MODUL AJAR
PROSES INDUSTRI KIMIA I
INDUSTRI PULP DAN KERTAS
OLEH : VIVI NURHADIANTY, ST . MT
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
M A L A N G
2013
Pendahuluan
Pulp dan kertas yang diproduksi dari bahan baku yang mengandung selulosa fiber seperti kayu pada umumnya, kertas daur ulang , dan limbah pertanian . Di negara-negara berkembang , sekitar 60 % dari selulosa fiber berasal dari bahan baku nonwood (bukan kayu) seperti ampas tebu , jerami , bambu , alang-alang , dan rami. Langkah-langkah utama dalam manufaktur pulp dan kertas adalah : persiapan bahan baku dan penanganan , manufaktur Pulp , Pulp cuci dan Screening, pemulihan kimia ,Bleaching , Stock Preparation , dan pembuatan kertas . Pabrik pulp dan pabrik kertas dapat berdiri secara terpisah atau sebagai satu kesatuan operasi terpadu . Pabrik terpadu salah satunya melakukan pembuatan bubur kertas (pulp) di tempat. Sedangkan pabrik yang tidak terintegrasi tidak memiliki kapasitas untuk pulping tetapi harus membawa pulp pabrik dari sumber luar (Bajpai, 2012).
Cellulosa merupakan komponen organik utama dalam tanaman kayu dengan jumlah yang melimpah dan terjangkau. Celullosa sangat diminati karena kemampuannya untuk dikonversi menjadi bermacam-macam produk dari pulp and papper industri. Proses manufaktur pulp and papper cukup rumit dan tidak mudah untuk dikontrol. Namun saat ini penggunaan alat digital kontrol yang baik telah meningkatkan efisiensi industri dan juga menghemat nilai ekonomis proses operasi. Tanpa alat kontrol yang baik, mesin pada industri pulp and papper tidak dapat berfungsi. Pembuatan kertas menggunakan banyak bahan kimia seperti yang terlihat pada tabel 1.1. industri pulp and papper tidak hanya menggunakan banyak chemical namun juga menggunakan energi yang cukup besar.
Tabel 1.1 komposisi dalam satu metric ton kertas
Air
133000 Liter
Power
4752 MJ
Sulfur
15,5 kg
Talc
28 kg
Magnesium Hidroxide
20 kg
Synthetic Fiber
10,5 kg
Kapur
176,5 kg
Alum
14 kg
Na2SO4
33 kg
Clay
66 kg
Soda api
29 kg
Rosin
6 kg
Klorin
54 kg
Pewarna
8 kg
Kanji
53 kg
Kayu
4 m2
Bahan bakar
686 Liter minyak atau 1 t batu bara
(shreve, 1984)
Sejarah Pulp and Papper Industri
Peradaban Mesir Kuno menyumbangkan papirus sebagai media tulis menulis. Penggunaan papirus sebagai media tulis menulis ini digunakan pada peradaban Mesir Kuno pada masa wangsa firaun kemudian menyebar ke seluruh Timur Tengah sampai Romawi di Laut Tengah dan menyebar ke seantero Eropa, meskipun penggunaan papirus masih dirasakan sangat mahal. Dari kata papirus (papyrus) itulah dikenal sebagai paper dalam bahasa Inggris, papier dalam bahasa Belanda, bahasa Jerman, bahasa Perancis misalnya atau papel dalam bahasa Spanyol yang berarti kertas. Cina menemukan proses yang baik dalam produksi pulp dan kertas dari bambu menjadi kertas dan berlanjut menjadi kertas yang seperti sekarang. Eropa mulai manufacturing pulp dan kertas pada abad ke 17. Kemudian menyebar ke Inggris dan Amerika (shreve, 1984).
Pada tahun 1799, seorang Prancis bernama Nicholas Louis Robert menemukan proses untuk membuat lembaran-lembaran kertas dalam satu wire screen yang bergerak, dengan melalui perbaikan-perbaikan alat ini kini dikenal sebagai mesin Fourdrinier. Penemuan mesin silinder oleh John Dickinson di tahun 1809 telah menyebabkan meningkatnya penggunaan mesin Fourdrinier dalam pembuatan kertas-kertas tipis. Tahun 1826, steam cylinder untuk pertama kalinya digunakan dalam pengeringan dan pada tahun 1927 Amerika Serikat mulai menggunakan mesin Fourdrinier. Peningkatan produksi oleh mesin Fourdrinier dan mesin silinder telah menyebabkan meningkatnya kebutuhan bahan baku kain bekas yang makin lama makin berkurang. Tahun 1814, Friedrich Gottlob Keller menemukan proses mekanik pembuatan pulp dari kayu, tapi kualitas kertas yang dihasilkan masih rendah. Sekitar tahun 1853-1854, Charles Watt dan Hugh Burgess mengembangkan pembuatan kertas dengan menggunakan proses soda. Tahun 1857, seorang kimiawan dari Amerika bernama Benjamin Chew Tilghman mendapatkan British Patent untuk proses sulfit. Pulp yang dihasilkan dari proses sulfit ini bagus dan siap diputihkan. Proses kraft dihasilkan dari eksperimen dasar oleh Carl Dahl pada tahun 1884 di Danzig. Proses ini biasa disebut proses sulfat, karena Na2SO4 digunakan sebagai make-up kimia untuk sisa larutan pemasak (shreve, 1984).
