Pada dasarnya serpihan kayu dimasukkan ke dalam bejana pemasak bersama-sama dengan lindi pemasak yang segar (lindi putih). Sistem-sistem bejana pemasak yang pokok adalah sistem terputus (sistem batch). Bejana pemasak khas yang digunakan dalam proses kraft adalah bejana aliran kebawah vertikal. Dalam pembuatan pulp kraft senambung serpihan kayu dipanasi awal dengan uap dalam bejana pengukus awal sebelum dimasukkan ke dalam bejana pemasak.
Sistem - sistem bejana pemasak yang ditingkatkan meliputi : - pencucian pulp dalam bejana.
- penghembusan suhu rendah (pulp yang sudah dimasak didinginkan di bawah 100oC sebelum dialirkan).
- pemasakan melawan arus ( cairan putih dimasukkan dalam bagian tengah bejana dan mengalir ke atas).
- Gerakan bejana ( pendidihan dilakukan dibagian bawah ketel dengan pengurangan tekanan dibagian atas).
Proses pembuatan pulp kraft dan pulp yang dihasilkan dipengaruhi oleh beberapa parameter :
- Bahan baku ( spesies dan kualitas kayu ) - Nisbah lindi pemasak terhadap kayu - Waktu dan suhu pemasakan
- Banyaknya dan konsentrasi bahan kimia pemasak - Komposisi bahan kimia pemasak.
Proses kraft tidak terlalu sensitif terhadap bahan baku dan sangat cocok untuk kayu lunak dan kayu keras dengan kerapan dan umur yang berbada bahkan dalam campuran dan sangat toleran terhadap terhadap sisa-sisa kulit, yang mencapai sekitar 2% untuk kualiatas pulp yang dikelantang.
Nisbah lindi pemasak dengan kayu terutama ditentukan oleh ukuran bejana pemasak dan kemampuan pengisian serpih dalam bejana, dan bervariasi menurut kondisi proses pemasak.
Waktu dan suhu pemasakan sangat erat hubungannya. Pada dasarnya waktu pemasakan dapat dikurangi beberapa saat dengan menaikkan suhu pemasakan , namun dalam kisaran suhu pembuatan pulp normal antara 160 dan 180oC tidak ada pengaruh yang jelas pada laju pembuatan pulp. Biasanya pada suhu tinggi rendemen dan kaualitas pulp turun.
Jumlah bahan kimia yang digunakan dalam pembuatan pulp dinyatakan sebagai banyaknya alkali yang efektif dan tergantung pada faktor-faktor seperti spesies kayu, kondisi pemasakan dan sisa lignin yang diperlukan dalam pulp. Banyaknya alkali efektif berkisar antara 11% (didasarkan ada kayu yang kering tanur) untuk kualitas kasar tidak dikelantang dan 17% untuk kualitas kertas yang dapat dikelantang, dan lebih tinggi untuk kualitas pulp pelarut.
Konsentrasi alkali merupakan parameter utama dari pelarutan lignin dan polisakarida. Konsentrasi natrium hidroksida pada pemulaan pemasakan sangat bervariasi dari 20 hingga 80 g/l.
Komposisi lindi pemasak dalam pembuatan pulp sulfat dinyatakan dengan yang disebut sulfiditas, yang menyatakan nisbah Na2S terhadap alkali aktif, keduanya dinyatakan sebagai Na2O. Sulfiditas yang digunakan bervariasi menurut perubahan banyaknya alkali, suhu pemasakan dan sejumlah faktor lain. Biasanya banyaknya sulfida untuk kayu keras lebih rendah (15-20%) daripada untuk kayu lunak (25-35%).
2.5. Pembuatan pulp kraft
Pembuatan pulp kraft dilakukan dengan larutan yang terdiri dari natrium hidroksida dan natrium sulfida, yang dinamakan lindi putih. Menurut terminologi digunakan
definisi-definisi berikut, dimana semua bahan kimia dihitung sebagai ekuivalen natrium dan dinyatakan sebagai berat NaOH dan Na2O.
Alkali total Semua garam natrium Alkali yang dapat dititrasi NaOH + Na2S + Na2CO3
Alkali aktif NaOH + Na2S
Alkali efektif NaOH + ½Na2S
Sulfiditas adalah persentase perbandingan dari Na2S dan alkali aktif dinyatakan sebagai Na2O.
Na2S
X 100% NaOH + Na2S
% kaustik adalah persentase perbandingan NaOH dengan alkali aktif yang dinyatakan sebagai Na2O
NaOH
X 100% NaOH + Na2S
Kraft berarti kuat dalam bahasa Jerman. Kraft pulping menghasilkan serat pulp yang kuat
dalam proses pemasakan dengan menggunakan bahan kimia yang merupakan campuran dari NaOH dan Na2S (lindi putih). Tujuan dari pengolahan kraft (sulfat) pulp adalah untuk memisahkan serat dalam kayu secara kimia dan melarutkan sebagian besar lignin yang terdapat dalam dinding serat atau untuk memasak serpihan kayu sesuai dengan target bilangan kappa. Pemisahan serat terjadi dengan melarutkan lignin yang terdapat di dalam lamela tengah yang berfungsi menyatukan antar serat. Bahan kimia dalam larutan pemasak juga melakukan penetrasi ke dalam dinding serat dan melarutkan lignin yang terdapat di situ.
