BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Tumbuhan Eukaliptus Semua tanaman yang mengandung serat dapat digunakan sebagai bahan baku pulp, tetapi efisiensi tidaknya tergantung pada kandungan seratya. Dalam penyediaan bahan baku yang penting diketahui adalah potensi sifat dari pertumbuhan dan populasinya karena sifat tersebut akan memegang peranan penting dalam kesinambungan bahan baku tersebut. Bahan baku pulp dikelompokkkan kedalam kelompok tumbuhan berkayu (wood) atau tumbuhan bahan baku (nonwood). Tumbuhan berkayu dikelompokkan kedalam dua kelompok yaitu, tumbuhan kayu berdaun lebar (hardwood) dan tumbuhan kayu berdaun jarum (softwood). Tumbuhan berdaun jarum sering disebut kayu jarum yaitu, jenis kayu yang berasal dari pohon yang daunnya berbebtuk jarum. Jenis ini selalu hijau disepanjang tahun (evergreen) dan tidak menggugurkan daunnya. Tumbuhan jenis ini tergolong dalam ordo Coniferalis dari subdivisio Gymnospermae. Contonya Pinus Merkusii. Tumbuhan kayu berdaun lebar sering dsebut kayu daun yaitu jenis kayu yang berasal dari kayu berdaun lebar. Umumnya kayu ini menggugurksn daunnya pada musim kemarau. Dalam sistematika, tumbuhan kayu daun lebar tergolong kelas Dycotiledoneae dari sub division Angyospermae. Contonya Eukaliptus alba, albizzia sp, Acasia mangum.(dumanauw,1990)

2 2.1 Kayu Kayu merupakan sumber serat utama untuk pembuatan pulp dan kertas, disamping non kayu. Hampir 93% kebutuhan serat virgin dunia diperoleh dari kayu tersebut. Menurut ahli botani, kayu dikelompokkan menjadi dua kelompok utama, yaitu kayu jarum (soft wood) atau Gymnospermae dan kayu daun lebar (hard wood) atau Angiospermae.Perbedaan yang paling penting dari kedua jenis kayu tersebut terletak pada panjang seratnya, dimana kayu jarum memiliki panjang serat 1-1,5 mm dan diameter 22µm, sedangkan kayu jarum memiliki panjang serat rata-rata 3-5mm dengan diameter serat 4,0µm. Kayu daun lebar merupakan tanaman berdaun lebar yang memiliki daun sempurna, yaitu terdapatya tanggkai daun, tulang daun, dan helai daun. Para ahli pembuat kertas umumya menjadikan pulp kayu daun untuk menyempurnakan formasi dari kertas yang akan dibuat. Kayu daun memiliki kelebihan yaitu serat yang pendek yang akan memberikan formasi kertas yang lebih baik daripada pulp kayu jarum. Kayu tersusun atas sel-sel yang memanjang, kebanyakan diantaranya berorientasi dalam arah longitudional batang. Mereka dihubungkan satu dengan lainnya melalui pintupintu yang dinyatakan sebagai noktah. Sel-sel ini bentuknya bervariasi tergantung pada fungsinya, memberikan kekuatan mekanik yang diperlukan oleh pohon, dan juga melakukan fungsi pengangkut cairan maupun penyimpan persediaan cadangan makanan. Struktur makroskopis kayu seperti terlihat dengan mata. Empelur yang terletak dipusat dapat dilihat sebagai garis setiap batang atau cabang.(harjono, 1995).

