Penentuan Kadar Total Aktif Alkali Didalam White Liquor Pada Proses Recausticizing Di PT.Toba Pulp Lestari,Tbk
4
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposisi Kayu
Kayu adalah yang dijadikan sebagai bahan baku yang mengandung serat utama
untuk pembuatan pulp dikarenakan rendemen seratnya yang tinggi. Kayu
Eucalyptus berserat pendek dan dikelompokkan dalam kayu keras (Training and
Development Center, 2002).
Secara kimia kandungan bahan yang terdapat dalam kayu dapat dibagi 4
(empat) bagian yaitu:
1. Selulosa
2. Hemiselulosa
3. Lignin
4. Zat ekstraktif
Komposisi dan sifat-sifat kimia komponen-komponen ini sangat berperan
dalam proses pembuatan pulp. Secara umum kayu keras (hard wood)
mengandung lebih banyak selulosa, hemiselulosa dan zat ekstraktif dibandingkan
dengan kayu lunak (soft wood) tetapi kandungan ligninnya lebih sedikit.
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 2.1. Komposisi antara kayu keras (hard wood) dan kayu lunak (soft woods)
Komponen
Selulosa
Hemiselulosa
Lignin
Ekstraktif
Kayu lunak
(Soft Wood)
42 ± 2 %
27 ± 2%
27 ± 2%
3 ± 2%
Kayu keras
(Hard Wood)
45± 2%
30± 2%
20± 2%
5± 2%
(Tim Training dan Development Centre. 2004)
2.1.1. Selulosa
Selulosa adalah karbohidrat kompleks dengan rumus empiris (C6H10O5)n. Selulosa
tidak larut dalam air dan biasanya merupakan pelarut seperti halnya alkohol dan
eter. Selulosa sangat bersifat resisten untuk bereaksi dengan basa tetapi dapat juga
memiliki kelarutan yang baik dalam asam kuat (Panshin, 1962).
Selulosa merupakan bagian utama yang membentuk dinding sel dari kayu.
Selulosa merupakan polimerisasi yang sangat kompleks dari gugus karbohidrat
yang mempunyai %
komposisi yang mirip dengan pati yaitu glukosa yang
terhidrolisa oleh asam (Tim Training dan Development Centre. 2004).
2.1.2. Hemiselulosa
Hemiselulosa adalah polimer karbohidrat bercabang dan lebih pendek
dibandingkan dengan selulosa. Secara teknis, hemiselulosa tidak larut dalam air,
ikatannya dapat diputus dengan asam encer. Walaupun beberapa dari
Universitas Sumatera Utara
6
hemiselulosa larut dalam air, dan tidak semuanya diekstraksi dari rantai sel oleh
basa. Pada proses pulp kimia, hemiselulosa dihilangkan dari pulp (Panshin, 1962).
Hemiselulosa juga merupakan polimer-polimer gula. Berbeda dengan
selulosa yang terdiri hanya dari polimer glukosa, hemiselulosa merupakan polimer
dari 5 bentuk gula yang berlainan yaitu glukosa, maltosa, galaktosa, xylosa, dan
arabinosa. Rantai hemiselulosa lebih pendek dibandingkan dengan rantai selulosa
karena hemiselulosa mempunyai derajat polimerisasi yang lebih rendah (Tim
Training dan Development Centre, 2004).
2.1.3. Lignin
Lignin adalah bagian ketiga kandungan dinding sel kayu yang penting.
Komposisinya masih belum diketahui. Pulp akan mempunyai sifat fisik yangbaik
apabila mengandung sedikit lignin. Hal ini disebabkan karena lignin bersifat
hidrofobik dan kaku sehingga menyulitkan dalam proses pendinginan. Banyaknya
lignin akan mempengaruhi konsumsi bahan kimia pemasak dan pemutihan
(Panshin, 1962).
Lignin merupakan zat yang tidak berbentuk yang bersama-sama dengan
selulosa membentuk dinding sel pohon kayu yang berfungsi sebagai bahan
perekat atau semen antara sel-sel selulosa yang membuat kayu menjadi kuat (Tim
Training dan Development Centre, 2004).
Universitas Sumatera Utara
7
2.1.4. Ekstraktif
Kayu biasanya mengandung berbagai zat-zat dalam jumlah yang tidak banyak
yang disebut dengan istilah ekstraktif. Zat-zat ini dapat dipisahkan dari kayu
dengan memakai pelarut air ataupun pelarut organik seperti eter dan alkohol (Tim
Training dan Development Centre, 2004).
2.2. Proses Pembuatan Pulp
Pulp adalah produk utama kayu, terutama digunakan untuk pembuatan kertas,
tetapi juga diproses menjadi berbagai turunan selulosa, seperti sutera rayon dan
selofan. Tujuan utama pembuatan pulp kayu adalah untuk melepaskan serat-serat
yang dapat dikerjakan secara kimia atau secara mekanik atau dengan kombinasi
kedua perlakuan tersebut.
2.2.1. Persiapan Bahan Baku (Wood Preparation)
Wood preparation adalah langkah awal dalam proses pengolahan pulp.
Gelondongan
kayu
tersebut
kemudian
ditumpukkan
di
wood
storage.
Gelondongan kayu yang telah siap diolah disebut dengan log yang berukuran
sekitar 3 meter. Log dikupas kulitnya dan dibersihkan kotoran-kotorannya dengan
alat yang disebut dengan debarking drum. Di dalam debarking drum kayu dikuliti
sehingga pada ujung drum, kulit-kulit kayu telah terlepas. Kemudian log dicuci.
Log yang sudah bersih kemudian masuk ke chipper. Di dalam chipper kayu
kemudian diiris menjadi potongan-potongan kecil yang disebut dengan chip
(Training and Development Centre, 2002)
Universitas Sumatera Utara
8
2.2.2. Pemasakan Kayu
Proses pemasakan kayu yang telah diolah menjadi chip dilakukan di digester
plant. Digester adalah sebuah bejana bertekanan yang di dalamnya dilakukan
pemasakan chip dengan menggunakn sejumlah tertentu larutan kimia serta dengan
panas dan tekanan untuk memisahkan serat dengan cara melarutkan bagian-bagian
yang bukan serat. Proses tersebut dinamakan dengan pemasakan (cooking). Chip
dimasak di dalam digester dengan menggunakan panas dan reaksi kimia. Bahan
kimia yang digunakan dalam pemasakan adalah NaOH dan Na2S campuran ini
dinamakan dengan white liquor (Training and Development Centre, 2002).
