BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kayu
2.1.1 Pengertian Kayu
Kayu merupakan hasil hutan dari sumber kekayaan alam, merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk dijadikan barang sesuai kemajuan teknologi. Kayu memiliki sifat – sifat yang tidak dapat ditiru oleh bahan – bahan lain. Pengertian kayu disini adalah sesuatu bahan yang diperoleh dari hasil pemungutan pohon – pohon di hutan, yang merupakan bagian dari pohon tersebut dan bagian – bagian mana yang lebih banyak dapat dimanfaatkan untuk sesuatu tujuan penggunaan. Baik berbentuk kayu pertukangan, kayu industry maupun ayu bakar (J.F.Dumanauw.1990)
2.1.2 Komponen Kimia Kayu
Kayu adalah suatu arbohidrat yang tersusun terutama atas karbon, hydrogen dan oksigen. Tabel 2.1 merinci komposisi kimia suatu kayu dari Amerika Utara yang khas, dan terlihat bahwa karbon merupakan elemen yang dominan atas berat.
Table 2.1 Komponen Kimia kayu
Unsur % Berat Kering
Karbon 49
Hidrogen 6
Oksigen 44
Nitrogen Sedikit
Tambahan pula kayu mengandung senyawa organic yang tetap tinggal setelah terjadi pembakaran pada suhu tinggi pada kondisi oksigen yang melimpah; residu semacam ini dikenal sebagai abu (John G.H. 1987)
2.1.3 Sifat-sifat Kayu
Kayu berasal dari berbagai jenis pohon memiliki sifat yang berbeda-beda. Bahkan kayu berasal dari satu pohon memiliki sifat yang berbeda. Ada beberapa sifat yang umum yang terdapat pada semua kayu, yaitu
a. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan susunan dinding selnya terdiri dari senyawa-senyawa kimia berupa selulosa dan hemiselulosa (unsure karbohidrat) serta berupa lignin (non-karbohidrat)
b. Kayu dapat diserang makhluk hidup perusak kayu, juga dapat terbakar terutama jika kayu keadaanya kering.
c. Kayu dapat diserang makluk hidup perusak kayu, juga dapat terbakar, terutama jika kayu dalam keadaan kering.
1. Sifat Fisik Kayu
Beberapa hal yang tergolong dalam sifat fisik kayu adalah berat jenis, keawetan alami, warna, higroskopik, kekerasan dan lain-lain.
a. Berat Jenis
Kayu memiliki berat jenis yang berbeda-beda, berkisaran antara minimum 0,20 hingga 1,28. Berat jenis merupakan petunjuk penting bagi aneka sifat kayu. Makin besar kayu itu, umumnya makin kuat pula kayunya. Berat jenis ditentukan antara lain oleh tebal dinding se, kecilnya rongga sel yang membentuk pori-pori.
b. Keawetan Alami Kayu
c. Warna Kayu
Ada beraneka ragam warna kayu, antara lain; warna kuning, keputih-putihan, coklat muda, coklat tua, kehitam-hitaman, kemerah-merahan dan lain sebaginya. Hal ini disebabkan oleh zat-zat pengisi warna dalam kayu yang berbeda-beda.
d. Higroskopik
Kayu mempunyai sifat higroskopik, yaitu dapat menyerap atau melepaskan air atau kelembaban. Makin lembab udara disekitarnya maka makin tinggi pula kelembaban kayu sampai tercapai kesetimbangan dengan lingkungannya.
2. Sifat Kimia Kayu
Komponen kimia didalam kayu mempunyai arti yang penting, karena menentukan kegunaan suatu jenis kayu. Pada umumnya komponen kimia kayu terdiri dari 3 unsur, yaitu :
a. Unsur karbohidrat terdiri dari selulosa. b. Unsur non karbohidrat terdiri dari lignin
c. Unsur yang diendapkan dalam kayu selama proses pertumbuhan dinamakan zat ekstraktif.