Nilai ekonomi dari industri Pulp dan Kertas
Industri pulp dan kertas merupakan salah satu industri hasil hutan yang sangat penting. Hampir tidak ada aktivitas kehidupan manusia yang tidak memanfaatkan komoditi industri ini, mulai dari aktivitas kehidupan di rumah tangga, perkantoran, industri, pendidikan, perdagangan dan lain sebagainya. Indonesia sebagai negara yang masih memiliki hutan cukup luas, berpotensi menjadi salah satu pemain dunia di bidang industri ini, karena ketersediaan hutan (sebagai sumber utama bahan baku) mash merupakan penggerak utama (driving force) bagi berkembangnya industri ini. Disarnping memiliki hutan yang cukup luas dan iklim tropis yang memungkinkan tanaman tumbuh lebih cepat, Indonesia juga memiliki sumber-sumber bahan baku altematif (limbah pertanian). Keberadaan industri ini yang sudah cukup lama (sudah ada sejak tahun 1923) juga memungkinkan bangsa Indonesia telah banyak memiliki pengalaman sehingga mampu mengoperasikan industri pulp dan kertas secara cukup efisien.
Perkembangan ekspor industri pulp dan kertas dan beberapa komoditi industri
unggulan lainnya dapat dilihat pada Tabel 1 berikut :
Tabel 1. Perkembangan Ekspor Beberapa Komoditi Industri 1994-1998 (dalam juta USD)
Pada dekade terakhir, industri pulp dan kertas nasional mengalami perkembangan sangat pesat, baik kapasitas produksi dan ekspornya. Pada periode 1987-1998, kapasitas terpasang industri kerfas meningkat dari 950.000 ton/tahun menjadi 7.559.430 ton/tahun (naik rata-rata 20,75% per tahun. Produksi meningkat dari 826.500 ton menjadi 5.487.260 ekspor rneningkat dari 188.480 ton menjadi 2.833.960 ton (naik rata-rata 27,94% per tahun). Sedangkan konsumsinya meningkat dari 782.420 ton menjadi 2.783.430 ton (naik rata-rata 12,23% per tahun) .
Tabel 2. Perkembangan Produksi Konsumsi Pemasaran Ekspor dan Impor (1987-1999, dalam juta USD)
Kuatnya daya saing industri pulp dan kertas nasional disebabkan karena biaya produksi pulp dan kertas Indonesia termasuk salah satu yang terendah di dunia. Sebagai gambaran, perbandingan biaya produksi pulp di Indonesia dengan beberapa produsen pulp terkemuka lainnya dapat dilihat pada Tabel 3
tabel 3. Perbandingan Biaya Produksi Kertas di berbagai negara (dalam USD)
Pada tabel 3 diatas, nampak secara umum bahwa total biaya produksi di Asia Pasifik (Indonesia) lebih rendah dibandingkan negara lainya. Seperti halnya negara berkembang pada umumnya, keunggulan komparatif Indonesia dalam hal memprodusi pulp dan kertas terutama didukung oleh faktor endowment, seperti biaya bahan baku, biaya tenaga kerja dan biaya energi yang relatif lebih murah dibandingkan dengan negara lainnya
Manufacture Pulp
Sebelum kertas dapat dibuat dari kayu, selulosa fiber harus dikeluarkan dari matrix lignin dan menggabungkannya. Fiber dapat dipisahkan secara mekanis atau dengan menggunakan chemical.
Pulp yang terbentuk di gabungkan kembali untuk menjadi kertas dengan penambahan additive yang sesuai. Pada 1981, 89,5 % pulping dilalkukan dengan menggunakan chemical. Pulp yang dibuat secara mechanical atau thermomechanical menghasilkan produk dengan kualitas yang rendah dibandingkan cara chemical, pulp dengan mechanical atau thermochemical biasanya digunakan untuk percetakan surat kabar. Proses kraft mendominasi dengan cara semimechanical.
Bahan Baku
Kapas dan linen adalah salah satu sumber fiber untuk kertas yang sekarang telah digantikan dengan fiber dari kayu. Sekitar 20 % pulp yang digunakan di amerika adalah recycle, dan Eropa serta Jepang melakukan recycle lebih banyak. Woods (soft and hardwood) digunakan untuk membuat pulp, tapi kulit kayu tidak, karena tidak memiliki serat dan sulit untuk di bleaching.
Komponen utama dari kayu yang perlu dihilangkan untuk mengubah menjadi kertas dikenal sebagai senyawa lignin. Nama ini mengacu pada sekelompok bahan kimia yang pada dasarnya tiga polimer dimensi trans-coniferol, trans-sinapol dan trans-p-coumarol (Gambar 1.1), bersama dengan hemiselulosa dan asam karboksilat aromatik. Lignin adalah senyawa yang memperkuat yang diendapkan pada dinding sel pohon untuk membuat kayu cukup kuat. Namun, lignin juga merupakan senyawa yang membuat pulp kayu bewarna coklat, sehingga senyawa tersebut akan dihilangkan dari pulp kecuali jika digunakan untuk membuat kertas buram dan kardus.
Gambar 1.1. gugus kimia lignin
Bahan dasar pembuatan kertas adalah selulosa, suatu produk fotosintesa tumbuh-tumbuhan, yang berarti bahwa produksi kertas menggunakan bahan baku yang senantiasa dapat diperbaharui (renewable rescurce). Selulosa ini adalah polisakarida (C6H10O5)nyang berupa serat dan berwarna putih ( n = 250-1500 ).Adapun rumus bangunnya sebagai berikut :
Atas dasar kelarutannya dalam larutan NaOH 17,5% dikenal 3 jenisselulosa, yaitu :
α- selulosa, tidak larut dalam pelarut tersebut pada 200C.
β- selulosa, larut dan mengendap lagi bila ditambahkan asam.
γ- selulosa, larut dan mengendap bila ditambah alkohol.