3 2.2 Tanaman sebagai Bahan Baku Tabel 2.1. Komposisi Typical Chemical Antara Hardwood dan Softwood Komponen Softwood Hardwood Selulosa 42 ± 2% 42 ± 2% Hemiselulosa 27 ± 2% 30 ± 5% Lignin 27 ± 2% 20 ± 4% Ekstractif 3 ± 2% 5 ± 3% (PT.TPL,2002) Kayu merupakan bahan mentah yang sangat tua. Beribu-ribu tahun yang lalu, ketika hutan lebat menutupi kawasan yang luas di permukaan bumi, orang-orang primitif menggunakan kayu untuk bahan bakar dan perkakas. Karena kayu merupakan bahan alami, berfungsi sebagai penguat batang, cabang dan akar dari pohon atau tanaman lainnya, ia akan kembali pada daur ulang alami setelah menunaikan fungsinya dan terdegradasi menjadi unsur-unsur dasarnya. Selama periode prasejarah dan sesudahnya kayu tidak hanya digunakan untuk bahan bangunan tetapi semakin penting sebagai bahan mentah kimia untuk pembuatan arang, ter, dan getah, serta kalium. Produk paling penting dari pengolahan kayu secara kimia adalah pulp. Dalam tahun 1980 pulp yang dihasilkan seluruh dunia mencapai 123 ton. Dalam periode yang sama konsumsi total kertas dan karton adalah 170 ton dan dari jumlah tersebut lebih dari 25% dihasilkan dari kertas bekas, hal ini menunjukkan bahwa daur ulang merupakan faktor yang sangat penting dalam penggunaan bahan mentah secara ekonomis. Persoalan ekonomi dan lingkungan merupakan sebab adanya perubahan proses pembuatan pulp dan pengelantangannya. Kimia kayu dan komponen-komponennya tidak dapat dipisahkan dari strukturnya. Kayu tidak hanya merupakan senyawa kimia, jaringan anatominya atau bahan tetapi

4 merupakan gabungan ketiganya. Sepanjang menyangkut komponen kimia kayu, maka perlu dibedakan antara komponen-komponen makromolekul utama dinding sel selulosa, poliosa ( hemiselulosa) dan lignin yang terdapat pada semua kayu dan komponen-komponen minor dengan berat molekul kecil ( ekstraktif dan zat-zat mineral) yang biasanya berkaitan dengan jenis kayu tertentu dalam jenis dan jumlahnya. Perbandingan dan komposisi kimia lignin dan poliosa pada kayu lunak dan kayu keras, sedangkan selulosa merupakan komponen yang seragam pada semua kayu. (Fengel,1995) 2.3. Komponen kimia bahan baku Selulosa Selulosa merupakan bahan dasar pulp dan kertas dengan rumus molekul (C 6 H 10 O 5 )n dengan berat molekul atau lebih. Selulosa merupakan komponen kimia terbesar di dalam dinding sel, biasanya 40-50% dari berat kering kayu dan lokasi sellulosa terbesar terdapat pada lapisan sekunder diding sel. Selulosa merupakan komponen struktural dinding serat bersama-sama dengan hemiselulosa dan lignin. Senyawa ini sangat diharapakan 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 serta relatif tahan terhadap bahan-bahan kimia. Pembuatan pulp (kertas), degradasi selulosa harus terjadi seminimal mungkin supaya diperoleh rendemen pulp yang tinggi dan sifat fisik yang baik. Degradasi sellulosa dapat terjadi selama proses pembuatan pulp oleh larutan alkali dan asam. Reaksi selulosa utama merupakan reaksi yaitu pemutusan ujung pereduksi sellulosa pada suhu 70 0 C dan pemutusan gugus asetil secara acak diatas suhu C Hemiselulosa Hemiselulosa adalah polimer karbohidrat dengan rantai bercabang dan lebih pendek dibandingkan dengan selulosa. Hemiselulosa sebenarnya merupakan senyawa kimia yan

5 identik dengan fraksi beta dan gama selulosa. Hemiselulosa merupakan polisakarida yang bukan selulosa yang tersusun dari senyawa karbon yang berjumlah 5 atau 6. Kandungan hemisellulosa dalam pulp akan mempermudah pelunakan dan pembentukan fibril serat (fibrilation) selama penggilingan. Hal ini disebabkan oleh struktur non kristal, BM yang rendah dan rantai yang bercabang. Struktur non kristal menyebabkan hemiselulosa lebih reaktif terhadap alkali dan hidroksi asam dibanding dengan selulosa. (Haygreen, 1989) Lignin Lignin adalah suatu polimer kompleks dengan BM tinggi (terdiri dari satuan fenil propana). Sifat senyawa ini sangat stabil dan sulit untuk dipisahkan serta mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Lignin terdapat dalam lamela tengah dan dinding sel yang berfungsi sebagai perekat antar sel. Pada pembuatan pulp, lignin dapat dilarutkan oleh hidrolisa asam pada proses sulfide, 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 Senyawa-senyawa Organik Ekstraktif adalah senyawa kimia dengan bahan molekul rendah yang dapat larut dalam air dan pelarut organik. Pada umumnya kadar zat-zat senyawa yang terkandung dalam bahan baku non wood lebih tinggi daripada kayu daun dan kayu jarum. Zat ekstraktif terdiri dari bahan yang mudah menguap seperti terpentin, resin, asam lemak, fenol karbohidrat 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