Menurut Edwin Sutemeister (1971) secara kimia kayu terdiri dari empat komponen yaitu sellulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstraktif. Tujuan utama proses pembuatan pulp adalah menghilangkan lignin dari kayu untuk mendapatkan yng kurang lebih besar dari lignin. Berdasarkan perbedaan komposisi keempat komponen penyusunan kayu dan jenis kayu, kayu digolongkan menjadi dua golongan yaitu; kayu keras (Hardwood) dan kayu lunak (Softwood) (fengel,D. 1995)
Secara umum, perbedaan kayu keras dan kayu lunak dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Kayu keras mempunyai serat pendek sedangkan kayu lunak mempunyai serat lebih panjang.
3. Hanya kayu keras yang memiliki pembuluh. Sel-sel angkutan yang dibentuk secara khusus yang dikenal sebagai unsure-unsur pembuluh ini didalam kayu keras volumenya cukup besar, tetapi tidak pernah terdapat didalam kayu lunak.
4. Jari-jari yang lebar pada sejumlah kayu keras berlawanan dengan jari-jari yang sempit dan seragam pada kayu-kayu lunak. (Sjostrom E. 1995)
Secara umum kayu keras lebih banyak mengandung sellulosa, hemiselulosa, dan zat ektraktif dibandingkan dengan kayu lunak tetapi kandungan ligninnya lebih sedikit.
2.2 Komposisi Komponen Kayu
Sepanjang menyangkut komponen kimia kayu maka perlu dibedakan antara komponen-komponen makromolekul utama dinding sel sellulosa, poliosa (hemiselulosa) dan lignin, yang terdapat pada semua kayu, dan komponen-komponen minor dengan berat molekul kecil (ekstraktif dan zat-zat mineral), yang biasanya lebih berkaitan dengan jenis kayu tertentu dalam jenis dan jumlahnya. Pengenalan singkat tentang komponen kayu keras dan kayu lunak diuraikan dalam table berikut.
Tabel 2.2 Perbedaan Kayu Keras dan Kayu Lunak
Komponen %komposisi
Kayu keras (hardwood) Kayu lunak (softwood)
Sellulosa 40-40 43-45
Hemiselulosa 15-30 5-10
Lignin 17-25 24-32
Zat ekstraktif 2-4 3-5
1. Sellulosa
dalam bentuk mikrofibril, dimana dalam tempat-tempat yang sangat teratur (kristalin) diselingi dengan tempat-tempat yang kurang teratur (amorf). Mikrofibri membentuk fibril-fibril dan akhirnya serat-serat sellulosa.
Sebagian akibat dari struktur yang berserat dan ikatan-ikatan hydrogen yang kuat sellulosa mempunyai kekuatan tarik yang tingi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Rumus molekul sellulosa adalah (C6H10O5) dimana ‘n’ adalah derajat polimerisasinya, dengan berat molekul anara 250.000 – 1.000.000.
Gambar 2.1 struktur sellulosa
2. Hemiselulosa
Hemiselulosa semula diduga merupakan senyawa-senyawa dalam biosintesis selulosa. Namun saat ini diketahui bahwa hemiselulosa termasuk dalam kelompok polisakarida heterogen yang dibentuk melalui jalan biosintesis yang berbeda dari sellulosa. Berbeda dengan sellulosa yang merupakan homopolisakarida, hemisellulosa merupakan heteropolisakarida. Kebanyakan hemiselulosa mempunyai derajat polimerisasi hanya 200. Komposisi dan struktur hemiselulosa dalam kayu lunak secara khas berbeda dari yang dalam kayu keras.
Perbedaan-perbedaan yang besar terdapat dlam kandungan dan komposisi hemiselulosa antara batang, cabang-cabang, akar dan kulit kayu. Hemiselulosa bereaksi lebih cepat dibandingkan dengan sellulosa.
3. Lignin
Turunan-turunan lignin yang larut (lignosulfonat) dibentuk dengan memperlakukan kayu pada suhu tinggi dengan larutan yang mengandung belerang dioksida dan ion-ion hydrogen sulfit. Lignin juga larut sebagai alkali lignin bila kayu diperlakukan pada suhu tinggi (170oC) dengan natrium hidroksida atau lebih baik dengan campuran natrium hidroksida dan natrium sulfide (lignin sulfat atau lignin kraf). Adanya lignin dalam pulp menyebabkan warna pada pembuatan pulp menjadi kecoklatan atau berwarna gelap, sehingga perlu dipisahkan dari pulp dengan proses pemutihan (bleaching), karena penghilangan lignin pada pulp sangat berpengaruh terhadap kualitas pulp yang dihasilkan.
