan itu.
Kayu dikatakan berserat lurus, jika arah sel itu menyimpang atau
membentuk sudut terdapat sumbu panjang batang, dikatakan kayu itu
berserat mencong.
Universitas Sumatera Utara
G. Berat kayu
Berat sesuatu jenis kayu tergantung dari jumlah zat kayu yang tersusun,
rongga - rongga sel atau jumlah pori - pori, kadar air yang kandung dan
jumlah ekstraktif didalamnya. Berat suatu jenis kayu ditunjukkan dengan
besarnya berat jenis kayu yang bersangkutan, dan dipakai sebagai patokan
berat kayu.
2.2.2. Sifat Mekanik Kayu
Sifat - sifat mekanik atau kekuatan kayu ialah kemampuan kayu untuk
menahan muatan dari luar. Yang dimaksud dengan muatan dari luar
adalah
gaya - gaya di luar benda yang mempuanyai kecenderungan untuk mengubah
bentuk dan besarnya benda. Kekuatan kayu mempunyai peranan penting dalam
penggunaan kayu untuk bangunan, perkakas dan lain penggunaanya. Hakekatnya
hampir pada semua penggunaan kayu dibutuhkan syarat kekuatan. Dalam
hubungan ini dibedakan beberapa macam kekuatan yaitu kekuatan tarik, kekuatan
tekan atau kompresi, keteguhan geser, keteguhan lengkung (lentur), kekakuan,
kekerasan, dan keteguhan belah (Dumanauw,1990).
2.2.3. Sifat - Sifat Kimia Kayu
Secara kimia, kandungan bahan yang terdapat dalam kayu dibagi menjadi
5 bagian yaitu:
•
•
•
Sellulosa
Hemiselulosa
Lignin
Universitas Sumatera Utara
•
•
Ekstraktif
Abu
Komposisi dan sifat - sifat kimia dari komponen - komponen ini sangat
berperan dalam proses pembuatan pulp. Pada setiap pemasakan, kita ingin
mengambil sebanyak mungkin selulosa dan hemi selulosanya, disisi lain lignin
dan ekstraktif tidak dibutuhkan atau dipisahkan dari serat kayunya. Komposisi
kimia kayu
yang bervariasi untuk setiap spesies. Secara umum, hard wood
mengandung lebih banyak selulosa, hemiselulosa dan extractive dibanding dengan
soft wood, tetapi kandungan ligninnya lebih sedikit.
Tabel 2.1. Komposisi Typical Chemical Antara Hard Wood Dan Soft Wood
Komponen
soft woods
hard woods
Selulosa
42 ± 2%
42 ± 2%
Hemiselulosa
27 ± 2%
30 ± 5%
Lignin
27 ± 2%
20 ± 4%
Ekstractif
3 ± 2%
5 ± 3%
Adapun penjelasan dari tabel 2.1 diatas yaitu :
a. Selulosa(cellulose)
Selulosa merupakan bahan dasar pulp dan kertas dengan rumus molekul
(C6H 10O5)n dengan berat molekul 250.000 - 1.000.000 atau lebih. Umumnya tiap
molekul terdiri dari 1500 satuan glukosa, selulosa merupakan rantai panjang
polisakarida yang tersusun dari unit β-D Glukopiranosa dengan ikatan molekul
1-4 β Glukosidik dalam posisi 1-4 menyebabkan rantai selulosa sukar larut dalam
air.
Universitas Sumatera Utara
Selulosa merupakan komponen kimia terbesar di dalam dinding sel
biasanya 40-50% dari berat kering kayu dan lokasi selulosa terbesar terdapat pada
lapisan sekunder dinding sel. Selulosa merupakan komponen structural dinding
serat bersama-sama dengan selulosa dan lignin. Senyawa ini sangat diharapkan
dalam pembuatan pulp, disebabkan ketersediaan selulosa dalam jumlah banyak,
terbentuk serat yang kuat, mudah menyerap air, berwarna putih, tidak larut dalam
air dan pelarut organik netral serta relatif tahan terhadap bahan-bahan kimia.
Pembuatan pulp (bubur kertas), degradasi selulosa harus terjadi seminimal
mungkin supaya diperoleh rendemen pulp yang tinggi dan sifat fisik yang baik.