Bahan pembuat kertas adalah α- selulosa, sedangkan yang larut (β- selulosa, γ- selulosa, pentosa, heksosa, dan lain-lain )disebut hemi selulosa. Sifat kimia selulosa sesuai dengan gugus aktif alkoholyang demikiannya (dapat mengalami oksidasi), dan derajat polimerisasinya ( panjang serat ). Semakin panjang rantai selulosa semakin kuat dan tahan degradasi baik secara panas, kimia maupun biologis. Sedangkan sifat fisiknya tergantung dari dimensi serat (panjang rantai 500-1000 A, lebar 9 A, tebal 4,7 A), semakin panjang semakin kuat.
Beberapa contoh jenis serat yang dapat diperoleh di indonesia adalah sebagai berikut :
Karakteristik Serat
Bambu
Kayu Lunak
Kayu Kertas
Bagase
Jerami
Panjang serat
Diameter serat
% Abu
% Lignin
% Pentosan
% Selulosa
3 - 4
14
1 - 3
22 - 30
16 - 20
50 – 52
1,6 - 2,7
32 - 43
1
26 - 30
6 - 9
40 - 45
0,7 - 1,6
20 - 40
1
18 - 25
16 - 18
38 - 49
1,7
20
2
19 - 21
30 - 32
40 – 43
1,5
8,5
10 - 15
14 - 21
30 - 38
Pada proses pembuatan pulp dan kertas, bahan baku yang digunakan adalah kayu. Kualitas pulp sangat ditentukan oleh jenis kayu yang digunakan. Diharapkan jenis kayu yang digunakan untuk menghasilkan kualitas pulp yang bagus adalah kayu yang mempunyai kandungan selulosa yang tinggi, lignin yang rendah, tidak rapuh, tidak banyak getah dan tidak berkulit tebal.
Dalam proses pembuatan pulp digunakan dua jenis bahan baku, yaitu:
Bahan baku primer
Untuk memperoleh serat ini diperoleh dari tumbuh-tumbuhan dengan jenis kayu (wood) atau bukan kayu (non wood).
Kayu (wood)
Kayu dapat dibedakan berdasarkan ukuran daun yang dimiliki yaitu kayu berdaun lebar (hard wood), dan kayu berdaun jarum (soft wood).Kayu berdaun lebar (hard wood), umumnya menggugurkan daunnya pada musim kemarau seperti Albazia falcatera, Euclyptus sp, dan Antochehalus candabia.Sedangkan kayu berdaun jarum (soft wood), sering disebut kayu jarum adalah jenis daun yang bersal dari pohon berdaun jarum.Jenis pohon ini selalu hijau sepanjang tahun dan tidak menggugurkan daunnya pada musim kemarau, seperti Pinlis sp (tusam) dan Aganthis sp (dammar).
Analisis sifat pengolahan kayu digunakan untuk mengetahui jenis kayu yang cocok sebagai bahan baku pulp. Analisis ini meliputi rendemen pulp, konsumsi alkali, bilangan permanganate, panjang putus dan factor retak.
2. Bukan Kayu (non wood)
Beberapa jenis tumbuhan bukan kayu merupakan sumber serat untuk bahan baku pulp, baik itu yang berasal dari kulit batang, daun, tangkai, buah/biji dan bulu biji. Berdasarkan sumber serat, tumbuhan bukan kayu dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
Serat kulit batang : Fax, Jule, Hemo, Rami Kenaf, Haramay
Serat daun : Manila, Abaca, Sisal, Palm, Nenas
Serat bulu biji : Kapas, Kapuk
Serat rerumpunan : Merang, Jerami, Baggase, Bambu, Gelaga
Tabel: Rata-rata komposisi kimia kayu dan bukan kayu
Kandungan
Bahan Kimia
Serat Panjang
(soft wood)
Serat Pendek
(hard wood)
Bukan Kayu
(non wood)
Selulosa
42 +/- 2 %
40 +/- 2 %
(36 – 38) %
Hemiselulosa
27 +/- 2 %
30 +/- 5 %
(38 – 40) %
Lignin
28 +/- 3 %
28 +/- 3 %
(12 – 16) %
Zat ekstraktif
5 +/- 3 %
3 +/- 3 %
-
Bahan Baku Sekunder
Guna penghematan atau efisiansi serat dari bahan baku primer, maka dewasa ini telah diusahakan pemanfaatan kertas bekas (waste paper) dari berbagai jenis kertas dan karton sebagai bahan baku pulp. Serat yang dihasilkan dari kertas, karton bahkandari baju bekas yang dikenal sebagai sebutan "serat primer".
Kayu merupakan hasil hutan dari sumber kekayaan alam dan merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk dijadikan barang sesuai kemajuan teknologi.
Kualitas Bahan Baku
Pada proses pembuatan pulp digunakan bahan baku chip yang berasal dari kayu. Kualitas chip yang digunakan dalam proses pembuatan pulp merupakan factor yang sangat penting baik dalam proses pengoperasian di pabrik maupun kualitas chip yang dihasilkan. Oleh karena itu perlu diketahui faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas chip pada produksi pulp. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pembuatan pulp dibagi menjadi tiga kategori, yaitu:
Chip Quality
Kualitas chip yang digunakan dalam pulping adalah faktor yang sangat penting dalam kualitas akhir pulp. Faktor-faktor kualitas chip yang perlu diperhatikan adalah:
Wood Related Variable
Meliputi sifat-sifat kayu seperti spesies, densitas dan decay (kerusakan).
Wood spesies
Chip-chip softwood menghasilkan pulp yang lebih kuat daripada hardwood karena fiber-fibernya lebih panjang dan lebih fleksibel daripada hardwood. Softwood umumnya menghasilkan yield yang lebih rendah daripada hardwood bila dimasak dibawah kondisi biasanya.