4. Zat Ekstraktif
Penentuan ektraktif secara kuantitatif dalam kayu pulp dilakukan dengan metode-metode yang distandarisasi setelah ekstraksi dengan pelarut-pelarut organic, seperti heksana, dietil eter, aseton, atau etanol. Kandungan ekstraktif biasanya kurang dari 105, tetapi ia dapat bervariasi dari jejak hingga sampai 40% berat kayu kering. Dalam kayu, zat ekstraktif brfungsi sebagai sumber warna, baud an hanya tahan alam. (Sjostrom,E. 1995).
2.3 Komposisi Kimia Kayu
Kayu
Gambar2.2 : Bagan Umum Komponen Kimia Kayu
2.4 Metode Pembuatan Pulp
2.4.1 Latar Belakang dan Defenisi-Defenisi
Pulp adalah produk utama kayu, terutama digunakan untuk pembuatan kertas, tetapi ia 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 mekanik atau dengan kombinasi dua tipe perlakuan tersebut. Pulp perdagangan yang umum dapat dikelompokkan menjadi tipe-tipe kimia, semikimia, kimia mekanik dan mekanik. Pembuatan pulp secara kimia adalah proes dimana lignin dihilangkan sama sekali sehingga serat-serat kayu mudah dilepaskan pada pembongkaran dari bejana pemasak (digester) atau paling tidak setelah perlakuan mekanik lunak. Hampir semua produksi pulp kimia di dunia saat ini masih didasarkan pada proses-proses sulfit dan sulfat (kraft), yang terakhir paling banyak (Sjostrom E.1995).
2.4.2 Pembuatan Pulp Secara Mekanik
Salah satu factor yang sangat penting dalam pembuatan pulp secara mekanik adalah kebutuhan energy. Industry pengasahan dan proses-proses penggilingan semakin banyak yang ditentukan dengan criteria tertentu. Tetapi konsumsi energi tidak dapat disebut tidak dapat disebut tanpa memandang kualitas pulp yang dihasilkan.
Senyawa berat molekul kecil
Bahan organic Bahan Anorganik
Senyawa Makromolekul
Lignin Polisakarida
Ekstraktif Abu
Pada proses pembuatan pulp secara mekanik dilakukan tanpa perlakuan kimia. Proses ini memiliki keunggulan antara lain memberikan hasil yang lebih tinggi tetapi itu membutuhkan energy yang lebih besar. Pulp-pulp mekanik lebih banyak diproduksi dari kayu-kayu luna. Pada proses pembuatan secara mekanik ini kandungan lignin dan zat-zat lain masih tinggi.
2.4.3 Pembuatan Pulp Secara Semikimia
Proses-proses pembuatan pulp secara semikimia pada dasarnya ditandai dengan perlakuan kimia yang didahului dengan tahap penggilingan secara mekanik. Proses semikimia yang penting adalah proses semikimia sulfit netral (NSSC=Neutral Sulfite Semi Chemical) yang telah digunakan secara luas di Amerika Serikat sejak 1962, dan didalam 20 tahun terakhir juga telah digunakan di Eropa dan banyak negara lain diseluruh dunia (Cronert 1996 ; Marteny 1980).
Keuntungan-keuntungan umum dari proses NSSC atau proses semikimia sulfit netral adalah persyaratan-persyaratan yang rendah mengenai kualitas dan spesies kayu, rendamen tinggi, pemakaian bahan kimia relative rendah dan kandungan sisa lignin tertentu, investasi modal yang rendah dan unit-unit produksi kecil yang menguntungkan bila dibandingkan dengan pembuatan pulp secara kimia penuh. Cara semikimia ini lebih sesuai untuk bahan baku jenis kayu keras, dan hasil pulp yang diperoleh sekitar 60-70% dari berat kering bahan baku.