2.2.3. Pencucian dan Penyaringan (Washing dan Screening)
2.2.3.1. Pencucian (Washing)
Air pencuci dan aliran bubur kayu atau pulp memiliki arah yang berlawanan yang
disebut dengan counter current washing. Air pencuci menggunakan shower atau
spray pada permukaan bubur atau kayu secara terus menerus dan airnya turun ke
tangki filtrated atau dewatered dengan menggunakan vacum.
2.2.3.2. Penyaringan (Screening)
Bubur kayu yang berwarna coklat disaring dengan menggunakan suatu alat yang
disebut screener . Bubur kayu yang masuk dari bagian atas dengan masuk secara
berputar dan saling bersentuhan. Serat-serat yang banyak tersebut sangat lentur
dan melewati lubang-lubang saringan dan dikirim keluar yang disebut dengan
bubur yang diterima atau accept line yang letaknya pada bagian bawah screen,
sedangkan yang reject atau serat yang masih kasar dan ukurannya yang masih
Universitas Sumatera Utara
9
besar tidak dapat melewati lubang-lubang saringan dan akan menuju ke pipa
reject (Learning and Development Center , 2003).
2.2.4. Proses Pemutihan (Bleaching)
Proses pemutihan dapat dianggap sebagai suatu lanjutan dari proses pemasakan
yang dimaksudkan untuk memperbaiki brightness dan kemurnian dari pulp. Hal
ini dapat dicapai dengan cara menghilangkan atau memutihkan bahan pewarna
yang tersisa pada pulp. Lignin yang tersisa adalah suatu zat yang paling dominan
untuk menghasilkan warna pada pulp oleh karena itu harus dihilangkan atau
diputihkan (learning and Development Centre, 2003).
2.2.5. Pencetakan Pulp
Proses pengolahan bubur kayu menjadi pulp berbentuk lembaran (Sheet)
dilakukan sebagai berikut :
1. Penyaringan bubur pulp putih
2. Pengeringan Awal
3. Penekanan
4. Pengeringan Akhir
5. Pemotongan dan Pengemasan
(Tim Training, 2003).
Universitas Sumatera Utara
10
2.2. Proses Recaustisizing
Reaksi pokok yang terjadi dalam sistem recausticizing adalah sangat sederhana.
CaO bereaksi dengan air untuk membentuk kalsium hidroksida Ca(OH)2 dan
secara berkesinambungan bereaksi dengan natrium karbonat (Na2CO3) yang ada
dalam green liquor untuk membentuk natrium hidroksida (NaOH) dan kalsium
karbonat (CaCO3). Reaksi keseluruhan nya adalah sebagai berikut :
Na2CO3 (aq) + CaO(s) + H2O(l) → 2NaOH(aq) + CaCO3(s)( reaksi eksoterm)
Dalam green liquor selain Na2CO3 juga terdapat Na2S, dimana Na2S ini
akan terhidrolisa membentuk NaOH dan NaSH.
Na2S(s) + H2O(l) → NaOH(aq) + NaSH(s)
Dari reaksi caustisizing, untuk menghasilkan 80 kg natrium hidroksida
dibutuhkan 50 kg CaO (100%). Apabila jumlah kapurnya kurang maka white
liquor yang dihasilkan akan mempunyai aktif alkali (NaOH + Na2S) yang rendah,
sebaliknya apabila kapurnya terlalu banyak maka akan mempersulit pengendapan
dan penyaringan karena kalsium hidroksida banyak terdapat dalam lime mud.
Pada sistem operasi recaustisizing juga meliputi sistem pemisahan liquor dengan
solid, operasi pemisahan liquor meliputi :
1. Pemisahan padatan, dreg dari green liquor
2. Pengeringan dan mendaur ulang soda dari padatan dreg
3. Pemisahan white liquor dari padatan lime mud
4. Pengeringan dan mendaur ulang soda dari padatan mud
Universitas Sumatera Utara
11
2.3.1. Proses Pemurnian Green Liquor (Green Liquor Clarification )
Proses pemurnian green liquor ini diperlukan untuk memisahkan partikel-partikel
dreg yang halus. Dreg yang terikut ke slaker akan memperlambat pengendapan
lime mud dan berdampak negatif terhadap konsentrasi under flow dan juga dapat
memperlambat proses pemurnian white liquor . untuk mengurangi fluktuasi pada
green liquor clarifier , dilakukan hal-hal sebagai berikut :
1. Penambahan polimer
2. Stabilisasi tangki
3. Pengontrolan densiti
Peralatan standart yang dipakai untuk memisahkan dreg adalah alat yang disebut
dengan clarifier , dengan sistem internal storage. Biasanya dreg yang mengendap
ke bagian bawah clarifier berkisar 8% - 10% padatan. Liquor yang jernih akan
naik kebagian atas storage dan akan dipompakan ke slaker .
2.3.2. Pencucian Dreg (Dreg washing)
Pencucian dreg dilakukan pada dreg precoat filter , lime mud dipakai sebagai
precoat, dreg akan menempel pada precoat dan dipisahkan dengan cara
mengkikis permukaan lime mud precoat yang telah ditempeli dreg. Ketebalan
precoat sekitar 75 - 100 mm yang biasanya cukup untuk operasi selama 8 - 24
jam.
2.3.3. Slaking dan Caustisizing
Operasi slaking dan caustisizing adalah operasi yang paling penting dalam
mempersiapkan white liquor . Green liquor dengan perbandingan yang terkontrol
Universitas Sumatera Utara
12
dimasukkan langsung ke slaker . Hidrasi yang kuat dari lime selama slaking akan
menguraikan gumpalan dan lime stone, sehingga diperoleh permukaan area reaksi
yang lebih besar dan membebaskan bahan-bahan inert, bahan yang tidak bereaksi
selanjutnya dipisahkan pada bagian clarifier. Caustisizer terdiri dari 4 buah tangki
yang dihubungkan secara seri dan dilengkapi dengan alat pengadukan dengan
masing-masing tangki mempunyai waktu tinggal reaksi 30 menit.