Wood Density
Density kayu adalah factor ekonomi yang penting dalam pulping. Dengan suatu kayu yang padat (denser wood)akan membuat lebih banyak dalm volume digester dam ini akan meningkatkan produksi pulp.Kualitas pulp maupun kertas juga dipengaruhi oleh densitas kayu yang digunakan. Serat yang didapat dari kayu dengan densitas rendahakian menghasilkan serat yang fleksibel serta kertas yang berkekuatan baik.
Wood Decay
Pembusukan kayu disebabkan oleh mikroorganisme seperti fungi, bakteri, ragi dan lin-lain. Pembusukan terjdi pada saat tanaman masih ditanam maupun dstronge chip (tempat penyimpanan chip).
b. Process Related Variable
Chip Size
Ketebalan chip sangat penting dalam proses pulping, ketika cairan pemasak akan menembus chip pada semua sisi. Jika chip tebal, cairan pemasak tidak akan menembus secara sempurna kepusat chip sehingga pusat chip tidak masak.
Chip Bulk Density
Merupakan parameter yang penting pada saat pengisian digester.Hal ini menentukan jumlah pulp yang dapat masuk dan dinyatakan dalam kg/m3.Chip Bulk Density dipengaruhi oleh wood density dan chip size.
Chip moisture
Mempunyai pengaruh terhadap pulp yield, kappa number, dan kualitas pulp. Jika moisture terlalu rendah, maka akan mempersulit dalam menghasilkan chip. Dengan mengetahui moisture content chip dapat dihitung wood input yang masuk kedalam digester, supaya terjaga konsentrasi liquor dan alakali secara konstan. Moisture level sebaiknya dalam range 40%-50%.
Bark (kulitkayu) dan kontaminasi lainnya
Bark merupakan komponen yang tidak diinginkan dalam produksi pulp karena bark berisi 20-30% selulosa dan 20-30% ekstraktif dan selebihnya lignin. Bark sendiri akan menaikkan konsumsi alkalidan mengurangi kekuatan pulp. Kandungan ekstraktif yang tinggi menyebabkan masalah di evaporator dan pitch pada pulp machine.
White Liqour Properties
White Liqour merupakan bahaan kimia pemasak dengan metode sulfat (kraft cycle) dalam bentuk aqueous solution, dimana kandungannya terdiri dari NaOH, Na2S, Na2SO4, Na2CO3).White Liquor digunakan untuk mengurangi kandungan lignin dalam digester dan juga untuk ekstraksi selulosa. Digester yang digunakan adalah digester continue.
Cooking Control Variable
Variabel-variabel yang digunakan untuk mengontrol cooking adalah:
Waktu dan Temperatur
Reaksi delignifikasi bergantung paada temperature. Kenaikan temperature yang kecil mempunyai pengaruh besar terhadap reaksi delignifikasi seperti kenaikan 10˚C dari 160˚C - 170˚C akan menyebabkan dua kali delignifikasi.
Alkali Charge
Efektivitas normal alakali charge memiliki nilai antara 10%-18% Na2O dalam drywood tergantung dari jenis kayu, kondisi pemasakan, dan derajat delignifikasi yang dibuttuhkan. Kelebihan alkali dapat menyebabkan kenaikan angka delignifikasi, dan mengurangi yield ''as the mount of dissolved hemicellulosa increase''.
Liqour to Wood Ratio
Rasio liquor :wood (rasio normal3:1 atau 5:1), kelebihan black liquor yang berasal dari digester ke chip untuk menaikkan rasio liquorwood.
Proses Pulping
Seluruh proses pulping memiliki tujuan yang sama yaitu untuk membebaskan serat selulosa dari lignin ketika mendapatkan hemicelulosa dan cellulosa secara lengkap, akan meningkatkan yield dari serat yang berguna. Serat yang yang diperoleh umumnya bewarna dan harus di bleaching sebelum dapat digunakan menjadi kertas. Hal ini juga bertujuan untuk mendapatkan warna yang baik tanpa degradasi dan kehilangan yield serat.
Ada banyak proses dan variasi dari proses dasar yang dapat digunakan untuk membuat pulp dari kayu. Beberapa lebih baik mengunakan kayu lunak daripada kayu keras, sebagian menghasilkan yield yang tinggi namun rendah kualitas kertas, sebagian menghasilkan yield rendah namun kertas dengan kualitas superior. Proses utama tersebut antara lain : proses sulfat atau kraft, groundwood dan proses thermomechanical, semichemical proses, dan proses sulfit. Banyaknya jenis variasi kayu yang tersedia, banyaknya kegunaan kertas, dan kerumitan dari prosesnya, tidak mengherankan jika cassey menggolongkan ada 5 proses mechanical, 7 proses semimechanicak dan thermomechanical, 5 semimechanical proses, 3 proses chemical dengan yield tinggi, 11 proses full chemical, dan 2 proses yang sesuai untuk melarutkan (tinggi atau chemical) pulp. Ada beberapa proses baru (solvent, oxygen, catalitic, dan enzymatic proses) yang telah disarankan. Kebanyakan secara teknis dapat dijalankan namun secara ekonomi tidak feasible. Berikut ini penggambaran beberapa proses dan solusi dalam menghadapi permasalahan pada proses dari kayu menjadi kertas.