6 pelarut organik yaitu tannin, asam lemak, resin, dan terpen. Pelarut organik yang biasa digunakan yaitu : Petrolium eter, methanol, alkohol benzena, dan etanol benzene Mineral Mineral atau senyawa anorganik di dalam kayu mempunyai kadar kurang dari 1%. Di dalam pulp senyawa ini kadang- kadang masih terkandung yang berasal dari bahan baku, bahan kimia,dan air. Untuk mengetahui kadar mineral dalam pulp dilakukan pengabuaan dimana abu tersebut terdiri dari garam-garam karbonat, fosfat, oksalat, sulfat, dan sisanya merupakan senyawa logam seperti besi, kalsium, tembaga dan mangan. Abu yang tidak larut dalam HCL 6 M biasanya mengandung banyak silikat terutama dalam bahan baku bukan kayu. Adanya abu dalam pulp akan mengganggu pada hasil atas kualitas kertas.(anonim.1998). 2.4 Jenis Jenis Kayu Jenis kayu yang banyak digunakan dalam pembuatan pulp adalah : 1. Kayu Lunak Kayu Lunak (soft wood) adalah kayu dari tumbuhan konifer contohnya pohon pinus. Secara khasnya kayu lunak tersusun atas serat-serat yang panjang, maka kayu lunak merupakan bahan baku kelas prima pada pembuatan kertas yang kuat. (Sjostrom E,1995). 2. Kayu Keras Kayu keras (hard wood), adalah kayu dari tumbuhan yang menggugurkan daunnya setiap tahun. Kayu yang dibentuk oleh jenis pohon kayu keras sangat berbeda dengan yang dibentuk oleh jenis-jenis kayu lunak. Kayu lunak memiliki susunan yang seragam dengan sedikit tipe sel, dan sering gambaran kayunya tidak jelas. Kayu keras dilain pihak, tersusun atau jenis-jenis sel yang sangat berbeda dengan variasi proporsi yang luas dan karenanya sering menjadi unik dan bahkan memiliki gambaran kayu yang sangat indah. Karena

7 gambaran unik yang banyak dimiliki oleh spesis-spesis kayu keras tersebut banyak digunakan untuk perabot rumah tangga, panil, dan tujuan-tujuan dekoratid yang lain. ( Haygreen,J.G) 2.5 Proses Recausticizing Reaksi pokok yang terjadi dalam sistem recausticizing adalah sangat sederhana, lime bereaksi dengan air untuk membentuk Calsium Hidroksida (CaOH) 2 dan secara berkesinambungan bereaksi dengan Sodium Carbonate (Na 2 CO 3 ) yang ada dalam green liquor untuk membentuk Sodium Hidroksida ( NaOH) dan Calsium Carbonate (CaCO 3 ). Reaksinya terjadi begitu cepat, kira-kira 80% reaksi recausticizing terjadi dalam waktu 10 menit. Dalam green liquor selain Sodium Carbonate juga terdapat Sodium Sulfida, yang banyak berpengaruh dan harus dipertimbangkan dalam sistem Sodium Sulfida ini akan terhidrolisis membentuk Sodium Hidroksida dan Sodium Hidrosulfida. Ion-ion hidroksil yang terjadi akan menghambat reaksi recausticizing. Untuk mencapai CE 80% dibutuhkan waktu yang agak lama, waktu minimum yang diperlukan agar reaksi recausticizing komplit adalah 90 menit. Reaksi ini akan berlangsung dalam 4 buah tangki caustising yang dilengkapi dengan agitator untuk mempercepat reaksi. Dari reaksi recausticizing, untuk menghasilkan 80 kg Sodium Hidroksida dibutuhkan 50 kg CaO (100 %). Apabila jumlah kapurnya kurang maka white liquor yang dihasilkan akan mempunyai aktif alkali (100 %). Apabila jumlah kapurnya kurang maka white liquor yang dihasilkan akan mempunyai aktif alkali ( NaOH + Na 2 S) yang rendah, sebaliknya apabila kapurnya terlalu banyak maka akan mempersulit pengendapan dan penyaringan karena Calsium Hidroksida banyak terdapat dalam lime mud.