2.3.4. Preparasi White Liquor
Perubahan natrium karbonat menjadi natrium hidroksida hanya setengah dari
proses caustisizing, sedang setengahnya lagi adalah proses pemisahan padat lime
mud dan cairannya white liquor. Proses pemisahan padatan dan cairan terdiri dari
proses sedimentasi dan proses filtrasi.
2.3.4.1. Proses Sedimentasi
Hal yang berpengaruh pada proses ini adalah kecepatan pengendapan dari pada
lime mud dan volume mud itu sendiri. Pada proses sedimentasi ini, juga dilakukan
proses clarifier . White liquor yang masih keruh diumpankan ke pipa pengumpan
yang terletak dibagian tengah dari alat clarifier . Mud akan mengendap kebawah
dengan kecepatan putaran yang lambat akan mengarahkan mud ke tangan yang
selanjutnya akan dipompakan keluar untuk pengolahan selanjutnya.
2.3.4.2. Proses Filtrasi
Filtrasi adalah proses untuk memisahkan padatan dari cairannya dengan
menggunakan medium penyaring yang mempunyai porositas tertentu dimana
Universitas Sumatera Utara
13
padatan akan tertahan dan cairan akan melewati medium itu. White liquor
dipompakan dari white liquor clarifier kedalam tangki bertekanan yang
didalamnya terdapat peralatan penyaring yang berupa tabung berlubang yang
dilapisi bahan penyaring yang disebut stocking.
2.3.5. Pengerjaan Lime Mud (Lime Mud Handling)
Lime mud yang diperoleh dari white liquor clarifier dan pressure filter masih
mengandung sejumlah white liquor yang tentu saja berupa soda. Soda ini harus
dipisahkan dulu dari mudnya sebelum mud ini dibakar di lime kiln. Lime mud
harus dicuci dan dikeringkan terlebih dulu sebelum diumpankan ke lime kiln.
Bahan kimia natrium yang dipisahkan dari lime mud berupa bahan yang masih
bernilai dan dikembalikan kedalam sistem sebagai weak white liquor .
2.3.6. Penghilangan Air Lime Mud (Lime Mud Dewatering)
Tahap pengeringan akhir lime mud dilakukan pada rotari drum filter. Lime mud
diencerkan sampai kira-kira 25% sebelum diumpankan ke drum filter. Operasi
penyaringan ini menghasilkan mud dengan solid yang lebih tinggi dan pemisahan
soda yang lebih baik (Training and Development Centre, 2002).
2.4. Total Aktif Alkali
Pembuatan pulp dilakukan dengan larutan yang terdiri atas natrium hidroksida
dan natrium sulfida , yang dinamakan lindi putih. Banyaknya aktif alkali yang
digunakan biasanya 4 - 5 mol atau 16 - 20% dari kayu. Proses pemasakan mulai
dengan tahap impregnasi setelah serpih-serpih direndam dalam lindi pemasak
Universitas Sumatera Utara
14
yang terlarut. Laju penetrasi tergantung pada gradien tekanan dan berlangsung
cukup cepat, sedangkan difusi dikendalikan oleh konsentrasi bahan-bahan kimia
pemasak yang terlarut (Sjostrom, 1995).
Dapat dipulihkannya cairan pemasak berarti bahwa proses tersebut secara
perbandingan bebas dari masalah pembuangan residu. Karena tidak ada proses
mekanis yang dibutuhkan untuk pemisahan sel, pulp yang dihasilkan secara kimia
tersusun atas serat-serat halus yang sebagian besar tidak rusak. Lebih lanjut
karena proporsi lignin yang tinggi dihilangkan dalam proses tersebut, jadi
menghilangkan kekakuan serat dan komponen penting penyebab warna kuning
yang disebabkan karena umur pada kertas jadi yang diputihkan, kualitas pulpnya
adalah tinggi ( haygreen, 1987 ).
Dalam pembuatan pulp soda lindi pemasak terutama terdiri atas natrium
hidroksida ( 80 - 85% ) dan sejumlah kecil natrium karbonat yang berasal dari
reaksi kaustisasi tak sempurna untuk memperoleh natrium hidroksida . Lindi
pemasak dalam pembuatan pulp, sulfat mempunyai lebih banyak komponen.
Disamping natrium hidroksida dan natrium karbonat, natrium sulfida adalah
bahan kimia pokok pembuatan pulp. Banyaknya alkali yang digunakan dalam
pembuatan pulp kraft, yang merupakan faktor penting dalam pembuatan pulp,
yang dinyatakan sebagai aktif alkali (NaOH + Na2S). Impregnasi serpih yang
baik, meripakan persyaratan pokok yang penting untuk delignifikasi kayu secara
homogen. Karena larutan alkali menembus ke dalam kayu lebih baik dari pada
larutan asam, maka waktu pemanasan untuk mencapai suhu maksimum dalam
pembuatan pulp lebih pendek dari pada dalam pembuatan pulp dalam suasana
asam. Delignifikasi berlangsung dalam tiga tahap karena reaksi bersifat heterogen.
Universitas Sumatera Utara
15
Delignifikasi awal berlangsung dibawah 1400C, sementara delignifikasi utama
berjalan pada suhu diatas 1400C hingga sekitar 90% lignin terlarut. Tahap akhir
penghilangan lignin disebut delignifikasi sisa. Proses pembuatan pulp yang
dihasilkan dipengaruhi oleh beberapa parameter :
-
Bahan baku
-
Nisbah lindi pemasak terhadap kayu
-
Waktu dan suhu pemasakan
-
Banyaknya dan konsentrasi bahan kimia pemasak
-
Komposisi bahan kimia pemasak
Pada umumnya, nisbah lindi pemasak terhadap kayu lebih tinggi menghasilkan
impregnasi yang baik. Waktu pemasakan sangat erat hubungannya dengan suhu
pemasakan. Biasanya pada suhu tinggi kualitas pulp menurun. Jumlah bahan
kimia yang digunakan dalam pembuatan pulp dapat dinyatakan sebagai
banyaknya alkali yang efektif dan tergantung pada faktor-faktor seperti spesies
kayu, kondisi pemasakan dan sisa lignin yang diperlukan dalam pulp. Konsentrasi
alkali merupakan parameter utama dari pelarutan lignin dan polisakarida.