Kraft pulping
Proses Kraft atau sulfate, adalah proses alkaline yang saat ini paling sering digunakan. Proses ini adalah perkembangan dari proses soda yang dimasak (cooked) dengan larutan NaOH dan Na2CO3 kuat. Proses soda memberikan yield yang rendah namun dan bekerja dengan baik hanya dengan serat pendek kayu keras (hardwood). Material yang ditambahkan pada cairan pemasak (coking liquor) untuk proses kraft adalah Na2SO4. Oleh karna itu, proses ini disebut proses sulfat. Proses pemasakan, dilakukan dengan penambahan larutan yang mengandung Na2S, NaOH, dan Na2CO3 dibentuk dari sufat selama persiapan dan recovery cairan pemasak.
Meskipun segala macam kayu dapat dimasak dengan proses kraft serat yang dihasilkan dapat di bleach serta kuat, namun sangat penting bahwa chemical yang digunakan dapat di recycle dan di regenerasi kembali agar dapat mengurangi atau bahkan menghilangkan polusi. Material yang berbau selama proses pemasakan, bagaimanapun merupakan penyebab polusi yang kuat dan sulit untuk dikontrol.
Kebanyakan proses kraft menggunakan kayu cofernicus. Pada umumnya proses ini menggunakan continyu digester, meskipun beberapa menggunakan unit batch. Batch unit menawarkan kontrol yang baik, namun continu unit membutuhkan lebih sedikit investasi untuk capasitas yang dibutuhkan, dan membuat instalasi kontrol polusi menjadi lebih mudah. Pada gambar 1.1 menunjukkan kondisi pemasakan yang digunakan untuk prosedur kraft proses secara keseluruhan disertai dengan sistem penting recovery cairan hitam pemasakan (black liquor sebagai chemical pemasak). Steam biasanya di recovery dari blow tank, dan batch digester secara umum telah diganti dengan dengan unit continu, dan unit yang paling populer adalah milik kamyr (gambar 1.2). proses pemasakan menyebabkan reaksi kimia yang terdiri dari hidolisi dan pelarutan lignin, sehingga membebaskan serat selulosa. Turpentine di uapkan dan sabun sodium terbentuk dari asam resin. Hidrolisis melepaskan mercaptan dan sulfida organik yang merupakan sumber bau menyengat pada pabrik kraft.
Gambar 1.1. flowchart untuk kraft atau proses sulfat, proses pulping dengan recovery dan reuse black liquor. Prosedur secara alkaline. Catatan : flowchart ini identik dengan peoses soda, kecuali sodium karbonat yang ditambahkan (saltcake). (Sumber : shreve, 1984)
Gambar 1.2. unit continu digester kamyr (sumber : doyle, 2001)
Ketika menggunakan digester kontinu, pabrik sulfat pulp melawati rangkaian proses sebagai berikut :
Proses pembuatan pulp dimulai dari penyediaan bahan baku, dengan cara mengambil dari hutan tanam industri kemudian disimpan dengan tujuan untuk pelapukan dan persediaan bahan baku. Kayu yang siap diolah ini disebut dengan Log. Kemudian log di kupas kulitnya dengan alat yang berbentuk drum disebut Drum barker. Setelah itu log melewati stone trap (alat yang berbentuk silinder berfungsi untuk membuang batu yang menempel pada log), setelah itu log dicuci. Log yang sudah bersih ini kemudian di iris menjadi potongan-potongan kecil yang di sebut dengan chip. Chip kemudian dikirim ke penyaringan utama untuk memisahkan chip yang bisa dipakai dengan yang tidak. Chip disaring dengan cara diputar dan digetarkan pada scerren untuk memisahkan chip yang melebihi ukuran, produk yang sesuai dan debu sisa pemotongan. Chip yang melebihi ukuran dibawa ke pemtongan ulang untuk mengurangi ukuran menjadi ukuran chip yang sesuai.
Dari tempat penampungan chip dibawa dengan konveyor ke bejana pemasak (digester). pemasakan pada digester terjadi dengan beberapa tahap. Pertama di lakukan kukus awal (presteamed) pada sekitar 100 Kpa untuk menguapkan turpentine dan gas yang tidak terkondensasi, kemudian dilanjutkan melewati suatu zona impregnasi pada sekitar 900 KPa. Chip di masak dengan cairan pemasak yang disebut dengan cooking liquor.
Dalam proses pulping secara kimiawi ditambahkan panas dan zat kimia (NaOH, Na2S, Na2CO3). Waktu pemasakan sekitar satu setengah jam pada 170 oC, suatu aliran pemadam yaitu cairan pemasak dingin menghentikan reaksi pemasakan . campuran antara pulp, sisa zat kimia dan limbah kayu dikeluarkan dari digester, kemudian masuk dalam blown tank dan tekanan menjadi berkurang, flash steam terbentuk yang digunakan untuk presteaming saat chip masuk digester. pulp yang keluar dari blown tank kemudian dicuci pada countercurrent displacement washing untuk mengurangi kandungan kimia pada chip dan memisahkannya dari cairan hitam (sisa zat kimia dan limbah). Larutan hasil pemanasan yang berwarna hitam (black liquor) dipisahkan dari pulp (brownstock). Black liquor direcovery kandungan kimianya untuk digunakan kembali dan kandungan organiknya di recover menjadi panas. Proses recovery black liquor biasanya lebih sulit dijalankan dibandingkan dengan proses pulping itu sendiri. Dalam batch digester, pulp (brownstock) diambil dari dasar digester tabung untuk dilanjutkan dengan pencucian. Pada digester continu, pencucian dilakukan di dalam digester untuk menghilangkan larutan lain dan mendinginkan pulp. Kraft pulping adalah proses dengan hasil rendah yaitu hanya 45% dari kayu akan menjadi pulp yang dapat digunakan. Pulp atau disebut brownstock pada tahap ini siap untuk diputihkan.