- semua spesies kayu dapat digunakan sebagai bahan baku - prosesnya relatif tidak sensitif terhadap kulit kayu - waktu pemasakan relatif singkat
- masalah pitch dalam pulp relatif kecil - pulp lebih kuat
- efisien dalam penggunaan kembali bahan kimia dan energi
- memiliki hasil samping seperti turpentine dan tall oil yang cukup bernilai
Bahan kimia pemasak yang digunakan adalah lindi putih. Lindi putih memiliki pH 13-14.
Dalam jumlah yang kecil juga terdapat NaCl, garam potasium, silika, dan kalsium. Bahan kimia yang aktif dalam reaksi pengolahan pulp hanya NaOH dan Na2S (alkali aktif). Komponen yang aktif dalam lindi putih adalah ion hidroksil (OH-) dan ion hidrosulfida (SH-) yang terbentuk menurut reaksi berikut.
NaOH Na+ + OH
-Na2S + H2O NaOH + NaSH
Na2S 2Na+ + S
2-S2- + H2O SH- + OH
-Na2CO3 + H2O 2Na+ + CO32- + H2O CO32- + H2O CO3- + OH
-OH- + lignin lignin terdegradasi SH- + lignin lignin terdegradasi
Dengan adanya Na2S yang menghasilkan ion SH- akan meningkatkan penghilangan lignin dan menghasilkan pulp yang lebih kuat.
Bahan kimia yang lainnya tidak mempunyai pengaruh langsung dalam pengolahan pulp yang disebut bahan kimia yang tidak aktif. Na2SO4 terbentuk karena reduksi yang tidak sempurna dalam tungku pada recovery boiler. Na2CO3 terbentuk karena proses kaustisasi yang tidak sempurna dan Na2S2O3 terbentuk karena sulfida yang teroksidasi. Meskipun bahan kimia tidak aktif ini tidak berperan dalam pengolahan pulp, tetapi jumlah yang tinggi dalam lindi putih tidak diharapkan karena dapat menimbulkan kerak di digester dan khususnya di evaporator dan juga meningkatkan buangan dari tungku recovery boiler.
Selama reaksi pemasakan di digester 85-95% lignin, 50% hemiselulosa, dan 10% selulosa akan larut. Reaksi-reaksi yang terjadi selama proses pemasakan
2.5.1. Reaksi dengan lignin
Reaksi lignin yang terjadi dalam kraft pulping sangat kompleks. Kehadiran ion SH- meningkatkan kelarutan lignin tanpa meningkatkan kelarutan dari selulosa. Efek keseluruhan dari semua reaksi antara lignin, ion SH-, dan ion OH- adalah polimer lignin diputus menjadi molekul yang lebih kecil. Molekul yang kecil ini tidak lagi berfungsi sebagai perekat dan tertinggal dalam struktur kayu dan akan terlarut dalam larutan pemasak dan terpisah dari serat kayu.
Gambar 2.2. Reaksi-reaksi utama struktur β aril eter fenol selama pembuatan pulp alkali dan kraft.
2.5.2 Reaksi dengan karbohidrat
Idealnya, hanya lignin yang larut dalam kraft pulping tetapi hal itu tidak terjadi. Selulosa dan hemiselulosa bereaksi dengan ion OH- selama pemasakan. Reaksi ini tidak diinginkan karena degradasi karbohidrat menjadi molekul yang lebih kecil dan dapar terlarut akan menurunkan yield (rendemen).
Lebih dari 20% selulosa dan hemiselulosa akan hilang. Hemiselulosa terdegradasi lebih cepat dan lebih banyak daripada selulosa karena hemiselulosa memiliki molekul lebih kecil dan bercabang dan juga terdapat dalam kadar yang lebih tinggi dalam stuktur kayu.
Satu reaksi yang terjadi selama pemasakan disebut peeling. Dalam reaksi peeling, unit gula pada bagian akhir rantai selulosa atau hemiselulosa dipisahkan satu demi satu. Reaksi yang lain disebut stopping dimana pada reaksi ini bagian akhir dari rantai
1700C adalah hidrolisis alkali. Dalam reaksi ini, rantai selulosa dipotong menjadi dua bagian, membentuk gugus akhir baru yang dapat melangsungkan peeling. Reaksi ini tidak bagus karena akan melarutkan selulosa lebih banyak dan menurunkan yield.
2.5.3 Reaksi dengan ekstraktif
Selama pembuatan pulp kraft ester-ester asam lemak terhidrolisis hampir sempurna meskipun lilin jauh lebih stabil dari pada lemak. Asam-asam lemak larut bersama-sama dengan asam-asam resin sebagai garam-garam natrium dalam lindi pemasak. Terutama sabun-sabun asam resin nerupakan bahan-bahan pelarut yang efektif yang mempermuda h penghilangan sebagian senyawa – senyawa netral yang sedikit larut seperti sitosterol dalam kayu pinus dan betulanol dan betulaprenol dalam birch. Karena kayu keras tidak mengandung sam-asam resin, maka sabun tall biasanya ditambahkan pada pemasakan untuk mengurangi kandungan ekstraktif dalam pulp akhir sampai tingkat yang cukup rendah sehingga ”persoalan pengkerakan” dapat dicegah.
Ekstraktif bereaksi dan mengkonsumsi cukup banyak larutan pemasak. Kebanyakan ektraktif dilarutkan selama pemasakan. Beberapa ektraktif yang terlarut dapat diolah sebagai hasil samping dari proses kraft. ”minyak tall” dan ”turpentine” adalah beberapa contoh produk. Beberapa material dari ekstraktif yang sangat sulit dilarutkan dan tersisa dalam pulp disebut material yang tidak disabunkan (non saponifiables). Tumpukan pitch (getah) dalam alat proses juga menimbulkan masalah kerusakan pada alat.