Konsentrasi natrium hidroksida pada permulaan pemasakan sangat bervariasi 20
hingga 80 g/l (Fengel,1995).
Alkali yang dimasukkan dalam digester adalah untuk melarutkan
komponen atau kotoran yang bukan selulosa yang terdapat dalam kayu.
Bertambahnya jumlah alkali yang dimasukkan akan melarutkan lebih banyak lagi
komponen-komponen
itu
sebaliknya
berkurangnya
jumlah
alkali
yang
dimasukkan akan menyebabkan kayu tidak masak yang berakibat banyaknya kayu
yang bakal terbuang. Harus diingat bahwa untuk penambahan alkali yang terlalu
Universitas Sumatera Utara
16
tinggi, disertai dengan pemasakan pada temperatur tinggi maka dalam digester
proses penghilangan lignin tidak henti-hentinya sehingga bahan kimia pemasak
tadi juga akan menyerang serat selulosa, hal ini akan berakibat lemah dan
rendahnya rendemen pemasakan.
Konsentrasi di white liquor juga merupakan hal yang sangat penting.
Konsentrasi dinyatakan sebagai gram per liter (g/l) dari aktif alkali sebagai Na2O.
Jika konsentrasi white liquor rendah maka proses penghilangan lignin akan
menjadi kurang baik dan jika konsentrasi white liquor tinggi maka serat selulosa
juga akan terserang dan rusak yang berakibat pada rendahnya rendemen pada
pulp. Normal jumlah aktif alkali yang dimasukkan dalam digester berkisar antara
10 - 18% (sebagai Na2O), tergantung dari jenis kayunya, kondisi pemasakan dan
seberapa jauh tingkat penghilangan lignin yang akan dicapai. Untuk
menyelesaikan suatu proses pemasakan pada waktu relatif singkat, biasanya
ditambahkan larutan pemasak atau alkali yang jumlahnya sedikit berlebih.
Kelebihan alkali ini juga bermanfaat untuk menjaga pH dalam digester tidak turun
dibawah yang diizinkan dimana lignin yang terlarut akan meresap atau
menggumpal masuk kembali kedalam serat. Kalau jumlah alkali yang dimasukkan
lebih
banyak
maka
akan
mempercepat
kecepatan
reaksinya.
Dengan
bertambahnya jumlah alkali yang dimasukkan maka akan mengurangi rendemen
pulp karena jumlah hemiselulosa yang terlarut bertambah (Training and
Development Centre, 2002).
Universitas Sumatera Utara
17
2.5. Analisis Titrimetri
Titrimetri atau analisis volumetri adalah salah satu cara pemeriksaan jumlah zat
kimia yang luas pemakaiannya. Hal ini disebabkan karena beberapa alasan. Pada
dasarnya cara titrimetri terdiri dari pengukuran volume larutan pereaksi yang
dibutuhkan untuk bereaksi secara stokiometri dengan zat yang akan ditentukan.
Larutan perekasi ini biasanya diketahui kepekatannya dengan pasti dan disebut
pentiter atau larutan baku. Sedangkan proses penambahan pentiter kedalam
larutan yang akan ditentukan disebut titrasi. Dalam proses itu bagian demi bagian
pentiter kedalam larutan yang akan ditentukan dengan bantuan alat yang disebut
dengan buret sampai mencapai titik kesetaraan. Titik kesetaraan adalah titik pada
saat pereaksi dan zat yang ditentukan bereaksi sempurna secara stokiometri.
Volume pentiter yang terpakai untuk mencapai titik kesetaraan ini disebut volume
kesetaraan. Dengan mengetahui volume kesetaraan, kadar pentiter dan faktor
stokiometri dapat, maka jumlah zat yang ditentukan dapat dihitung dengan
mudah.
Saat terjadinya perubahan warna indikator dalam proses titrasi disebut titik
akhir titrasi. Pada saat titik akhir titrasi tercapai, titrasi harus dihentikan. Makin
kecil perbedaan antara titik akhir titrasi dengan titik kesataraan, makin kecil
kesalahan titrasi. Agar proses titrasi dapat berjalan dengan baik sehingga
memberikan hasil pemeriksaan yang teliti dan tepat, maka persyaratan berikut
perlu diperhatikan dalam setiap titrasi :
1. Interaksi antara pentiter dan zat yang ditentukan harus berlangsung secara
stokiometri dengan faktor stokiometrinya berupa bilangan bulat.
2. Laju reaksi harus cukup tinggi agar titrasi berlangsung dengan cepat
Universitas Sumatera Utara
18
3. Interaksi antara pentiter dan zat yang ditentukan harus berlangsung secara
terhitung. Reaksi harus sempurna pada titik kesetaraan.
2.6. Larutan Baku
Beberapa larutan baku dapat dibuat secara langsung dengan melarutkan sejumlah
zat murni didalam pelarut sampai volume tertentu. Zat-zat yang dapat digunakan
sebagai zat baku utama harus memenuhi persyaratan berikut :
1. Zat itu harus sangat murni atau harus dapat dimurnikan.
2. Susunan kimia zat itu harus tepat sesuai dengan rumusnya, tidak boleh
berubah susunan kimianya pada saat pengeringan dengan suhu tinggi dan
tidak boleh menyerap air dan karbondioksida dari udara.
3. Zat itu harus bereaksi dengan zat yang ditentukan secara stokiometri, cepat
dan terukur.
4. Harus mempunyai bobot tara yang tinggi, karena zat seperti ini akan
diperlukan dalam jumlah yang besar sehingga kesalahan penimbangan
akan menjadi lebih kecil.
Zat-zat yang memenuhi syarat tersebut sebagai zat baku utama tidak banyak
jumlahnya. Karena itu larutan pentiter
biasanya dibuat dari zat yang tidak
memenuhi semua persyaratan diatas (Rivai, 1995).
Suatu indikator merupakan asam atau basa lemah yang berubah warna
diantara bentuk terionisasinya dan bentuk tidak terionisasinya. Kisaran
penggunaan indikator adalah 1 unit pH disekitar nilai pKanya. Sebagai contoh
fenolftalein (pp), mempunyai pKa 9,4 maka perubahan warna antara pH 8,4 10,4. ( Rohman, 2007).