Degradasi selulosa dapat terjadi melalui hidrolisaoksida alkali, termal,
mikrobiologi, dan mekanik.
Degrasasi selulosa dapat terjadi selama proses pembuatan pulp oleh
larutan alkali dan asam. Reaksi selulosa utama merupakan reaksi feeling yaitu
pemutusan ujung pereduksi selulosa pada suhu 70oC dan pemutusan gugus asetil
secara acak diatas suhu 150OC dan pemutusan gugus asetil secara acak diatas suhu
150oC (Haygreen, 1987)
Gambar 2.1 Struktur Selulosa
Universitas Sumatera Utara
b. Hemiselulosa (Hemicellulose)
Hemiselulosa adalah polimer karbinat dengan rantai bercabang dan lebih
pendek dibandingkan dengan selulosa. Hemiselosa sebenarnya merupakan
senyawa kimia yang identik dengan fraksi beta dan gama selulosa. Hemiselulosa
merupakan pilosakarida yang bukan selulosa yang tersusun dari senyawa karbon
yang berjumlah 5 atau 6. Jika dihidrolisa hemiselulosa menghasilkan D-manosa,
D-glukosa, D-galaktosa, D- xylosa, L-arabinose, dan asam uronat.
Kandungan hemiselulosa dalam pulp akan mempermudah pelunakan dan
pembentukan fibril serat (fibrilium) selama pengilingan. Hal ini disebabkan oleh
struktur non Kristal, BM yang rendah dan rantai yang bercabang. Srtuktur non
Kristal menyebabkan hemiselulosa lebih reaktif terhadap alkali dan hidroksida
sebanding dengan selulosa (Biermann, C. J, 1996)
Gambar 2.2.Struktur Hemiselulosa
Universitas Sumatera Utara
c. Lignin
Lignin adalah suatu kompleks dengan BM tinggi (terdiri dari satuan fenil
propane). Sifat senyawa ini sangat stabil dan sulit untuk dipisahkan serta
mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Lignin terdapat dalam lamella tengah
dan dinding sel yang berfungsi sebagai perekatan sel. Pada pembuatan pulp lignin
dapat dilarutkan oleh hidrolisa asam pada proses sulfit, alkali panas pada proses
soda dan sulfat, serta oleh klorida dalam proses pemutihan.
Pulp akan mempunyai sifat fisik yang baik apabila mengandung sedikit
lignin. Hal ini disebabkan lignin bersifat hidrofobik dan kaku sehingga
menyulitkan dalam proses pendinginan (refining). Banyaknya lignin akan
mempengaruhi konsumsi bahan kimia pemasak dan pemutihan. Rumus molekul
lignin sangat kompleks dan belum diketahui secara pasti, dari hasil analisa,
monomer dari kedua jenis kayu (wood) dan bukan kayu (nonwood) berbeda-beda.
Gambar 2.3.Struktur Lignin
d. Ekstraktif
Ekstraktif adalah senyawa kimia dengan bahan molekul rendah yang dapat
larut dalam air dan pelarut organik. Pada umunya kadar ekstraktif yang
terkandung dalam bahan baku non wood lebih btinggi dari pada kayu daun dan
Universitas Sumatera Utara
kayu jarum. Zat ekstraktif terdiri dari bahan yanag mudah menguap seperti
terpentin, resin, asam lemak, fenol karbihidrat dengan berat molekul rendah dan
juga pektin. Zat ekstraktif yang larut dalam air meliputi gula, pektin,
garam - garam organik dan zat warna. Sedangkan ekstraktif yang larut dalam
pelarut organik yaitu asam lemak, resin, dan terpen. Pelarut organik yang biasa
digunakan yaitu petroleum eter, methanol, alkohol benzena, dan etanol benzene.
Ekstraktif dapat mengkonsumsi bahan kimia yang lebih banyak juga dapat
menghambat proses penetrasi larutan keemasan. Sehingga pada pembuatan kertas
akan timbul masalah yang disebut pitch trouble, hal ini disebabkan karena picth
yang dilepaskan pada waktu pengilingan akan cenderung terkumpul sebagai
partikel suspensi koloidal sehingga akan menyumbat kawat kasa pada mesin
kertas atau terkumpul pada flet serta melekat pada mesin sebagai gumpalan gelap.