2.4.4 Pembuatan Pulp Secara Kimia
Pembuatan pulp secara kimia adalah proses pembuatan pulp dengan menggunakan bahan kimia sebagai bahan utama untuk melarutkan bagian-bagian kayu yang tidak diinginkan, sehingga pulp berkadar sellulosa tinggi. Pulp yang dihasilkan mudah diputihkan dan umumnya dilakukan untuk menghasilkan jenis kertas tertentu seperti tissue, kertas cetak, dan lain-lain.
Pada proses pembuatan pulp secara kmia digunakan natrium hidroksida bahan kimia pemasak utama. Ada tiga macam pmbuatan pulp secara kimia, yaitu :
1. Proses Sulfit
Keberhasilan terakhir selama tahun 1950-an dan 1960-an berkenaan dengan penggunaan yang di sebut basa-basa yang larut, yang pengantian kalsium dengan magnesium, natrium atau ammonium yang memberikan jauh lebih banyak keluwesan dalam pengaturan kondisi pemasakan, yang memperluas baik bahan dasar yang digunakan maupun produksi tipe-tipe pulp yang berbeda.
Keuntungan-keuntungan proses sulfit yang telah diketahui terhadap pulp kraft: a. Rendamen yang lebih tinggi pada bilangan kappa tertentu, yang mengakibatkan
kebutuhan kayu lebih rendah.
b. Derajat putih pulp yang tidak dikelantang lebih tinggi
c. Keluwesan yang lebih tinggi dari pengelantangan tanpa kalor d. Persoalan pencemaran sedikit
e. Biaya instalasi lebih rendah
f. Keluwesan lebih tinggi dalam rendamen dan kualitas pulp. 2. Proses Soda
Pembuatan pulp pada proses soda digunakan natrium hidroksida sebagai lindi pemasak dan lindi bekas yang dihasilkan dipekatkan dengan cara penguapan dan dibakar. Lemburan, yang terdiri atas Natrium Karbonat, diubah kembali menjadi Natrium Hidroksida dengan Kalsium Hidroksida (kostisisasi). Karena Natrium Karbonat digunakan untuk imbuhan, maka proses pemasakan dinamakan proses soda.
3. Proses Sulfat (kraft)
Pembuatan pulp kraft dilakukan dengan larutan yang terdiri atas Natrium Hidroksida dan Natrium Sulfida, yang dinamakan “lindi putih”. Saat ini proses sulfat tidak hanya merupakan proses pembuatan pulp alkalis yang uta,a untuk kayu, tetapi sekaligus juga merupakan proses pulp yang paling penting. Pernyataan pertama terutama didasarkan pada kenyataan bahwa pulp kraft (kraft dalam bahasa jerman dan bahasa Swedia berarti kekuatan atau tenaga) diperoleh dalam rendamen yang lebih tinggi dan dengan sifat-sifat yang lebih unggul bila dibandingkan dengan pulp soda.
a. Tuntutan yang benar terhadap spesies kayu dalam kualitas kayu, termasuk semua tipe kayu lunak dan kayu keras, bahkan dalam campuran, dan toleransi terhadap jumlah ekstrakif yang lebih tinggi maupun bagian kayu lapuk yang besar dan sisa-sisa kulit.
b. Waktu pemasakan yang pendek.
c. Pengolahan limbah cair pemasak yang telah mantap, termasuk pemulihan bahan-bahan kimia dalam pembuatan pulp, pembangkit panas pada proses dan produksi hasil samping yang berharga seperti minyak tall dan terpenting dari spesies pinus. d. Sifat-sifat kekuatan pulp yang sangat baik (Fengel,D.1995)
2.5 Proses Produksi Pulp 2.5.1 Unit Persiapan Kayu
Operasi persiapan kayu (Wood Handling and Preparation Plant), yaitu kayu dibawa ke lokasi pabrik dengan menggunakan truk-truk pengangkut kayu, kayu-kayu tersebut berasal dari kosesi hutan yang dikelola oleh perusahaan kemudian kayu tersebut dibongkar dengan menggunakan Goliath Crane yang berasal dari Wood Yard, selanjutnay mengumpulkan gelondongan-gelondongan kayu tersebut ke Wood Storage atas dasar “pertama datang pertama digunakan”. Gelondongan-gelondongan kayu tersebut selanjutnya dikuliti, dipotong-potong, disaring dan disimpan pada tumpukan serpihan kayu yang disebut Chip Stoaging, dipisahkan antara kayu yang berserat pendek dengan kayu berserat panjang. Alat penyerpihan disebut Chipper, type yang digunakan Gravityfeed (discchipper) diameter3560mm dengan jumlah pisau 12buah. (Sirait S.2003).