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposisi Kayu
Kayu adalah yang dijadikan sebagai bahan baku yang mengandung serat utama
untuk pembuatan pulp dikarenakan rendemen seratnya yang tinggi. Kayu
Eucalyptus berserat pendek dan dikelompokkan dalam kayu keras (Training and
Development Center, 2002).
Secara kimia kandungan bahan yang terdapat dalam kayu dapat dibagi 4
(empat) bagian yaitu:
1. Selulosa
2. Hemiselulosa
3. Lignin
4. Zat ekstraktif
Komposisi dan sifat-sifat kimia komponen-komponen ini sangat berperan
dalam proses pembuatan pulp. Secara umum kayu keras (hard wood)
mengandung lebih banyak selulosa, hemiselulosa dan zat ekstraktif dibandingkan
dengan kayu lunak (soft wood) tetapi kandungan ligninnya lebih sedikit.
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 2.1. Komposisi antara kayu keras (hard wood) dan kayu lunak (soft woods)
Komponen
Selulosa
Hemiselulosa
Lignin
Ekstraktif
Kayu lunak
(Soft Wood)
42 ± 2 %
27 ± 2%
27 ± 2%
3 ± 2%
Kayu keras
(Hard Wood)
45± 2%
30± 2%
20± 2%
5± 2%
(Tim Training dan Development Centre. 2004)
2.1.1. Selulosa
Selulosa adalah karbohidrat kompleks dengan rumus empiris (C6H10O5)n. Selulosa
tidak larut dalam air dan biasanya merupakan pelarut seperti halnya alkohol dan
eter. Selulosa sangat bersifat resisten untuk bereaksi dengan basa tetapi dapat juga
memiliki kelarutan yang baik dalam asam kuat (Panshin, 1962).
Selulosa merupakan bagian utama yang membentuk dinding sel dari kayu.
Selulosa merupakan polimerisasi yang sangat kompleks dari gugus karbohidrat
yang mempunyai %
komposisi yang mirip dengan pati yaitu glukosa yang
terhidrolisa oleh asam (Tim Training dan Development Centre. 2004).
2.1.2. Hemiselulosa
Hemiselulosa adalah polimer karbohidrat bercabang dan lebih pendek
dibandingkan dengan selulosa. Secara teknis, hemiselulosa tidak larut dalam air,
ikatannya dapat diputus dengan asam encer. Walaupun beberapa dari
Universitas Sumatera Utara
6
hemiselulosa larut dalam air, dan tidak semuanya diekstraksi dari rantai sel oleh
basa. Pada proses pulp kimia, hemiselulosa dihilangkan dari pulp (Panshin, 1962).
Hemiselulosa juga merupakan polimer-polimer gula. Berbeda dengan
selulosa yang terdiri hanya dari polimer glukosa, hemiselulosa merupakan polimer
dari 5 bentuk gula yang berlainan yaitu glukosa, maltosa, galaktosa, xylosa, dan
arabinosa. Rantai hemiselulosa lebih pendek dibandingkan dengan rantai selulosa
karena hemiselulosa mempunyai derajat polimerisasi yang lebih rendah (Tim
Training dan Development Centre, 2004).
2.1.3. Lignin
Lignin adalah bagian ketiga kandungan dinding sel kayu yang penting.
Komposisinya masih belum diketahui. Pulp akan mempunyai sifat fisik yangbaik
apabila mengandung sedikit lignin. Hal ini disebabkan karena lignin bersifat
hidrofobik dan kaku sehingga menyulitkan dalam proses pendinginan. Banyaknya
lignin akan mempengaruhi konsumsi bahan kimia pemasak dan pemutihan
(Panshin, 1962).
Lignin merupakan zat yang tidak berbentuk yang bersama-sama dengan
selulosa membentuk dinding sel pohon kayu yang berfungsi sebagai bahan
perekat atau semen antara sel-sel selulosa yang membuat kayu menjadi kuat (Tim
Training dan Development Centre, 2004).
Universitas Sumatera Utara
7
2.1.4. Ekstraktif
Kayu biasanya mengandung berbagai zat-zat dalam jumlah yang tidak banyak
yang disebut dengan istilah ekstraktif. Zat-zat ini dapat dipisahkan dari kayu
dengan memakai pelarut air ataupun pelarut organik seperti eter dan alkohol (Tim
Training dan Development Centre, 2004).
2.2. Proses Pembuatan Pulp
Pulp adalah produk utama kayu, terutama digunakan untuk pembuatan kertas,
tetapi juga diproses menjadi berbagai turunan selulosa, seperti sutera rayon dan
selofan. Tujuan utama pembuatan pulp kayu adalah untuk melepaskan serat-serat
yang dapat dikerjakan secara kimia atau secara mekanik atau dengan kombinasi
kedua perlakuan tersebut.
2.2.1. Persiapan Bahan Baku (Wood Preparation)
Wood preparation adalah langkah awal dalam proses pengolahan pulp.
Gelondongan
kayu
tersebut
kemudian
ditumpukkan
di
wood
storage.
Gelondongan kayu yang telah siap diolah disebut dengan log yang berukuran
sekitar 3 meter. Log dikupas kulitnya dan dibersihkan kotoran-kotorannya dengan
alat yang disebut dengan debarking drum. Di dalam debarking drum kayu dikuliti
sehingga pada ujung drum, kulit-kulit kayu telah terlepas. Kemudian log dicuci.
Log yang sudah bersih kemudian masuk ke chipper. Di dalam chipper kayu
kemudian diiris menjadi potongan-potongan kecil yang disebut dengan chip
(Training and Development Centre, 2002)
Universitas Sumatera Utara
8
2.2.2. Pemasakan Kayu
Proses pemasakan kayu yang telah diolah menjadi chip dilakukan di digester
plant. Digester adalah sebuah bejana bertekanan yang di dalamnya dilakukan
pemasakan chip dengan menggunakn sejumlah tertentu larutan kimia serta dengan
panas dan tekanan untuk memisahkan serat dengan cara melarutkan bagian-bagian
yang bukan serat. Proses tersebut dinamakan dengan pemasakan (cooking). Chip
dimasak di dalam digester dengan menggunakan panas dan reaksi kimia. Bahan
kimia yang digunakan dalam pemasakan adalah NaOH dan Na2S campuran ini
dinamakan dengan white liquor (Training and Development Centre, 2002).