Dengan adanya hal ini akan menyebabkan kertas berlubang transparan, bernoda
dan kotor. ( PT.TPL, 2003)
e. Abu
Disamping persenyawaan - persenyawaan organik, didalam kayu masih
ada zat - zat anorganik yang disebut bagian-bagian abu ( mineral pembentuk abu
yang tinggal setelah lignin dan selulosa habis terbakar). Kadar zat ini bervariasi
antara 0,2-1% dari berat kayu( Dumanauw,1990).
2.3.
Metode-Metode Pembuatan Pulp
Pemisahan serat selulosa dari bahan-bahan yang bukan serat didalam kayu
dapat dilakukan dengan berbagai macam proses yaitu:
a. Metode pembuatan pulp secara mekanik ( Mechanical Process)
Universitas Sumatera Utara
Dalam proses pembuatan pulp secara mekanik, pemisahan serat dilakukan dengan
cara menggunakn tenaga mekanik. Proses ini dilakukan dengan mengeringkan
katyunya menjadi serat pulp dan menghasilkan rendemen sebesar 90-95%, tetapi
menyebabkan kerusakan pada serat. Pengguanaan pulp yang dihasilkan pada
proses mekanik ini nilainya kecil sekali, juga pulp itu masih mengandung banyak
lignin, dan serat - seratnya tidak murni sebagai serat.
b. Metode pembuatan pulp secara semikima (Semi-Chemical Pulping)
Proses semi kimia meliputi pengolahan cara kimia yang diikuti dengan perbaikan
secara mekanik dan beroperasi pada rendemen yang tingginya dibawah proses
mekanik. Biasanya bahan kimia yang digunakan pada proses ini adalah natrium
sulfida (Na2S).
c. Metode pembuatan pulp kimia (Chemical Pulping)
Pada proses kimia bahan - bahan yang bterdapat ditengah lapisan kayu akan
dilarutkan agar serat dapat terlepas dari zat - zat yang merngikatnya. Hal yang
merugukan
pada
proses
ini
adalah
rendamen
rendah
yaitu
45-55%
( Sjostrom,1995).
Proses pulp kimia dibagi menjadi 3 kategori:
1. Proses soda ( Soda Process)
Dalam proses soda kayu dimasak dengan larutan natrium hidroksida.
Larutan sisa pemasakan dipekatkan dan kemudian dibakar, yang akan
menghasilkan natrium karbonat, dan apabila diolah dengan menambahkan batu
kapur akan menghasilkan natrium hidroksida. Nama proses soda, karena bahan
kimia yang ditambahkan kedalam prosesnya berupa sodium karbonat. Proses ini
sekarang sudah tidak dipakai lagi.
Universitas Sumatera Utara
2. Proses sulfit
Pada proses sulfit, larutan pemasak yang dipakai adalah asam-asam
yang mengandung sulfur dari logam alkali, atau alkali tanah berupa bisulfit.
Campuran asam sulfit dan ion bisulfit digunakan untuk menyerang dan
melarutkan lignin. Sulfit bersatu dengan lignin membentuk garam dari asam
lignosulfonik yang dapat larut dalam larutan pemasak dan srtuktur kimia dari
lignin masih utuh. Bahan kimia dasar dari bisulfit dapat berupa ion kalsium,
magnesium, natrium atau ammonium. Pulp sulfit rendemen tinggi dapat
dihasilkan dengan proses sulfit bersifat asam, bisulfit, atau sulfit yang bersifat
basa. Biasanya dalam pembuatan proses pulp sulfit bersifat asam rendamen tinggi
( dengan kalsium, magnesium atau natrium sebagai basa) laju reaksi turun dengan
pemasakan pada suhu rendah (120-130oC) dan dengan keasaman lindi pemasak
yang rendah, yaitu lebih sedikit belerang dioksida daripada pembuatan pulp sulfit
penuh. Pulp sulfit bersifat asam rendemen tinggi sering diproduksi dalam pabrik
sulfit kertas koran, yang menghemat kayu 30% dibandingkan dengan pulp kimia
penuh ( Fengel, 1995).