8 Selain reaksi kimia dan reactor untuk reaksinya, pada sistem operasi recausticizing juga meliputi sistem pemisahan liquor dengan solid, operasi pemisahan liquor / solid 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 Tujuan dari proses recausticizing adalah merubah Natrium Karbonat (Na 2 CO 3 ) menjadi Natrium Hidroksida (NaOH) dan memmbersihkan berbagai kotoran yang berasal dari tungku pembakaran(pembakaran kapur pada lime kiln). 2.6 Sifat- Sifat Lindi Putih sebagai bahan pemasak. 1. Natrium Hidroksida ( NaOH ) Natrium Hidroksida ( NaOH ) merupakan zat padat yang berwarna putih. NaOH bila dilarutkan dalam air akan terionisasi dan terpecah menjadi ion. Hal ini karena NaOH adalah bersifat basa kuat. Sifat- Sifat Natrium : a). Mudah larut dalam air sambil mengeluarkan panas b). Higroskopis ( menyerap air dari udara ) c). Korosif d). Berbentuk kristal putih, dan e). Membirukan kertas lakmus merah Pada pembuatan pulp larutan NaOH berfungsi untuk melarutkan lignin dan ekstraktif lainnya yang terdapat dalam bahan baku kayu, sehingga serat selulosa terlepas dari ikatannya. Keuntungan menggunakan larutan NaOH adalah lebih cepat bereaksi dengan lignin sehingga waktu yang dibutuhkan untuk pemasakan lebih singkat. Selain itu NaOH dapat

9 digunakan sebagai bahan pemasak untuk pembuatan pulp dari bahan baku non kayu dan harganya juga lebih murah. 2. Natrium Sulfida ( Na 2 S) Natrium Sulfida (Na 2 S) adalah senyawa yang sangat mudah teroksidasi, oleh karena itu zat ini banyak dimanfaatkan terutama situasi dimana diperlukan bahan pereduksi yang tidak terlalu kuat, misalnya untuk pemutihan wol, sutra dan sebagai anti klor sesuai pemutihan benang tenun, testil dan kertas sebagai pengawet bahan makanan. Sekitar 60% bahan yang diperdagangkan digunakan dalam industri kertas. Natrium Sulfida dalam proses pemasakan chip berfungsi untuk : a). Mengurangi kerusakan pada karbohidrat dan memberikan hasil yang lebih tinggi serta kekuatan pulp yang lebih tinggi. b). Mempercepat terjadinya reaksi antara NaOH dengan lignin lewat penurunan energi aktifasi reaksi. 3. Natrium Karbonat ( Na 2 CO 3 ) Pada proses pembuatan pulp larutan Natrium Karbonat ini merupakan make up atau pengotor pada larutan pemasak ( White Liquor) dimana larutan Natrium Karbonat ini merupakan alkali yang tidak aktif pada proses pemasakan chips. Akan tetapi melalui proses recausticizing Natrium Hidroksida (NaOH) dengan penambahan Kalsium Karbonat (CaCO 3 ) pada pengapuran di lime kiln. Dimana Natrium Hidroksida yang dihasilkan ini akan digunakan sebagai larutan pemasak utama untuk proses pemasakan chip selanjutnya. Berikut ini adalah tahapan-tahapan pada proses recausticizing : a.melarutkan lelehan (smelt) yang keluar dari ruang bakar (recovery boiler) kedalam dissolving tank dengan lindi hijau (green liquor) encer. b.penjernihan lindi hijau (green liquor) dan dreg dipisahkan.