2.2.3. Pencucian dan Penyaringan (Washing dan Screening)
2.2.3.1. Pencucian (Washing)
Air pencuci dan aliran bubur kayu atau pulp memiliki arah yang berlawanan yang
disebut dengan counter current washing. Air pencuci menggunakan shower atau
spray pada permukaan bubur atau kayu secara terus menerus dan airnya turun ke
tangki filtrated atau dewatered dengan menggunakan vacum.
2.2.3.2. Penyaringan (Screening)
Bubur kayu yang berwarna coklat disaring dengan menggunakan suatu alat yang
disebut screener . Bubur kayu yang masuk dari bagian atas dengan masuk secara
berputar dan saling bersentuhan. Serat-serat yang banyak tersebut sangat lentur
dan melewati lubang-lubang saringan dan dikirim keluar yang disebut dengan
bubur yang diterima atau accept line yang letaknya pada bagian bawah screen,
sedangkan yang reject atau serat yang masih kasar dan ukurannya yang masih
Universitas Sumatera Utara
9
besar tidak dapat melewati lubang-lubang saringan dan akan menuju ke pipa
reject (Learning and Development Center , 2003).
2.2.4. Proses Pemutihan (Bleaching)
Proses pemutihan dapat dianggap sebagai suatu lanjutan dari proses pemasakan
yang dimaksudkan untuk memperbaiki brightness dan kemurnian dari pulp. Hal
ini dapat dicapai dengan cara menghilangkan atau memutihkan bahan pewarna
yang tersisa pada pulp. Lignin yang tersisa adalah suatu zat yang paling dominan
untuk menghasilkan warna pada pulp oleh karena itu harus dihilangkan atau
diputihkan (learning and Development Centre, 2003).
2.2.5. Pencetakan Pulp
Proses pengolahan bubur kayu menjadi pulp berbentuk lembaran (Sheet)
dilakukan sebagai berikut :
1. Penyaringan bubur pulp putih
2. Pengeringan Awal
3. Penekanan
4. Pengeringan Akhir
5. Pemotongan dan Pengemasan
(Tim Training, 2003).
Universitas Sumatera Utara
10
2.2. Proses Recaustisizing
Reaksi pokok yang terjadi dalam sistem recausticizing adalah sangat sederhana.
CaO bereaksi dengan air untuk membentuk kalsium hidroksida Ca(OH)2 dan
secara berkesinambungan bereaksi dengan natrium karbonat (Na2CO3) yang ada
dalam green liquor untuk membentuk natrium hidroksida (NaOH) dan kalsium
karbonat (CaCO3). Reaksi keseluruhan nya adalah sebagai berikut :
Na2CO3 (aq) + CaO(s) + H2O(l) → 2NaOH(aq) + CaCO3(s)( reaksi eksoterm)
Dalam green liquor selain Na2CO3 juga terdapat Na2S, dimana Na2S ini
akan terhidrolisa membentuk NaOH dan NaSH.
Na2S(s) + H2O(l) → NaOH(aq) + NaSH(s)
Dari reaksi caustisizing, untuk menghasilkan 80 kg natrium hidroksida
dibutuhkan 50 kg CaO (100%). Apabila jumlah kapurnya kurang maka white
liquor yang dihasilkan akan mempunyai aktif alkali (NaOH + Na2S) yang rendah,
sebaliknya apabila kapurnya terlalu banyak maka akan mempersulit pengendapan
dan penyaringan karena kalsium hidroksida banyak terdapat dalam lime mud.
Pada sistem operasi recaustisizing juga meliputi sistem pemisahan liquor dengan
solid, operasi pemisahan liquor meliputi :
1. Pemisahan padatan, dreg dari green liquor
2. Pengeringan dan mendaur ulang soda dari padatan dreg
3. Pemisahan white liquor dari padatan lime mud
4. Pengeringan dan mendaur ulang soda dari padatan mud
Universitas Sumatera Utara
11
2.3.1. Proses Pemurnian Green Liquor (Green Liquor Clarification )
Proses pemurnian green liquor ini diperlukan untuk memisahkan partikel-partikel
dreg yang halus. Dreg yang terikut ke slaker akan memperlambat pengendapan
lime mud dan berdampak negatif terhadap konsentrasi under flow dan juga dapat
memperlambat proses pemurnian white liquor . untuk mengurangi fluktuasi pada
green liquor clarifier , dilakukan hal-hal sebagai berikut :
1. Penambahan polimer
2. Stabilisasi tangki
3. Pengontrolan densiti
Peralatan standart yang dipakai untuk memisahkan dreg adalah alat yang disebut
dengan clarifier , dengan sistem internal storage. Biasanya dreg yang mengendap
ke bagian bawah clarifier berkisar 8% - 10% padatan. Liquor yang jernih akan
naik kebagian atas storage dan akan dipompakan ke slaker .
2.3.2. Pencucian Dreg (Dreg washing)
Pencucian dreg dilakukan pada dreg precoat filter , lime mud dipakai sebagai
precoat, dreg akan menempel pada precoat dan dipisahkan dengan cara
mengkikis permukaan lime mud precoat yang telah ditempeli dreg. Ketebalan
precoat sekitar 75 - 100 mm yang biasanya cukup untuk operasi selama 8 - 24
jam.
2.3.3. Slaking dan Caustisizing
Operasi slaking dan caustisizing adalah operasi yang paling penting dalam
mempersiapkan white liquor . Green liquor dengan perbandingan yang terkontrol
Universitas Sumatera Utara
12
dimasukkan langsung ke slaker . Hidrasi yang kuat dari lime selama slaking akan
menguraikan gumpalan dan lime stone, sehingga diperoleh permukaan area reaksi
yang lebih besar dan membebaskan bahan-bahan inert, bahan yang tidak bereaksi
selanjutnya dipisahkan pada bagian clarifier. Caustisizer terdiri dari 4 buah tangki
yang dihubungkan secara seri dan dilengkapi dengan alat pengadukan dengan
masing-masing tangki mempunyai waktu tinggal reaksi 30 menit.
