SCIENTIFIC ARTICLE Vol. 1, No. 1, (2013) 1

Pengolahan Limbah Black Liquor dengan Recovery

Boiler

Denny Gunawan

Jurusan Teknik Kimia, Universitas Surabaya (UBAYA)

Jalan Raya Kalirungkut, Surabaya 60293 Indonesia

AbstrakIndustri pulp dan kertas termasuk industri kimia terbesar di dunia. Salah satu produk samping yang

dihasilkan adalah black liquor. Black liquor ini termasuk

limbah cair B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun) yang jika

dibuang langsung di sungai dapat menyebabkan

ketidakseimbangan ekosistem perairan. Metode recovery

boiler adalah salah satu metode pengolahan limbah black

liquor yang paling banyak digunakan oleh industri pulp dan

kertas. Keunggulan metode ini adalah mampu mengubah

kembali black liquor menjadi larutan pemasak yang

digunakan pada proses pulping. Selain itu, uap yang

dihasilkan pada proses boiling dapat digunakan untuk

menggerakan turbin pembangkit listrik tenaga uap sehingga

dihasilkan energi listrik. Bagaimanapun, metode ini memiliki

kelemahan yaitu hanya dapat diterapkan pada black liquor

yang dihasilkan melalui proses kraft saja. Dengan demikian,

black liquor yang dihasilkan melalui proses soda maupun

proses sulfit tidak bisa diolah menggunakan metode ini.

I. PENDAHULUAN Pulp dan kertas dibuat dari serat tumbuhan yang mengandung

selulosa, lignin, pektin, tanin, xylan, mannan, gum, dan zat

karbohidrat lainnya. Zat yang diperlukan dalam proses

pembuatan pulp dan kertas hanyalah selulosa, karena selulosa

mampu membentuk ikatan hidrogen yang kuat bersama air. Oleh

karena itu, selulosa harus dipisahkan dari zat lainnya supaya

kertas memiliki kualitas dan daya tahan yang baik. Proses

pemisahan ini memerlukan suatu larutan pemasak.

Berdasarkan larutan pemasaknya, ada 3 jenis proses yaitu

proses kraft, proses soda, dan proses sulfit. Larutan pemasak

yang paling umum digunakan adalah NaOH. Dari proses ini

dihasilkan produk samping yang berupa cairan bewarna hitam.

Cairan ini adalah limbah black liquor. Black liquor ini banyak

mengandung lignin dan sangat berbahaya bagi ekosistem

perairan jika langsung dibuang ke perairan.

Black liquor yang dihasilkan biasanya memiliki kisaran

konsentrasi 15-20% [1]. Sebelum diolah pada recovery boiler,

black liquor harus dipekatkan terlebih dahulu hingga mencapai

konsentrasi 65-85% [1]. Proses pemekatan ini dikenal sebagai

proses evaporasi. Tempat terjadinya proses evaporasi ini disebut

evaporator. Ada 2 jenis evaporator yaitu single effect evaporator

dan multi effect evaporator. Evaporasi black liquor biasanya

menggunakan multi effect evaporator. Sesudah proses evaporasi,

barulah black liquor pekat dimasukkan dalam recovery boiler.

Recovery boiler pada proses pengolahan limbah black liquor,

memiliki dua fungsi yaitu sebagai penghasil uap (steam) dan

sebagai reaktor kimia [2]. Uap (steam) yang dihasilkan pada

recovery boiler akan digunakan untuk menggerakan turbin pada

pembangkit listrik tenaga uap [2]. Sebagai reaktor kimia,

recovery boiler berfungsi untuk mengubah kembali black liquor

menjadi larutan pemasak yang digunakan pada proses pulping

sebelumnya [2]. Perlu diingat bahwa metode recovery boiler ini

hanya bisa diterapkan pada black liquor yang dihasilkan melalui

proses kraft (menggunakan larutan pemasak sodium atau sulfat)

[2].

II. SIFAT DAN KOMPOSISI BLACK LIQUOR

Sebelum masuk ke bab metode recovery boiler, harus

dipahami terlebih dahulu sifat dan komposisi limbah black

liquor. Komposisi kimia black liquor adalah sebagai berikut.

[1] Tabel 2.1

Komposisi Persentase

Lignin 30-45%

Polisakarida 30-45%

Garam anorganik 30-45%

Asam lemak 3-5%

Methanol ~1%

[1] Grafik 2.1

Dari tabel 2.1 dan grafik 2.1 dapat disimpulkan bahwa komposisi

kimia black liquor sebagian besar terdiri atas senyawa organik

(lignin dan polisakarida) dan senyawa anorganik (garam

anorganik seperti Na2S, Na2SO3, Na2CO3, dan Na2SO4) [2].

Selain itu, black liquor juga mengandung air sekitar 20%. Pada

tabel 1.1, lignin merupakan komposisi kimia terbesar dalam

black liquor [1]. Lignin ini yang menyebabkan warna kehitaman

pada black liquor. Selain komposisi senyawa kimia, penting

untuk diketahui juga mengenai komposisi elemen dari black

liquor secara empiris. Berikut tabel komposisi elemen black

liquor. Perlu diingat kembali bahwa komposisi elemental di

bawah ini merupakan komposisi elemen untuk black liquor, hasil

proses kraft.