Tahap selanjutnya setelah setelah bubur kertas siap kemudian dicuci dengan tujuan untuk memisahkan cairan sisa hasil pemasakan dan mengurangi dampak terhadap lingkungan. Proses selanjutnya pulp di saring (screaning) agar terbebas dari bahan-bahan pengotor yang dapat mengurangi kualitas pulp. Proses penyaringan ini ada dua tahap, yaitu penyaringan kasar dan penyaringan halus. Proses akhir dari penyaringan berfungsi untuk memisahkan pasir, sisa potongan, dan chip yang belum bereaksi dari pulp.
Pencucian pulp secara efisien sangat penting dilakukan untuk memastikan kebutuhan maksimal zat kimia dalam proses pulping dan mengurangi jumlah limbah organik yang terbawa oleh pulp dalam proses pemutihan. Pulp yang kurang tercuci akan membutuhkan dosis zat pemutih yang lebih besar.
Pencucian pulp dilakukan mengikuti masing-masing proses untuk menghilangkan materi yang tidak diinginkan dalam pulp. Hasil samping berupa black liquor, debu, lignin, dan pemutih dihilangkan setelah tiap tahapan proses selesai. Efisiensi pencucian diukur berdasarkan tingkat kebersihan bubur kertas dan jumlah air yang digunakan untuk mencapai tingkat kebersihan tersebut.
Pulp melewati slot dalam piringan yang berputar untuk memisahkan gumpalan selulosa menjadi serat dan mempersiapkan pulp untuk proses pembuatan kertas. Serat dipotong dengan panjang yang seragam dan diperlakukan untuk memperbaiki ikatan dan kekuatan produk akhir kertas.
Proses selanjutnya adalah tahap pengelantangan (bleacing), mengurangi kandungan lignin, serta memutihkan pulp. Pulp yang dihasilkan dari proses kraft bewarna coklat, hal ini tidak masalah dalam penggunaan kertas untuk sack, kardus dan kantong kertas. Namun proporsi utama dari kertas adalah untuk kertas putih dan bewarna sebagai kertas tulis atau percetakan. Sehingga pulp perlu digelantang. Proses pengelantangan terdiri dari dua tahap yaitu oksigen delignifikasi dan pengelantangan akhir.
pada tahap oksigen delignifikasi bubur kertas dicampur dengan oksigen (O2) dan sodium hidroksida (NaOH) di dalam delignification tower sebelum di cuci didalam washer. Tujuan dari pencampuran ini adalah untuk mengurangi pemakaian bahan-bahan kimia pada tahap pengelantangan (bleacing), mengurangi kandungan lignin, serta memutihkan pulp. Penghilangan lignin (delignifikasi) menggunakan oksigen diperlukan untuk menghilangkan sisa lignin dari brownstock yang merupakan tahap prebleaching. Dengan mengurangi lignin akan dihasilkan bubur kayu yang lebih putih. Oksigen dan larutan putih ditambahkan ke dalam brownstock dalam reaktor pemanas. Senyawa lignin akan lepas dan dihilangkan dengan pencucian dan ekstraksi. Oksigen delignification akan mengurangi jumlah klorin yang dibutuhkan dalam proses pemutihan (bleaching).Pulp yang sudah jadi dikeluarkan dan dicuci dengan air dalam tanki pencuci sehingga liquornya akan terpisah. Liquor yang dihasilkan dimasukkan dalam tanki penampung untuk direcovery. Pulp yang sudah dicuci disaring lagi dengan saringan rotary drum filter.
Bubur kertas ini kemudian dikelantang (bleacing) pada final bleacing dengan bahan kimia di dalam proses bleacing untuk mencapai derajat keputihan sesuai standar. Bahan kimia yang digunakan adalah klorin, klorin dioksida, sodium hipoklorit, oksigen, peroksida, dan ozon.bahan kimia yang mengandung klorine digunakan dalam proses kelantang karena efisien dan tidak mengurangi kekuatan pulp. Pada modern bleaching plant penggunaan klorin sangat dikurangi. Klorin dioksida, digunakan sebagai tambahan pada komponen non klorin, lebih aman dibandingkan dengan klorin dan biasanya digunakan pada stage awal dari multiple-stage proses kelantang. Dalam tahap ini, brownstock dicampur dengan ClO2 dalam reaktor yang akan bereaksi dengan lignin. Pencucian kembali (dewatering) mengikuti tahap ini untuk menghilangkan senyawa lignin yang beikatan dengan klor dari bubur kayu. NaOH, O2 dan peroksida ditambahkan pada aliran pulp dalam stage ekstraksi berfungsi untuk menetralisasi pulp dan memperbaiki proses pencucian sebelumnya. tahap akhir dari proses bleaching dilakukan dengan penambahan klorin dioksida kembali dimana ClO2 memberikan pemutihan terakhir pada pulp.
Pulp yang telah diputihkan kemudian dibawa ke mesin pembuat kertas dimana akan dibentuk lembaran pulp pada screen. Sebelum masuk ke area paper machine, pulp diolah dulu pada bagian stock preparation. Bagian ini berfungsi untuk meramu bahan baku seperti: menambahkan pewarna untuk kertas (dye), menambahkan zat retensi, menambahkan filler (untuk mengisi pori - pori diantara serat kayu), dll. Bahan yang keluar dari bagian ini di sebut stock campuran pulp, bahan kimia dan air)
.Dari stock preparation sebelum masuk ke headbox dibersihkan dulu dengan alat yang disebut cleaner. Dari cleaner stock masuk ke headbox. headbox berfungsi untuk membentuk lembaran kertas (membentuk formasi) diatas fourdinier table. Fourdinier berfungsi untuk membuang air yang berada dalam stock (dewatering). Hasil yang keluar disebut dengan web (kertas basah). Kadar padatnya sekitar 35-45 % udara-serat kering.
kelembaban kemudian dikurangi dengan menumpukkan web pada hidrolik press berfungsi untuk membuang air dari web dan pressing pada sekitar 20 Mpa sehingga kadar padatnya mencapai 50-60 % udara-serat kering. Cara kerja press part ini adalah kertas masuk diantara dua roll yang berputar. Satu roll bagian atas di beri tekanan sehingga air keluar dari web. Bagian ini dapat menghemat energi, karena kerja dryer tidak terlalu berat (air sudah dibuang 30 %). Hasilnya digulung di pop reel sehingga berbentuk gulungan kertas yang besar (paper roll). Paper roll ini yang dipotong - potong sesuai ukuran dan dikirim ke konsumen.
