BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.4. Bleaching ( Pengelantangan)
Warna pada pulp yang belum diputihkan umumnya disebabkan 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. Oleh karena itu, proses pemasakan agar benar-benar cukup dimana proses penghilangan lignin dengan bahan kimia, umumnya memiliki suatu dampak terhadap dekomposisi dari lignin.
Pada normalnya proses penghilangan lignin adalah melarutkan pulp ke bentuk yang larut dalam air. Penghilangan bentuk-bentuk lignin merupakan kehilangan sebahagian dari hasil pada proses pemutihan, yang mana ini adalah antara 5% sampai dengan 10% (dihitung mulai dari pulp yang telah selesai dimasak), tergantung pada metode pemasakan dan sasaran brighness dari pulp.
Lignin pada pulp kelihatan dalam berbagai macam bentuk tergantung kepada kondisi-kondisi proses pulp yang berlangsung. Lignin ini sangat reaktif yang berarti bahwa ini mudah dipengaruhi oleh bahan kimia seperti klorin (Cl2), hipoklorit (OCl), hidrogen peroksida (H2O2), dan lain-lain.Kemudian molekul lignin terurai menjadi partikel-partikel yang lebih kecil yang larut dalam air, dan dapat dihilangkan dari pulp. Variabel-variabel dasar pada proses pemutihan adalah bahan kimia, kekuatan, waktu, temperatur, dan pH.
2.4.1. Bahan Kimia Proses Pemutihan (Bleaching) 1.Sodium Hidroksida (NaOH)
Pada saat klorin bereaksi dengan lignin dan resin, sebahagian besar saja yang dihasilkan tersebut larut dengan air. Karena klorinat lignin dan resin sangat mudah larut dalam larutan alkali, perlakuan alkali menyusun setelah proses korinasi. Sodium Hidroksida (NaOH) (caustic soda) merupakan salah satu alkali kuat yang ada. Ini merupakan bahan kimia yang dapat menyebabkan luka bakar pada kulit. Penanganan caustic soda harus memperhatikan keseluruhan tindakan pencegahan. Pada proses pemutihan normalnya digunakan alkali encer dengan konsentrasi kira-kira 120 gram/Liter.
2.Oksigen (O2)
Gas oksigen (O2) digunakan seabagai suatu zat pemutih bersama-sama dengan alkali pada tahap ekstraksi. Gas oksigen (O2) memperkuat sifat-sifat pulp yang diputihkan. Hal ini membuat berkurangnya emisi yang dapat mengganggu terhadap lingkungan.
3.Sodium Hipoklorit (NaOCl)
Hipoklorit (NaOCl) adalah persenyawaan klorin yang pertama digunakan untuk proses pemutihan (biasanya disebut”hypo”). Rumus kimia sodium hipoklorit adalah NaOCl. Sodium hipoklorit (NaOCl) dibuat dari klorin (Cl2) dan caustic soda. Senyawa ini merupakan larutan yang sangat tidak stabil dan cenderung terurai yang meningkat dengan kenaikan konsentrasi dan temperatur serta berkurangnya sifat alkali. Hipoklorit (OCl) biasanya dibuat dengan konsentrasi alkali yang berlebihan (kira-kira 4 gr/liter) untuk menjaga kesetabilan larutan.
Kandungan klorin(Cl2) pada larutan hipoklorit (OCl) diperkirakan sebesar 40-44 gr/liter. Tujuan utama perlakuan dengan mengunakan hipoklorit (OCl) adalah untuk meningkatkan brightness pada pulp. Ini dicapai dengan tindakan oksidasi dari hipoklorit (OCl) pada lignin dan bahan-bahan berwarna yang lain yang terdapat pada pulp dengan cara mengubahnya menjadi tidak berwarna. Bagaimanapun reaksi ini, sangat serius merusak serat selulosa kecuali bila kondisi-kondisi operasi seperti pH, temperatur, waktu tinggal, dan jumlah hipoklorit (OCl) yang digunakan dikendalikan secara hati-hati. Degredasi ini dikendalikan bertujuan untuk mencapai kekuatan pulp yang dikehendaki (kendala viskositas).