3. Proses sulfat atau Kraft (Sulphate atau Kraft Process)
Kraft berasal dari bahasa jerman yaitu berarti ‘’kuat’’, dimana pada
proses sulfat/kraft menghasilkan kertas yang kuat tetapi pulp yang belum
diputihkan berwarna coklat. Proses sulfat melibatkan pemasakan chip dengan
menggunakan bahan pemasak yang disebut dengan white liqour. Dimana white
liqour merupakan larutan pemasak yang berupa cairan dari larutan natrium
hidroksida dan natrium sulfida dengan perbandingan molar sekitar 5NaOH + 2
NaS dengan pH antara 13,5 sampai 14,0. Garam-garam natrium yang juga
Universitas Sumatera Utara
terdapat dalam larutan pemasak dengan jumlah yang tidak terlalu banyak seperti
natrium karbonat. Wihte liqour dibuat dengan proses’’ causticizing ‘’ dari ‘’ green
liqour ‘’ dengan batu kapur (CaO) (Sjastrom, 1995).
PT. Toba Pulp Lestari, Tbk memproduksi pulp dengan menggunakan
proses kraft. Proses ini merupakan pembuiatan pulp yang paling banayak dipakai
saat ini adalah proses sulfat atau disebut juga proses kraft.
Keuntungan–keuntungan dari proses sulfat ini adalah sebagai.
a. Pulp yang dihasilkan mempunyai kekuatan yang tinggi.
b. Dapat dipakai untuk proses pembuatan pulp dari bahan kayu dari
spesies yang berbeda.
c. Tersedianya bahan kimia pengganti dengan berbagai alternatif dan
harganya tidak mahal.
d. Tersedianya peralatan-peralatan opersi yang standart
e. Banyak pilihan yang dapat dipakai untuk proses pemucatan.
f. Dampak pencemarannya terhadap lingkungan bisa dikatakan sanagat
rendah.
g. Pendaur ulangan bahan kimianya sangat efisien.
h. Pendaur ulangan panas yang begitu efisien.
i. Masalah getah (pitch) dari kayu yang mengandung resin-resin sangat
berkurang.
j. Dapat dihasilkan berbagai janis pulp.
Tujuan pembuatn pulp dengan proses kraft yang menjadi target pada
proses ini adalah untuk memisahkan serat-serat yang terdapat dalam kayu secara
Universitas Sumatera Utara
kimia
dan
melarutkan
sebanyak
mungkin
lignin
yang
terdapat
pada
dinding-dinding serat. Pemisahan serat terjadi karena larutan lignin yang ada
diantara/ditengah-tengah ‘’lamela’’ yang berfungsi sebagai pengikat serat. Bahan
kimia yang terdapat pada larutan pemasak juga merembes/ terserap ke dinding
serat dan melarutkan lignin tersebut ( PT. TPL, 2002).
2.4.
Tahap-Tahap Proses Pembuatan Pulp
2.4.1. Unit Pemasakan (Digester)
Proses pemasakan kayu yang telah dibuat menjadi chip dilakukan di
digester plant. Digester adalah sebuah bejana bertekanan yang di dalamnya
serpihan kayu, yang dimasak dengan sejumlah larutan kimia diserta dengan
panasdan tekanan untuk memisahkan serat dengan cara melarutkan bagian-bagian
yang buka serat, dimana prosesnya dinamakan ‘’COOKING’’. Chip dimasak
didalam digester dengan menggunakan panas dan reaksi kimia. Bahan kimia yang
digunakan adalah caoustik soda (NaOH),
soda sulfide (Na2S), campuran ini
dinamakan white liqour. Digester mempunyai tinggi sekitar 18,6 m dengan
diameter 4,2 m dan volume 200m3. Pengoperasian digester dibagi menjadi 6
tahapan, yang dapat diuraikan secara singkat sebagai berikut :
1. Chip Filling
Chip diangkut ke digester dari tempat penyimpanan dengan
menggunakan converyor. Pengisian chip kedalam digester merupakan langkah
awal dari proses penting pada pembuatan pulp yang dihasilkan digester,
sebaliknya digester yang terlalu penuh akan mengakibatkan kesulitan pada
peredaran liqour pada saat blow. Jumlah chip dalam digester harus betul-betul
Universitas Sumatera Utara
sesuai sehingga ada cukup ruang untuk tempat liqour dan edarannya. Sebelum
pengisian chip dimulai, harus diperhatikan hal - hal berikut :
a.