10 c.lindi hijau green liquor) yang sudah jernih direaksikan dengan kapur/lime (CaO) menjadi lindi putih (white liquor). d.lindi putih (white liquor) dijernihkan dengan cara memisahkan lumpur kapur/lime mud (CaCO 3 ) dan selanjutnya siap digunakan untuk pemasakan pulp. (Anonim,2002) Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi recausticizing : 1. Suhu Bila suhu <70 0 C reaksi sangat lambat dan bila > C, bisa terjadi gejolak atau percikan didalam lime slaker 2. Tekanan Tekanan disesuaikan dengan tekanan atmosfer. 3. Kapur berlebih Reaksi causticizing merupakan reaksi berkesinambungan dan mempunyai efisiensi causticizing. Bila kapur terlalu berlebihan, akan mengakibatkan kecepatan pengendapan lumpur kapur ( CaCO 3 / lime mud) menurun dan apabila penambahan kapur berkurang maka efisiensi reaksi causticizing menurun. 4. Waktu tinggal Dengan pengaturan kondisi-kondisi yang baik diatas (1,2,3) dan apa yang ditambhakan cukup baik berlangsung selama 6-10 menit. 2.6 Komposisi Cairan Pemasak (White Liquor) dan Reaksi-reaksi yang Terjadi Cairan pemasak berisi NaOH dan Na 2 S dengan perbandingan molekulnya: 5 NaOH : 2 Na 2 S, dimana ph 13,5-14,0. Pada pembuatan pulp, biasanya bahan kimia akan didapatkan kembali melalui proses daur ulang (Chemical Recovery).

11 Reaksi yang terjadi dalam larutan yaitu: Na 2 S + H 2 O NaSH + NaOH Perhitungan bahan kimia dinyatakan dalam Na 2 O pada umumnya hanya di SCAN dinyatakan dalam NaOH. Penentuan alkali efektif dapat dilakukan dengan mendeteksi basa dengan asam sampai ph = 9. Reaksi akan bergeser kekanan sehingga dapat dihitung alkali efektif yang dinyatakan sebagai Na 2 O. jadi alkali yang dideteksi adalah NaOH sebagai NaOH yang diekivalenkan setengah dari jumlah Na 2 O. (Training and Development Centre, 2005) 2.7 Istilah-istilah pada Recaust : 1. Total alkali : Jumlah dari garam-garam Na yang terkandung dalam liquor. 2. Total titratable alkali : Jumlah dari NaOH, Na 2 S, Na 2 CO 3 3. Active alkali : Jumlah dari NaOH dan Na 2 S 4. Effective alkali : Jumlah dari NaOH dan ½ Na 2 S 5. Causticizing efficiency (causticity) : % CE = 6. Sulfidity : % S = x 100% 7. Degree of reduction : perubahan sodium sulfate menjadi sodium sulfide : % Reductoin : x 100 %

12 8. Green liqour : Adalah liqour yang diperoleh dengan mengencerkan smelt dari ruang bakar recovery boiler dengan weak wash dari proses recausticizing. Yang terdiri dari :Na 2 CO 3, Na 2 S, NaOH, dan sedikit Na 2 SO White liqour : Jika green liqour direaksikan dengan kapur maka akan menghasilkan white liqour. Kandungan utamanya adalah : NaOH,dan Na 2 S, dan sedikit Na 2 CO Weak wash : Diperoleh dari hasil pencucian lime mud dari pemurnian white liqour. Weak wash diperlukan untuk mengencerkan smelt dari recovery boiler untuk menghasilkan green liqour. 11. Clarity : Merupakan ukuran kejernihan daripada liqour terhadap suspended solid. Pengukurannya dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut turbidity meter. 12. Density : Menyatakan banyaknya suatu padatan yang terdapat dalam larutannya. Diukur dalam satuan berat per volume. 13. Dregs : Adalah kotoran-kotoran yang tidak terlarut yang terdapat dalam green liqour seperti halnya carbon yang tidak terbakar, garam-garam besi, dan beberapa zat-zat lain yang ada dalam smelt yang meninggalkan ruang bakar recovery. Bentuknya sangat ringan, berwarna hitam, dan sangat sulit untuk diendapkan dan dikeringkan.

13 14. Lime mud : Berupa endapan/padatan yang terjadi ketika green liqour berreaksi dengan lime (kapur). Umumnya sebagai CaCO 3 dan setelah pencucian dan pengeringan selanjutnya diumpankan ke lime kiln. 15. Reburnt lime : Adalah produk yang dihasilkan dari lime kiln. Lime mud selama proses calcining akan menghasilkan burnt lime yang berupa calsium oksida. 16. Slaked lime : Diperoleh ketika lime berreaksi dengan air : CaO + H 2 O Ca(OH) 2 + panas Ca(OH) 2 disebut slaked lime. 17. Make up chemical : Jumlah dari bahan kimia yang baru, seperti NaOH, Na 2 S, atau Na 2 SO 4 yang ditambahkan menggantikan bahan-bahan kimia yang hilang dalam system.