4.Klorin Dioksida (ClO2)
Klorin dioksida (ClO2) adalah salah satu bahan kimia pengoksidasi kuat, kerja dari proses pemutihan ini umumnya dengan cara oksidadi terhadap lignin dan bahan-bahan berwarna yang lainnya. Ini digunakan untuk memutihkan pulp yang berkualitas sebab ini memiliki keunikan yang sanggup mengoksidasi yang bukan selulosa dengan kerusakan pada selllulosa (C6H10O5)n yang minimum. Brightness tinggi yang dihasilkan dengan klorin dioksida adalah stabil. Pada bleaching plant, klorin dioksida(ClO2) digunakan sebagai suatu larutan gas dalam air (Sirait,2003).
5.Hidrogen peroksida (H2O2)
Bahan kimia pengelantang yang utama dan praktis satu-satunya dengan sifat-sifat oksidatif yang digunakan untuk pengelantang yang melindungi lignin adalah hidrogen peroksida atau garam natriumnya yaitu natrium peroksida. Hidrogen peroksida merupakan asam lemah dan bagian-bagian pengelantang yang aktif adalah anion peroksida nukleofil (H2O-), yang menyerang struktur-struktur karbonil yang mengubah mereka menjadi sistem-sistem yang kurang bersifat kromofor tanpa terjadi degradasi yang ekstensif dan pelarutan lignin.
Dalam praktek, pengelantangan peroksida dilakukan pada suhu 50-60oC dan harga pH awal sekitar 11, yang pada bagian akhir akan turun menjadi sekitar pH 9. Untuk mencegah peruraian peroksida, yang terjadi dengan adanya ion-ion logam berat perlu menambah penstabil yaitu magnesium silikat. Pada kondisi-kondisi yang dioptimasi dapat diperoleh kenaikan derajat putih ISO sekitar 20%. (Sjostrom, E.1995)
2.4.2.Tahap – Tahap Proses Pemutihan (Bleaching)
Operasi pemutihan (Bleaching) terdiri dari 4 tahap, untuk 2 tahap yang pertama pada BKP dan DKP adalah sama, tahap pertama adalah perlakuan pengolahan terhadap pulp dengan menggunakan Khlorine Dioksida (ClO2) yang diikuti dengan Ekstraksi oleh Kaustik/Oksigen pada tahap yang kedua. Pemutihan (Bleaching) pada tahap ketiga dan keempat pada BKP adalah perlakuan dengan Khlorine Dioksida (ClO2). Untuk DKP tahap yang ketiga adalah perlakuan pengelolahan dengan Klorin Dioksida (ClO2) yang diikuti dengan sodium Hypo-Khlorite (NaOCl) pada tahap yang terakhir.
Pulp dari bagian pemutihan (Bleaching) disimpan di dalam Bleach High Density Stored Tower dengan konsistensi 12%.Pulp tersebut kemudian dikirim ke unit penyaringan dan Centri-Cleaner sebelum dijadikan ke dalam bentuk lembaran pada pulp machine dan dikeringkan di dalam sebuah alat pengeringan dengan nama Air Borne Flakt Drier, sesudah itu, lembaran tersebut dipotong-potong, ditimbang, dibungkus, diikat dengan kawat dan diberi tanda serta disimpan di Gudang.
Cairan lindi hitam (Black Liquor) berkonsentrasi rendah yang berasal dari unit pencucian dipekatkan dengan menggunakan Evaporator jenis failling film plate dan Konsentrator. Cairan yang sudah dipekatkan dengan konsentrasi 65% padatan selanjutnya dibakar didalam sebuah Ketel Uap dan pemutih bahan kimia. Uap air tekanan tinggi diproduksi dengan membakar bahan organik yang dapat di dalam cairan, ini digunakan untuk menghasilkan sumber elektrik pada Turbo Generator dan kelebihan steam digunakan untuk tujuan pemanasan pada proses (PT TPL,2002)
Pengelantangan modern biasanya dilakukan dengan rangkaian tahap-tahap dengan menggunakan bahan kimia dan kondisi yang berbeda pada masing-masing
stage.Biasanya perlakuan bahan-bahan kimia dituliskan dengan simbol-simbol berikut seperti dibawah ini:
1. Klorinasi (C), yaitu reaksi dengan klorin dalam media asam 2. Ekstraksi alkali (E), yaitu pelarutan hasil reaksi dengan kaustik. 3. Ekstraksi Oksidasi (EO).
4. Ekstraksi Oksidasi yang diperkuat dengan peroksida
5. Hipoklorit (H), yaitu reaksi dengan hipoklorit dalam media alkali 6. Klorin dioksida (DO),reaksi dengan klorin dioksida dalam media alkali 7. Oksidasi (O) yaitu reaksi dengan oksigen dalam media alkali.