Digester harus dalam keadaan kosong dan katup blownya harus
sudah tertutup.
b.
Top cover atau capping valve pada pasisi terbuka.
c.
Shuttle converyorharus tepat posisinya pada digester yang akan
chip filling.
Agar dapat dicapai keseragaman pada setiap pemasakan pada setiap
pemasakan maka harus diketahui berapa berat serpihan kayu yang dimasukkan
kedalam digester, kandungan air pada chip dan berat jenis keseluruhan kayu.
2. Liqour Filling
Pada proses BKP (bleached kraft pulp) pengisian liqour dilakukan
segera setelah pengisian chip. Larutan pemasak panas yang dimasukkan kedalam
digester didapat dari relief heat recovery system pada temperatur 120oC harus
dengan perbandingan yang sesuai sebagai mana diperlukan untuk pemasakan dan
black liqour penambah sebagai pengencer yang sesuai. Penambahan white liqour
didasarkan pada persentase bahan kimia yang dibutuhkan untuk memasak dengan
berat kering ( bone dry atau oven dry) kayu yang dimasukkan. Persentase ini juga
tergantung dari seberapa jauh kita mengurangi kandungan lignin dari dalam kayu (
degree of deligification ). Misalnya untuk memproduksi pulp BKP dibutuhkan
sekitar 17,55-21% AA (alkali aktif) sebagai Na2O. Alkali aktif yang dimasukkan
akan melarutkan komponen atau kotoran yang bukan selulosa yang ada dalam
kayu, bertambahnya jumlah alkali yang dimasukkan akan melarutkan lebih
banyak lagi komponen - komponen itu, sebaliknya berkurangnya jumlah alkkali
Universitas Sumatera Utara
yang dimasukkan akan menyebabkan kayunya tidak masak (hard cook) yang
berakibat banyaknya kayu yang akan terbuang berupa recjet atau serpihan kayu
yang hanya sebagian saja yang masak yang disebut knots.
Perlu diingat bahwa untuk penambahan alkali yang terlalu tinggi, disertai
dengan temperatur yang tinggi (170o C) maka dalam digester proses penghilangan
lignin tidak henti - hentinya, sehingga bahan kimia pemasak tadi juga akan
menyerang serat selulosa, hal ini akan berakibat rendah dan lemahnya rendemen
pemanasan. Degree of delignificatoin dapat ditunjukkan dari hasil percobaan
yang disebut bilangan kappa, yang menyatakan beberapa jumlah lignin yang
masih tersisa dalam pulp setelah pemasakan.
Kekuatan atau konsentrasi dari white liqour ( WL ) juga merupakan hal
yang sangat penting. Konsentrasi atau strength dinyatakan sebagai gram per liter
(g/L) dari alkali aktif (NaOH+ Na2S ) sebagai Na2O. Jika strength (g/l) white
liqournya rendah maka proses penghilangan lignin akan menjadi kurang baik
sehingga menghasilkan banyak
liqournya tinggi
reject, sebaliknya apabila strength white
maka serat selulosa juga akan terserang dan rusak yanag
berakibat pada rendahnya strength dan rendemen pada pulp.
Untuk menjaga berlangsungnya peredaran liqour dalam digester dan
blowing yang bersih, perlu diperhitungkan jumlah perbandingan antara liqour dan
kayu yang sering disebut batch ratio. Rasionya berkisar 4,5 : 1, merupakan
perbandingan terhadap kayu kering yang dimasukkann kedalam digester, sehingga
diperlakukan liqour sebnayak 168,75 m3 jumlah black liqour sebagai
penambahannya.
Universitas Sumatera Utara
3. Kraft Ramping
Setelah pengisian larutan pemasak, sejumlah volume white liqour dan
black liqour yanag telah dihitunga banyaknya dipompa ke digester dan diedarkan
memlalui alat penukar panas dimana uapnya yanag berasal dari boyler dipakai
sebagai pemanasnya. Larutan pemasak dengan temperatur 110o C akan dipanaskan
dengan menggunakan MPS ( Medium Preasure Steam ) dimana cairan pemasak
tersebut akan disirkulasikan memlalui liqour heater ( Indirect Cooking ) hingga
tercapai temperatur cooking.
