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.
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
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).
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)
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
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).
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
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
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
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
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.
15 Delignifikasi awal berlangsung dibawah 140 0 C, sementara delignifikasi utama berjalan pada suhu diatas 140 0 C 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
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).
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
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).