Pada tahap klorinasi, lignin diklorinasi menjadi khlorolignin ( yang akan menjadi terlarut pada tahap ekstraksi ), sehingga proses delignifikasi terjadi.
Untuk mencapai pengelantangan penuh dengan derajat putih (brightness) 89-90% ISO,mula-mula pengelantangan dilakukan dengan 4 stage yaitu DO-EO-D1-D2..
Tahap I, Klorin Dioksida (Do)
Pulp hasil pencucian dan pennyaringan dialirkan dengan stock pump menuju unbleach tower yang berkapasitas 2000 m3. Klorin dioksida (ClO2) dicampur didalam stock tank kemudian dialirkan keunbleach tower. Campuran pulp dengan bahan kimia ClO2 (klorin dioksida) dialirkan ke blow stock blending tank, dan didalamnya campuran pulp dan bahan kimia tersebut akan bereaksi. Kemudian pulp dipompakan menuju Do tower(menara klorinasi) melalui sebuah pipa. Dan didalam pipa, ClO2 (klorin dioksida) diinjeksikan lagi dan juga terdapat mixer untuk mencampurnya.
Campuran bahan kimia dan pulp ini masuk kedalam Do tower yang berkapasitas 335 m3, pada bagian bawah dan keluar melalui bagian atas.
• Temperatur reaksi : 60-65oC
•Brightness akhir : 55-60% ISO
• Waktu : ± 45 menit
• pH reaksi : 2-4
1. Tahap II, ekstraksi oksidasi Peroksida( E/O/P)
Konsistensi pulp pada tahap ini adalah 10% dan alkali/caustic soda (NaOH (sodium hidroksida)) akan ditambah sebelum pulp masuk ke ekstrak tower atau menara ekstraksi. Jumlah NaOH (sodium hidroksida) yang ditambahkan diatur melalui katub PH. Bahan kimia yang digunakan adalah NaOH (Sodium Hidroksida), O2 (oksigen), H2O2 (peroksida).
• Temperatur reaksi : 70-75 oC
• Brightness akhir : 65-75% ISO
• Waktu : 45-60 menit
• PH reaksi : 10,8-11
2. Tahap III, Dioksida I (DI)
Tahap lanjutan ini juga memakai klorin dioksida (ClO2) sebagai bahan pengelantang dan NaOCl ( sodium hipoklorit) juka diperlukan. Tujuan utama dalah untuk menaikkan brightness pulp sesuai dengan target yang ingin dicapai.
• Temperatur reaksi : (HYPO) 40- 50 oC (ClO2) 78- 80oC
• Brightness akhir : 85-88% ISO
• Waktu : 180 menit
• pH reaksi : 3,0-3,5
3. Tahap IV, Peroksida (DII)
Pulp dari tahap dioksida pertama diproses selanjutnya ditahap peroksida (H2O2). Prinsip perlakuan kimia pada tahap ini sama dengan tahap dioksida pertama. Tujuannya adalah untuk penyempurnaan kemurnian pulp dan tercapainya brightness pulp. Bahan kimia yang dipakai juga menggunakan ClO2 (Klorin dioksida).
• Temperatur reaksi : 78-80oC
• Brightness akhir : 89-90% ISO
• Waktu : 240 menit
• pH reaksi : 3,0-3,5
2.4.3.Pemutihan Menggunakan Klorin dioksida (ClO2)
Warna dari pulp yang belum diputihkan umumnya disebabkan oleh lignin yang tersida di dalam pulp setelah proses pemasakan.Penghilangan lignin dapat lebih banyak pada proses pemasakan, tetapi akan mengurangi hasil yang banyak sekali dan merusak serat, sehingga menghasilkan kualitas pulp yang rendah.
Klorin dioksida (ClO2) adalah salah satu bahan kimia pengoksidasi yang kuat, berwarna hijau kekuning-kuningan pada konsentrasi tinggi warnanya berubah menjadi
orange, dapat larut dengan air dingin, merupakan campuran yang terdiri dari air dan ±16% Cl2 memiliki titik beku -59oC , dan titik didihnya +11oC. Kerja dari cara proses pemutihan ini umumnya dengan cara mengoksidasi lignin dan bahan-bahan berwarna lain yang terdapat didalam pulp. Digunakan untuk memutihkan pulp yang berkualitas sebab dapat mengoksidasi bahan yang bukan merupakan selulosa dengan kerusakan pada selulosa yang minimum, dan brightness tinggi yang dihasilkan dengan klorin dioksida (ClO2) adalah (Sirait,2003).