4. Kraft Cooking
Proses pemasakan secara kraft cooking dilaksanakan
setelah
penambahan liqour dan black liqour kedalam chip. Digester yang berisi chip dan
larutan pemasak hingga temperatur 170oC dan tekanannya mencapai 7 kg/cm2.
Pada temperatur dan tekanan ini, chip dimasak dengan alkali untuk periode waktu
tertentu.
Kualitas pulp, jika chip dimasak dalam jangka waktu yang terlalu lama,
maka akan dihasilkan pulp dengan kualitas rendah dengan rendemen yang rendah
170o C dan temperatur ini harus dikontrol secara seksama. Temperatur dibawah
170oC tidak berpengaruh apa-apa terhadap kulaitas rendemennya, tetapi diatas
180oC akan terjadi pemutusan rantai dari serat-serat selulosa, dan pada temperatur
200oC akan sangat jelas pengaruhnya, jadi temperatur yang diinginkan pada
pemasakan adalah 170 oC .
Pada proses kraft cooking ini, untuk memperoleh hasil pulp yang baik,
maka proses pemasakan juga harus baik. Untuk itu pada proses pemasakan ini
harus mencapai H-factor yaitu perbandingan antara waktu dan temperatur
Universitas Sumatera Utara
pemasakn. Pada proses ini, dibutuhkan waktu sekitar 100 menit dengan
temperatur dan waktu tersebut maka chip tersebut telah masak.
5. Kraft Relief
Setelah chip - chip di dalam digester masak, maka tekanan di dalam
digester akan naik, untuk itu dibutuhkan proses kraft relief untuk mengurangi
tekanan di dalam digester selama kira-kira 2-5 menit sampai tekanan di dalam
digester turun menjadi kira-kira 6 kg/cm2.
6. Blowing
Tujuan
utama
pada
pengoperasian
blowing
adalah
untuk
mengeluarkan atau blow sesuai isi digester kedalam blow tank. Waktu yang
diperlakukan pada saat blowing adalah sekitar 15 menit. Tipe blow tank yang
dipakai adalah sama dengan jenis digester plant dengan volume 600 m3, diameter
8250 mm, tinggi 21.000 mm ( PT.TPL, 2002).
2.4.2. Pencucian (Washing)
Pulp yang berasal dari blow tank di pompakan melewati unit pemisahan
mata kayu yang disebut dengan preasure knotter kemudian
menuju
unit
pencucian tiga tahap, kemudian dikirim ke unit penyaringan (screening ) dan
sesudah itu dikirim ketahap pencucian tahap keempat. Bubur kertas coklat setelah
melalui unit pencucian tahap yang keempat disimpan dalam high destity
unbleached strorage tower dengan konsistensi 12%.
Tujuan dari proses ini adalah untuk memisahkan kandungan lignin yang
masih tersisa setelah proses pemasakan pada digester sebelum dilanjutkan proses
pemutihan (bleaching).
Universitas Sumatera Utara
2.4.3. Pemutihan ( Bleaching)
Warna pada pulp yang belum diputihkan umumnya di sebabkan oleh
lignin yang tersisa. Penghilangan lignin dapat lebih banyak pada proses
pemasakan, tetapi akan mengurangi hasil yang banyak sekali dan merusak serat,
jadi menghasilkan kualitas pulp yang rendah.
Tujuan utama proses pemutihan secara umum dapat diringkaskan sebagai
berikut :
1. Memperbaiki brightness
2. Memperbaiki kemurnian
3. Degradasi serat selulosa seminimum mungkin (Suhunan, 2003)
2.4.4. Pulp Machine
Pulp machine adalah bagian terpenting dari operasi pabrik pulp yang mana
fungsi utamanya adalah mengambil air sebanyak mungkin tanpa merusak
lembaran pulp.
Pulp machine menghasilkan kekuatan lembaran yang maksimum dan yang
selanjutnya diproses kedalam bentuk bal-bal untuk dikirim ke konsumen. Setelah
dari unit bleaching dikirim ke pulp machine untuk dikeringkan menjadi lembaran
pulp.Proses di pulp machine antara lain yaitu:
1. Bleach screening yaitu pembersihan pulp dari kotoran.
2. Forming section yaitu membentuk lembaran pulp diatas fourdrinier
wire.