2.5.2 Tahap Pemasakan ( Digester )
1. Tahap Pengisian Chip
Pengisian chip adalah proses pengisian serpihan kayu (chip) yang dikirim dari pemapungan chip dengan menggunakan belt conveyor ke Chip Silo, dari Chip Silo serpihan dimasukkan ke digester dengan menggunakan screw conveyor. Selama pengisian chip, udara didalam digester dihilangkan melalui saringan sirkulasi. Proses pengisian chip berlangsung selama 30 menit.
2. Tahap Pengisian Larutan Lindi Hitam (Warm Black Liquor)
Setelah pengisian chip dilakukan, larutan lindi hitam di pompakan. Proses ini disebut impregnasi. Liquor bersuhu 100oC ini akan dipompakan ke dasar digester secara kontiniu. Fungsi nya adalah menyempurnakan udara didalam rongga-rongga chip kayu dan udara di dalam digester dan pemanasan awal yang bertujuan untuk penetrasi dan difusi chip agr dapat reaksi kimia antara serpihan kayu dengan alkali aktif terdispersi secara homogen. Proses impregnasi ini berlangsung selama 30 menit.
3. Tahap Pengisian Hot Black Liquor (Lindi Hitam) dan Hot White Liquor (Lindi Putih)
Proese pengisian hot black liquor bertujuan untuk menaikkan panas dari warm black liquor pada suhu dibawah ± 100oC digantikan oleh hot black liquor pada suhu ± 140oC pada siklus digester. Prose pengisian ini berlangsung selama 25 menit.
Setelah hot black liquor dipompakan ke digester, berikut nya secara bersama
hot white liquor di pompa kan. Hot white liquor ini merupakan bahan kimia utama dalam proses pemasakan. Proses pengisian ini berlangsung selama 21 menit.
4. Tahap Proses Pemanasan dan Pemasakan
Setelah hot black liquor disikan, suhu didalam digester hampir mendekati suhu pemasakan. Tujuan dari fase ini adalah untuk menaikkan suhu sampai ± 170oC dengan tekanan medium yang dimasukkan kedalam jalur sirkulasi digester. Pada fase pemasakan yaitu bertujuan untuk mempertahan kan suhu pada ± 170oC sampai pada waktu yang diperlukan. Proses pemanasan dan pemasakan ini berlangsung selama 90 menit.
5. Tahap Displacment dan Discharging
proses pemompaan pulp yang sudah masak di digester ke tanki penampungan (
discharge tank).
2.5.3 Tahap Pencucian Pulp
Pulp dari hasil pemasakan di digester yang dikirim ke sistem pembersihan atau pencucian, dimana tujuan nya untuk memisahkan material – material yang tidak diinginkan yang terdapat dalam pulp. Sebagai persiapan sebelum proses delignifikasi oksigen. Dalam proses ini secara kontiniu memisahkan kotoran dari hasil pemasakan di digester yang meliputi tahap sebagai berikut :
a. Deknotting
Deknoting tujuan nya adalah untuk memisahkan material – material yang memiliki ukuran dimensi yang lebih besar daripada saringan yakni untuk memisahkan chip – chip yang tidak matang dari pulp (knot)
b. Washing (Pencucian)
Pencucian dilakukan untuk memisahkan serat dari kotaran – kotoran yang dapat larut dalam air yang terdiri dari senyawa organik (lignin) dan senyawa anorganik (soda) yang merupakan sisa bahan kimia pemasak.