Tabel 2.2. Sifat-sifat fisis Klorin Dioksida
No. Sifat-sifat fisis Nilai
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Berat molekul Titik leleh (oC) Titik didih (oC) Densitas (gr/cm3) Pada temperatur -56oC Pada temperatur 11oC Entalpi
Pada temperatur 298,15oK(kj/mol) Pada temperatur 298,15oK (Kcal/mol)
Energi bebas
Pada temperatur 298.15oK (kj/mol) Pada temperatur 298.15oK (Kcal/mol)
Energi potensial Pada PH 4-7 (V) 67,46 -59 11 1.765 1.620 102.6 24,5 120.6 28.8 0,95
Sumber : Module Bleaching PT.Toba Pulp Lestari,Tbk Tahun 2003
Selain dari sifat-sifat fisis diatas, klorin dioksida (ClO2) juga memiliki sifat-sifat kimia yang dominan, yaitu:
1. Klorin dioksida (ClO2) merupakan oksidator yang kuat 2. Memiliki reaktivitas yang tinggi dalam fase gas
3. Reaksinya sangat lambat terhadap karbohidrat (C6H12O6) 4. Dalam bentuk murni cenderung terurai dan mudah meledak 5. Dalam pulp, klorin dioksida (ClO2) hanya bereaksi dengan lignin
2.4.4.Proses Kimiawi Pemutihan Dengan Klorin Dioksida (ClO2)
Klorin dioksida (ClO2) dapat dibuat dari Natrium Klorat (NaClO3) dengan adanya senyawa-senyawa pereduksi, misalnya Belerang dioksida (SO2):
2NaClO3 + H2SO4 2 ClO2 + 2NaHSO4
Pada saat pulp diberikan perlakuan dengan klorin dioksida (ClO2), ini bereaksi dengan air dan komponen-komponen pulp, umumnya lignin dan resin melengkapi reaksi. Klorin dioksida (ClO2) bereaksi dengan air sesuai dengan persamaan reaksi berikut ini :
2ClO2 + H2O HClO + HClO2
Reaksi ini lambat pada kondisi asam, agak baik pada temperatur tinggi, akan tetapi kecepatan reaksi meningkat dengan suatu kenaikan terhadap pH 1. Asam klorat (HClO3) tidak reaktif diatas pH 6, akan tetapi ini menjadi suatu zat pemutih yang efektif seperti berkurangnya pH dan sangat reaktif dibawah pH 3.
Bagaimanapun, kecepatan reaksi antara klorin dioksida (ClO2) dan komponen-komponen pulp adalah lebih cepat. Langkah pertama adalah satu elektron
memindahkan klorin dioksida (ClO2) yang tereduksi menjadi sebuah ion klorin (Cl-) dan mengoksidasi lignin pada pulp.
ClO2 + e ClO2
-Selama pH turun dibawah 7, ion korit bereaksi dengan sebuah ion hydrogen (H+) membentuk asam klorat pada keseimbangan reaksi berikut ini :
ClO2- + H+ HClO2
Asam klorat (ClO3) pada filtrat menunjukkan suatu kehilangan sebahagian kekuatan pengoksidasi dari ClO2 (klorin dioksida).
2.4.5.Reaksi Klorin Dioksida (ClO2) dengan Lignin
Pada proses pengelantangan pulp, korin dioksida (ClO2) akan bereaksi dengan komponen-komponen pulp terutama lignin dengan mengikuti persamaan reaksi berikut :
Substitusi
Cl2 + (Lignin) + H+ (Lignin)-Cl + HCl Oksidasi
Cl2 + (Lignin) (Lignin teroksidasi) + 2HCl
Pada proses pemutihan pulp, lignin yang bereaksi dengan klorin dioksida (ClO2) larut dalam air dengan reaksi oksidasi penghancuran molekul-molekul lignin
yang besar. Klorin dioksida (ClO2) tidak bereaksi pada kecepatan reaksi yang berarti terhadap kelompok alifatik jenuh. Dengan demikian karbohidrat (H6C12O6) tidak akan mengalami kerusakan yang berarti dengan ClO2 (klorin dioksida).