2.3.4. Preparasi White Liquor
Perubahan natrium karbonat menjadi natrium hidroksida hanya setengah dari
proses caustisizing, sedang setengahnya lagi adalah proses pemisahan padat lime
mud dan cairannya white liquor. Proses pemisahan padatan dan cairan terdiri dari
proses sedimentasi dan proses filtrasi.
2.3.4.1. Proses Sedimentasi
Hal yang berpengaruh pada proses ini adalah kecepatan pengendapan dari pada
lime mud dan volume mud itu sendiri. Pada proses sedimentasi ini, juga dilakukan
proses clarifier . White liquor yang masih keruh diumpankan ke pipa pengumpan
yang terletak dibagian tengah dari alat clarifier . Mud akan mengendap kebawah
dengan kecepatan putaran yang lambat akan mengarahkan mud ke tangan yang
selanjutnya akan dipompakan keluar untuk pengolahan selanjutnya.
2.3.4.2. Proses Filtrasi
Filtrasi adalah proses untuk memisahkan padatan dari cairannya dengan
menggunakan medium penyaring yang mempunyai porositas tertentu dimana
Universitas Sumatera Utara
13
padatan akan tertahan dan cairan akan melewati medium itu. White liquor
dipompakan dari white liquor clarifier kedalam tangki bertekanan yang
didalamnya terdapat peralatan penyaring yang berupa tabung berlubang yang
dilapisi bahan penyaring yang disebut stocking.
2.3.5. Pengerjaan Lime Mud (Lime Mud Handling)
Lime mud yang diperoleh dari white liquor clarifier dan pressure filter masih
mengandung sejumlah white liquor yang tentu saja berupa soda. Soda ini harus
dipisahkan dulu dari mudnya sebelum mud ini dibakar di lime kiln. Lime mud
harus dicuci dan dikeringkan terlebih dulu sebelum diumpankan ke lime kiln.
Bahan kimia natrium yang dipisahkan dari lime mud berupa bahan yang masih
bernilai dan dikembalikan kedalam sistem sebagai weak white liquor .
2.3.6. Penghilangan Air Lime Mud (Lime Mud Dewatering)
Tahap pengeringan akhir lime mud dilakukan pada rotari drum filter. Lime mud
diencerkan sampai kira-kira 25% sebelum diumpankan ke drum filter. Operasi
penyaringan ini menghasilkan mud dengan solid yang lebih tinggi dan pemisahan
soda yang lebih baik (Training and Development Centre, 2002).
2.4. Total Aktif Alkali
Pembuatan pulp dilakukan dengan larutan yang terdiri atas natrium hidroksida
dan natrium sulfida , yang dinamakan lindi putih. Banyaknya aktif alkali yang
digunakan biasanya 4 - 5 mol atau 16 - 20% dari kayu. Proses pemasakan mulai
dengan tahap impregnasi setelah serpih-serpih direndam dalam lindi pemasak
Universitas Sumatera Utara
14
yang terlarut. Laju penetrasi tergantung pada gradien tekanan dan berlangsung
cukup cepat, sedangkan difusi dikendalikan oleh konsentrasi bahan-bahan kimia
pemasak yang terlarut (Sjostrom, 1995).
Dapat dipulihkannya cairan pemasak berarti bahwa proses tersebut secara
perbandingan bebas dari masalah pembuangan residu. Karena tidak ada proses
mekanis yang dibutuhkan untuk pemisahan sel, pulp yang dihasilkan secara kimia
tersusun atas serat-serat halus yang sebagian besar tidak rusak. Lebih lanjut
karena proporsi lignin yang tinggi dihilangkan dalam proses tersebut, jadi
menghilangkan kekakuan serat dan komponen penting penyebab warna kuning
yang disebabkan karena umur pada kertas jadi yang diputihkan, kualitas pulpnya
adalah tinggi ( haygreen, 1987 ).
Dalam pembuatan pulp soda lindi pemasak terutama terdiri atas natrium
hidroksida ( 80 - 85% ) dan sejumlah kecil natrium karbonat yang berasal dari
reaksi kaustisasi tak sempurna untuk memperoleh natrium hidroksida . Lindi
pemasak dalam pembuatan pulp, sulfat mempunyai lebih banyak komponen.
Disamping natrium hidroksida dan natrium karbonat, natrium sulfida adalah
bahan kimia pokok pembuatan pulp. Banyaknya alkali yang digunakan dalam
pembuatan pulp kraft, yang merupakan faktor penting dalam pembuatan pulp,
yang dinyatakan sebagai aktif alkali (NaOH + Na2S). Impregnasi serpih yang
baik, meripakan persyaratan pokok yang penting untuk delignifikasi kayu secara
homogen. Karena larutan alkali menembus ke dalam kayu lebih baik dari pada
larutan asam, maka waktu pemanasan untuk mencapai suhu maksimum dalam
pembuatan pulp lebih pendek dari pada dalam pembuatan pulp dalam suasana
asam. Delignifikasi berlangsung dalam tiga tahap karena reaksi bersifat heterogen.
Universitas Sumatera Utara
15
Delignifikasi awal berlangsung dibawah 1400C, sementara delignifikasi utama
berjalan pada suhu diatas 1400C hingga sekitar 90% lignin terlarut. Tahap akhir
penghilangan lignin disebut delignifikasi sisa. Proses pembuatan pulp yang
dihasilkan dipengaruhi oleh beberapa parameter :
-
Bahan baku
-
Nisbah lindi pemasak terhadap kayu
-
Waktu dan suhu pemasakan
-
Banyaknya dan konsentrasi bahan kimia pemasak
-
Komposisi bahan kimia pemasak
Pada umumnya, nisbah lindi pemasak terhadap kayu lebih tinggi menghasilkan
impregnasi yang baik. Waktu pemasakan sangat erat hubungannya dengan suhu
pemasakan. Biasanya pada suhu tinggi kualitas pulp menurun. Jumlah bahan
kimia yang digunakan dalam pembuatan pulp dapat dinyatakan sebagai
banyaknya alkali yang efektif dan tergantung pada faktor-faktor seperti spesies
kayu, kondisi pemasakan dan sisa lignin yang diperlukan dalam pulp. Konsentrasi
alkali merupakan parameter utama dari pelarutan lignin dan polisakarida.