Recovery Black Liquor
Salah satu faktor penting pada proses kraft adalah recovery black liquor dari proses pemasakan. Black liquor dipisahkan dari pulp pada tahap pencucian pul, atau diffuser yang mengandung 95-98 % total bahan kimia yang ditambahkan pada digester. Komponen organik sulfur terdapat pada kombinasi dengan sodium sulfida. Sodium carbonat terdapat dalam recovery dengan sedikit kandungan sodium sulfat, garam silica dan kapur, besi oksida, alumina dan potash. Total padatan biasanya sekitar 20 % . Empat langkah yang terlibat dalam recovery black liquor diuraikan di bawah ini .
Langkah 1 – Penguapan (evaporator)
Cairan hitam dari proses pencucian pulp mengandung 15-17 % padatan ,dan ini perlu dipekatkan menjadi sekitar 35 % padatan sebelum dapat dibakar dalam furnace.
Penguapan dilakukan dengan menggunakan beberapa efek , biasanya 5 sampai 7 efek dalam seri. dalam sistem jenis ini , uap yang diperoleh dalam satu efek evaporatorer menjadi uap pemanas untuk Efek berikutnya.
Langkah 2 - Pembakaran black liquor dalam funace
Black liquor dikentalkan, dibakar dan dicampur kapur dalam furnace smelting sehingga komponen organik yang masih tersisa akan hancur, carbon akan terbakar, dan komponen inorganik akan dilelehkan. Pada saat yang sama terjadi reaksi :
Na2SO4 + 2C - Na2S + 2CO2
Karbon (agen yang mereduksi) diperoleh dari bahan organik pada kayu. Thomlinson recovery furnace, adalah unit yang paling banyak digunakan untuk membakar padatan black liquor. Setelah black liquor dipekatkan pada multiefek evaporator, kemudian cairan di spray langsung ke dalam thomlinson furnace, kemudian terbakar sehingga reduksi dari sulfat menjadi sulfit pun terjadi, steam terbentuk dan campuran garam yang melebur atau smelt terbentuk. Karena kompeksitasnya menjadikan adjusment dan kontrol furnace sangat sulit. Resiko terjadi karena molten smelt dapat menyebabkan ledakan jika berkontak dengan sedikit air. Sehingga saat ini disarankan untuk menggunakan hidropirolisis untuk membentuk gas pembakaran. Dan pembakaran fluidized bed dari 35 % cairan untuk memproduksi chemical pellets dibandingkan smelt sedang dicoba. Semua alternatif pada sistem saat ini memiliki keuntungan dan kesulitan masing-masing. Namun sangat dimungkinkan akan tercipta suatu sistem yang lebih efisien bagi energi untuk recovery di masa depan.
Pembakaran organik menghasilkan uap bertekanan tinggi dalam boiler , yang biasanya melewati turbin , menghasilkan listrik . Uap tekanan rendah , yang habis dari turbin , kemudian digunakan untuk proses panas di pabrik pulp dan pabrik kertas.
Leburan bahan kimia atau smelt dilarutkan pada larutan lemah di tangki 9 yang berasal dari caustizing plant (gambar 1.1). bahan kimia terlarut dengan cepat sehingga terbantuk menjadi cairan hijau (green liquor). Impuritis yang tidak terlarut mengendap dan karbonat kemudian terkaustik dengan penambahan kapur yang diperoleh dari recover calcium karbonat. Reaksi sebagai berikut :
Na2CO3 (aq) + Ca(OH)2(s) - 2 NaOH (aq) + CaCO3 (s) H = -8,79 kJ
Slurry yang terbentuk dipisahkan dalam settlersdan rotary continous filters, menggunakan screen monel sebagai media filter. Lumpur yang terbentuk merupakan calcium carbonat dibawa ke lime kiln untuk menendapatkan kembali calsium oksida untuk digunakan kembali dalam proses. Filtrat yang terbentuk adalah cairan putih (white liquor) digunakan dalam pemasakan serat, yang mengandung sodium hidroksida, sodium sulfide, dan sedikit sodium karbonat, sodium sulfit dan tiosulfat.
Proses Soda
Proses soda ditemukan di Inggris tahun 1851 dan merupakan proses kimia yang
tertua. Pada proses soda, bahan kimia yang digunakan untuk melarutkan komponenkayu yang tidak diinginkan adalah soda kaustik (sodium hidroksida) dan soda abu(sodium karbonat). Proses soda digunakan untuk pembuatan pulp dari kayu kerasyaitu kayu yang berasal dari pohon yang daunnya lebar, mempunyai panjang seratlebih kecil 0,25 cm.
Proses soda hampir sama denga proses pada proses sulfat atau kraft, kecuali disolving agent adalah NaOH/Na2CO3 dan bahan kimia make up adalah Na2CO3 dibandingkan Na2SO4.