c. Screening (Penyaringan)
Tujuan dari penyaringan pada tahap ini adalah untuk memisahkan kotoran–kotoran berdasarkan berat dan dimensi lebih besar daripada serat (fiber)
2.5.4 Tahap Delignifikasi Oksigen
Proses delignifikasi oksigen merupakan kelanjutan dari proses pemasakan di digester yang tujuannya untuk menurunkan kadar lignin dalam pulp sebelum dilakukan proses penggalentangan (Bleaching). Bahan kimia yang aktif dalam proses reaksi delignifikasi oksigen adalah gas oksigen dan lindi putih (NaOH, Na2S dan Na2CO3) khusus nya NaOH yang ditambahkan untuk memperoleh suasana basa.
2.5.5 Tahap Pemutihan ( Bleaching )
tersisa pada proses pemasakan dan delignifikasi oksigen. Pulp sulfat yang belum diputihkan berwarna coklat karena adanya gugus lignin serta turunannya.
Tipe-tipe bleaching yang digunakan di RAPP adalah ECF (Elemental Clorine Free). Bleaching tipe ini menggunakan clorine dioxide sehingga lebih ramah terhadap lingkungan bila dibandingkan dengan bleaching dengan menggunakan clorine. Karena clorine berikatan dengan lignin membentuk senyawa toxic sehingga berbahaya bagi lingkungan. Proses ini terdiri dari beberapa tahap, sesuai dengan bahan kimia yag digunakan serta menghindari degradasi selulosa adalah :
Tahap 1 Klorin Dioksida ( Do )
Proses pemutihan pada tahap ini, bahan yang digunakan dengan jenis element chlorine free (ECF) , dimana tidak menggunakan unsur klor (Cl2) tetapi menggunakan senyawa klorin dioksida ( ClO2 ). Tujuan dari tahap ini untuk merusak dan memisahkan struktur lignin yang terdapat dalam selulosa. Derajat keputihan yang diperoleh pada tahap ini adalah 40 – 65 % ISO
Parameter yang digunakan pada tahap ini : • Konsistensi : 11%
• Suhu : 60oC • Waktu reaksi : 60 Menit • pH : 2,5-3,5
Tahap Ekstraksi & Oksidasi (EO)
Pada tahap ini merupakan reaksi ekstraksi dan oksidasi yang tujuan untuk melarutkan dan mengoksidasi lignin dan resin yang dipisahkan. Pada tahap ini, bahan kimia yang digunakan adalah NaOH (ekstraksi) , Oksigen (Oksidasi). Derajat keputihan yang diperoleh pada tahap ini adalah 66 – 80 % ISO.
Parameter yang digunakan pada tahap ini : • Konsistensi : 11%
• Suhu : 85oC • Waktu reaksi : 100 Menit
Tahap Dioksida I (D1)
Pada tahap ini merupakan tahap utama yang terjadi antara klorin dioksida ( ClO2 ) dan lignin yang bertujuan untuk meningkatkan derajat putih pulp. Bahan kimia yang digunakan adalah klorin dioksida ( ClO2 ). Derajat keputihan yang diperoleh pada tahap ini adalah 80 – 89.0 % ISO.
Parameter yang digunakan pada tahap ini : • Konsistensi : 11%
• Suhu : 80oC • Waktu reaksi : 170 Menit
• pH : 4-5
Tahap Dioksida II ( D2 )
Pada tahap ini bertujuan untuk lebih meningkatkan derajat keputihan hingga 89.0 – 90.5 % ISO. Bahan kimia yang digunkan adalah klorin dioksida ( ClO2 ) dan SO2. SO2 digunakan untuk menetralkan residual klordioksida.
Pulp setelah tahap pemutihan dikirim ke tempat penyimpanan yang disebut
High Density Bleach Tower ( HDT) yang selanjutnya diolah ke pulp mesin untuk dibuat lembaran pulp dan kertas.
Parameter yang digunakan pada tahap ini : • Konsistensi : 11%
• Suhu : 80oC • Waktu reaksi : 170 Menit