Konsentrasi natrium hidroksida pada permulaan pemasakan sangat bervariasi 20
hingga 80 g/l (Fengel,1995).
Alkali yang dimasukkan dalam digester adalah untuk melarutkan
komponen atau kotoran yang bukan selulosa yang terdapat dalam kayu.
Bertambahnya jumlah alkali yang dimasukkan akan melarutkan lebih banyak lagi
komponen-komponen
itu
sebaliknya
berkurangnya
jumlah
alkali
yang
dimasukkan akan menyebabkan kayu tidak masak yang berakibat banyaknya kayu
yang bakal terbuang. Harus diingat bahwa untuk penambahan alkali yang terlalu
Universitas Sumatera Utara
16
tinggi, disertai dengan pemasakan pada temperatur tinggi maka dalam digester
proses penghilangan lignin tidak henti-hentinya sehingga bahan kimia pemasak
tadi juga akan menyerang serat selulosa, hal ini akan berakibat lemah dan
rendahnya rendemen pemasakan.
Konsentrasi di white liquor juga merupakan hal yang sangat penting.
Konsentrasi dinyatakan sebagai gram per liter (g/l) dari aktif alkali sebagai Na2O.
Jika konsentrasi white liquor rendah maka proses penghilangan lignin akan
menjadi kurang baik dan jika konsentrasi white liquor tinggi maka serat selulosa
juga akan terserang dan rusak yang berakibat pada rendahnya rendemen pada
pulp. Normal jumlah aktif alkali yang dimasukkan dalam digester berkisar antara
10 - 18% (sebagai Na2O), tergantung dari jenis kayunya, kondisi pemasakan dan
seberapa jauh tingkat penghilangan lignin yang akan dicapai. Untuk
menyelesaikan suatu proses pemasakan pada waktu relatif singkat, biasanya
ditambahkan larutan pemasak atau alkali yang jumlahnya sedikit berlebih.
Kelebihan alkali ini juga bermanfaat untuk menjaga pH dalam digester tidak turun
dibawah yang diizinkan dimana lignin yang terlarut akan meresap atau
menggumpal masuk kembali kedalam serat. Kalau jumlah alkali yang dimasukkan
lebih
banyak
maka
akan
mempercepat
kecepatan
reaksinya.
Dengan
bertambahnya jumlah alkali yang dimasukkan maka akan mengurangi rendemen
pulp karena jumlah hemiselulosa yang terlarut bertambah (Training and
Development Centre, 2002).
Universitas Sumatera Utara
17
2.5. Analisis Titrimetri
Titrimetri atau analisis volumetri adalah salah satu cara pemeriksaan jumlah zat
kimia yang luas pemakaiannya. Hal ini disebabkan karena beberapa alasan. Pada
dasarnya cara titrimetri terdiri dari pengukuran volume larutan pereaksi yang
dibutuhkan untuk bereaksi secara stokiometri dengan zat yang akan ditentukan.
Larutan perekasi ini biasanya diketahui kepekatannya dengan pasti dan disebut
pentiter atau larutan baku. Sedangkan proses penambahan pentiter kedalam
larutan yang akan ditentukan disebut titrasi. Dalam proses itu bagian demi bagian
pentiter kedalam larutan yang akan ditentukan dengan bantuan alat yang disebut
dengan buret sampai mencapai titik kesetaraan. Titik kesetaraan adalah titik pada
saat pereaksi dan zat yang ditentukan bereaksi sempurna secara stokiometri.
Volume pentiter yang terpakai untuk mencapai titik kesetaraan ini disebut volume
kesetaraan. Dengan mengetahui volume kesetaraan, kadar pentiter dan faktor
stokiometri dapat, maka jumlah zat yang ditentukan dapat dihitung dengan
mudah.
Saat terjadinya perubahan warna indikator dalam proses titrasi disebut titik
akhir titrasi. Pada saat titik akhir titrasi tercapai, titrasi harus dihentikan. Makin
kecil perbedaan antara titik akhir titrasi dengan titik kesataraan, makin kecil
kesalahan titrasi. Agar proses titrasi dapat berjalan dengan baik sehingga
memberikan hasil pemeriksaan yang teliti dan tepat, maka persyaratan berikut
perlu diperhatikan dalam setiap titrasi :
1. Interaksi antara pentiter dan zat yang ditentukan harus berlangsung secara
stokiometri dengan faktor stokiometrinya berupa bilangan bulat.
2. Laju reaksi harus cukup tinggi agar titrasi berlangsung dengan cepat
Universitas Sumatera Utara
18
3. Interaksi antara pentiter dan zat yang ditentukan harus berlangsung secara
terhitung. Reaksi harus sempurna pada titik kesetaraan.
2.6. Larutan Baku
Beberapa larutan baku dapat dibuat secara langsung dengan melarutkan sejumlah
zat murni didalam pelarut sampai volume tertentu. Zat-zat yang dapat digunakan
sebagai zat baku utama harus memenuhi persyaratan berikut :
1. Zat itu harus sangat murni atau harus dapat dimurnikan.
2. Susunan kimia zat itu harus tepat sesuai dengan rumusnya, tidak boleh
berubah susunan kimianya pada saat pengeringan dengan suhu tinggi dan
tidak boleh menyerap air dan karbondioksida dari udara.
3. Zat itu harus bereaksi dengan zat yang ditentukan secara stokiometri, cepat
dan terukur.
4. Harus mempunyai bobot tara yang tinggi, karena zat seperti ini akan
diperlukan dalam jumlah yang besar sehingga kesalahan penimbangan
akan menjadi lebih kecil.
Zat-zat yang memenuhi syarat tersebut sebagai zat baku utama tidak banyak
jumlahnya. Karena itu larutan pentiter
biasanya dibuat dari zat yang tidak
memenuhi semua persyaratan diatas (Rivai, 1995).
Suatu indikator merupakan asam atau basa lemah yang berubah warna
diantara bentuk terionisasinya dan bentuk tidak terionisasinya. Kisaran
penggunaan indikator adalah 1 unit pH disekitar nilai pKanya. Sebagai contoh
fenolftalein (pp), mempunyai pKa 9,4 maka perubahan warna antara pH 8,4 10,4. ( Rohman, 2007).
Universitas Sumatera Utara