Proses Sulfite
Mula-mula sulfur dicairkan dalam tanki pencair atau pelebur, kemudian dipanaskan dalam pemanas yang berputar sambil dialiri udara untuk mengoksidasi. Dalam pemanasan ini sulfur diuapkan dan selanjutnya dimasukkan dalam ruang pembakaran dengan dialiri udara. Pengaliran udara ini dikontrol agar SO3 tidak terbentuk. SO2 terjadi didinginkan dengan cepat dalam suatu pipa yang melingkar-lingkar yang dikelilingi air. Proses selanjutnya adalah absorbsi gas oleh air dengan menambahkan senyawa kalsium dan magnesium karbonat.
S + O2 SO2
2SO2 + H2O + CaCO3 - Ca ( HSO3)2 + CO2
2SO2 + H2O + MgCO3 Mg ( HSO3)2 + CO2
Menara absorbsi dibuat minimal 2 buah. Penguliran air dari atas ke bawah dengan spray berlawanan dengan aliran SO2 yang dimasukkan ke menara absorbsi. Liquor yang keluar dari menara berisi sejumlah SO2 yang bebas lalu dimasukkan dalam reclain tank. Akhirnya liquor dimasukkan dalam digester sebagai larutan kalsium dan magnesium bi sulfit. Berdasarkan analisa kira-ira 4,5% total SO2 dan 3,5% SO2 bebas.
Digester ini diisi penuh dengan potongan-potongan kayu halus dan asam pemasak dengan kapasitas dari 1 ton sampai 35 ton serabut kayu dan 3000 sampai 51000 galon asam-asam. Digester dipanaskan secara langsung dengan steam (uap) dengan tekanan 70-160 lb/in2 tergantung dari jenis kayu yang dipakai. Waktu yang diperlukan 10-11 jam dengan suhu 1050-1550 C.
Setelah pemanasan dalam digester selesai dan sudah masak, pulp dikeluarkan dan masuk dalam blowpit dengan diberi air jernih. Dari blowpit ini pulp dimasukkan, diayak dan seterusnya disaring dengan rotary drum filter untuk dipadatkan dengan jalan membuang airnya dengan mesin ayakan 80. Kemudian pulp dimasukkan dalam tanki pemutih dan diputihkan dengna klorin dengan penambahan cairan kapur sebagai penetralnya. Selesai pemutihan pulp dimasukkan dalam mesin-chest dan dikeringkan. Selanjutnya dibuat roll-roll pulp.
Gambar 1.3. flowchart proses sulfite pulping
Proses Semikimia
Pulp yang dibuat dengan metode semikimia pertama kali ditemukan oleh Mitscherlich pada tahun 1984. Tujuan proses ini adalah menghasilkan perolehan yang maksimal yang setara dengan proses dari tingkat kekuatan dan kebersihan yang paling baik. Proses ini merupakan kombinasi cara kimia dan alat - alat mekanis dalam pembuatan pulp kayu. Untuk melunakkan lignin dan karbohidrat yang terikat dengan serat, makakayu direndam dalam soda kaustik atau sodium sulfi netral. Kemudian digiling dalam piringan penghalus. Metode semi kimia digunakan untuk kayu keras, biaya prosesnya rendah dan pulp yang dihasilkan masih mengandung sebagian besar lignin. Pulp semi kimia digunakan untuk kayu keras, biaya prosesnya rendah dan pulp yang dihasilkan masih mengandung sebagian besar lignin. Pulp semi kimia sukar diputihkan, dan jikaterkena sinar matahari akan berwarna kuning.
Adapun tahap-tahap yang dilakukan dalam proses ini adalah:
1. Menggunakan larutan kimia untuk menghancurkan dan mencerna kayu. Larutan kimia yang biasa digunakan adalah NaOH, Na2CO3, Na2SO4. Dalam proses ini, sebagian besar hemiselulosa harus sudah tercerna.
2. Menghancurkan bahan secara mekanik, Salah satu proses terkenal pembuatan pulp secara semikimia adalah proses Neutral Sulfite Semichemical (NSCC). Proses pencernaan kayu merupakan proses yang memiliki arti yang sangat penting. Proses ini diatur sedemikian rupa dengan kondisi terbaik mulai dari temperature, tekanan, dan larutan kimia.
Biasanya digunakan untuk bahan yangmembutuhkan kekuatan dan kekakuan seperti media kardus. Kayu yang dijadikan pulp dipotong menjadi potongan yang tipis dan kecil yang disebut dengan chips, dimasak beberapa jam dengan menggunakan alat penghancur yang dioperasikan pada suhu 150 oC dengan tekanan 4-5 atm, pencucian, dilakukan pemutihan (bleaching) dengan menggunakan kalsium hipoklorit, hidrogen peroksida atau kalsium dioksida. Proses pemutihan dapat menurunkan kekuatan pulp, sehingga perlu diperhatikan hubungan antara derajat putih pulp dan kekuatan kertas yang dihasilkan
Proses Mekanik
Disini pulp dibuat dengan tidak memakai zat-zat kimia, cukup dengan mesin saja tanpa pereaksi-pereaksi kimia. Pembuatan pulp secara mekanis ini memerlukan biaya yang sangat besar, disebabkan disini tidak dipakai pereaksi-pereaksi kimia untuk menghancurkan potongan-potongan kayu, yang akan dijadikan pulp atau kertas. Pada proses ini, terjadi pemberian tekanan pada kayu sehingga menghasilkan panas yang berfungsi untuk mengurangi gesekan antara komponen dalam kayu sehingga fiber terpisah dari lignin dengan sedikit kerusakan. Proses pembuatan pulp secara mekanik sangat jarang digunakan.