3. Press section, memadatkan lembaran pulp dengan cara di press.
4. Dryer section, pengeringan lembaran pulp sampai 10% kandungan air.
Universitas Sumatera Utara
5. Cutter & Layboy proses pemotongan lembaran pulp dengan ukuran
tertentu.
6. Baling ball, penataan lembaran pulp menjadi bale dan unit setelah
lembaran pulp dinbungkus dan diikat dengan kawat selanjutnya siap
untuk dikirim ke pelanggan ( PT.TPL, 2002).
2.5.
Larutan Pemasak
2.5.1. White Liquor ( Lindi Putih)
Lindi putih yaitu cairan pemasak terutama yang mengandung larutan encer
yaitu Natrium Hidroksida (NaOH) dan Natrium Sulfida (Na2S) dan mempunyai
pH sekitar 13,5 -14,0. Garam (sodium salt) lain yang biasanya ada pada lindi putih
adalah Natrium Sulfat, Natrium Sulfit, Natrium Karbonat dan Natrium Thiosulfat.
Hanya bahan kimia aktif yang dapat bereaksi selama pulping wood
(proses pembuatan pulp ), tetapi mode ini disebut “proses sulfat” karena garam
(salt) tersebut digunakan sebagai make-up (bahan tambahan) chemical untuk
menggantikan bahan kimia yang hilang. Untuk proses selanjutnya lindi putih
diperoleh dari caustizing dari lindi hijau dengan quik lime ( CaO ).
Lindi putih merupakan suatu larutan encer sodium hidroksida ( NaOH )
dan Sodium Sulfida (Na2S), dan juga mengandung bahan kimia yang tidak aktif
( dead ) antara lain yaitu Na2CO3, Na2SO4, Na2SO3, Na2S2O3.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2.Komposisi Lindi Putih
Bahan Kimia
Range Konsentrasi
( gr/L)
81-110
NaOH
30- 40
Na2S
11- 44
Na2CO3
2.0-6,9
Na2SO3
4,4-7,8
Na2SO4
4,0-8,9
Na2S2O3
2.5.2. Black Liqour ( Lindi Hitam)
Lindi hitam adalah sisa larutan atau cairan yang diperoleh setelah
pemasakan chip. Warna tetap hitam meskipun ada reaksi kimia dengan chip.
Bahan kimia ini pada awalnya digunakan untuk menambah lignin dan kayu padat
(solid wood) yang lain disebut dissolve dalam black liquor tersebut. Sisa alkali
aktif dari lindi hitam direaksikan antara natrium hidroksida dan sodium sulfid.
Lindi hitam merupakan campuran yang sangat kompleks, yang mengandung
sejumlah dengan srtuktur dan susunan yang berbeda.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3. Distribusi Bahan Organik Dalam Black Liquor
Bagian Komponen
Kandungan
( % Padatan Kering )
46
Lignin
30
AsamHidroksi
8
Asam Format
5
AsamAsetat
7
Ekstraktif
Cairan pemasak (liquor) ditambahkan keserpihan kayu setelah presteaming
dimana kemudian impregnasi dimulai. Pada saat pemasakan, jika yang digunakan
sebagai cairan pemasak hanya lindi putih, maka lindi putih tidak cukup menutupi
seluruh permukaan serpihan kayu, sehingga perlu ditambahkan lindi hitam.
Perbandingan antara jumlah cairan pemasak terhadap serpihan kayu yang
dibutuhkan disebut batch ratio yaitu 3,9 : 1 artinya tiap 1 ton boundry chip yang
dimasak diperlukan cairan 3,9 m3. Kandungan air dalam serpihan kayu termasuk
total cairan pemasak.
Berikut ini adalah keutungan-keuntungan dari rendahnya perbandingan
cairan pemasak terhadap kayu antara lain yaitu :
•
Produktifitas tinggi, disebabkan pengisian serpihan kayu kedalam bejana
pemasak ( serpihan kayu yang mampu dimasak )
•
Biaya yang diperlukan untuk pemanasan cairan pemasak rendah
Universitas Sumatera Utara
•
Biaya yang diperlukan untuk evaporasi, cairan pemasak terhadap serpihan
kayu (liquor to wood ratio) dalam pabrik biasanya berkisar antara 3- 5.
Universitas Sumatera Utara