[2] Tabel 2.2

Elemen Persentase

massa (%)

C 38.2%

H 3.4%

O 31.1%

N 0.1%

S 5.2%

Na 19.8%

K 1.9%

Cl 0.10%

Lainnya (Ca, Si,

Al, Mg, Fe, Mn) 0.2%

S/Na2=0.38

Pada tabel 2.2, rasio antara S dan Na2 bisa sangat bervariasi

tergantung pada kondisi proses [2]. Namun secara umum rasio

tersebut masih dalam kisaran 0.35 sampai 0.5 [2]. Dalam

recovery boiler, idealnya S dan Na2 ini akan diubah sepenuhnya

menjadi Na2S dan Na2CO3 dan akan mengendap di bawah

recovery boiler [2]. Namun dalam kenyataannya hal tersebut

tidak terjadi. Proses pada recovery boiler akan dibahas pada bab

Organik

Anorganik

Air

SCIENTIFIC ARTICLE Vol. 1, No. 1, (2013) 2

3. Selain itu, penting untuk diketahui viskositas dari black liquor

guna mendesain evaporatornya. Berikut tabel viskositas black

liquor pada berbagai temperatur [1].

[1] Tabel 2.3

BL Dry

Solids

Temperatur

(oC)

Viskositas

(cP)

18% 66 1.0

21% 82 0.9

26% 93 1.0

34% 110 1.3

42% 116 2.3

51% 121 4.9

70% 127 8.8

Informasi mengenai viskositas black liquor ini perlu diketahui

untuk mendesain evaporator [1]. Hal ini disebabkan besar

viskositas ini akan memengaruhi koefisien transfer kalor (U) [1].

Jika desain evaporator tidak disesuaikan dengan informasi

viskositas ini, energi yang diperlukan untuk evaporasi akan

meningkat drastis dan hal ini sangat merugikan industri.

Selain viskositas, BPR (Boiling Point Rise) juga memengaruhi

kinerja evaporator. Titik didih black liquor selalu lebih tinggi dari

titik didih air. Titik didih black liquor dengan konsentrasi 15%

sekitar 107oC [1]. Titik didih akan semakin meningkat seiring

dengan peningkatan konsentrasi. Dengan peningkatan BPR maka

selisih suhu pada evaporator akan menurun. Penurunan suhu ini

mengakibatkan kecepatan evaporasi (evaporation rate) juga

menurun [1].

III. PROSES RECOVERY BOILER Proses pengolahan limbah black liquor dengan recovery boiler

menempuh beberapa tahapan. Pertama, black liquor yang telah

dievaporasi akan disemprotkan masuk ke recovery unit. Di dalam

recovery unit, black liquor akan terpapar oleh gas panas sehingga

mengalami beberapa kejadian. Kejadian itu antara lain,

pengeringan (drying), pirolisis (pyrolysis), dan char conversion

[3].

[3] Gambar 3.1

Jadi, mula-mula partikel black liquor mengalami pengeringan

yang cepat hingga melepas uap air. Uap air (steam) ini bisa

digunakan untuk menggerakan turbin pembangkit listrik tenaga

uap. Kemudian partikel black liquor masuk ke tahapan pirolisis

dimana terjadi degradasi senyawa organik volatil hingga melepas

gas-gas tertentu [3]. Biasanya gas yang dihasilkan berupa H2,

CO, CH4, CO2, H2O, dan gas TRS (Total Reduced Sulphur) [3].

Hasil dari proses pirolisis ini berupa partikel char yang

mengandung 25% senyawa organic non-volatil dan 75% garam

anorganik [3]. Tahapan yang terakhir adalah char conversion

yang bertujuan untuk mengubah seluruh senyawa organik yang

tersisa menjadi gas karbon dioksida ataupun karbon monoksida

[3]. Setelah tahapan ini, partikel yang tersisa hanya tersusun atas

Na2S dan Na2CO3 [3].

Seluruh proses di atas terjadi dalam waktu yang cepat dalam

recovery boiler. Sisa garam anorganik (smelt) yang mengendap

di bagian bawah recovery boiler akan diubah kembali menjadi

larutan pemasak yang digunakan pada proses pulping. Caranya

adalah dengan mencampur smelt dalam air, kemudian

dikaustisasikan hingga menjadi larutan pemasak kembali (white

liquor). Jadi, secara keseluruhan diagram proses recovery boiler

adalah sebagai berikut.

[3] Gambar 3.2

Dari gambar 3.2 di atas ditunjukkan mulai dari proses pulping

dengan menggunakan larutan pemasak white liquor hingga

menghasilkan pulp dan limbah black liquor konsentrasi lemah.

Sebelum memasuki recovery boiler, black liquor lemah

dievaporasi sehingga konsentrasinya meningkat. Selanjutnya,

black liquor konsentrasi tinggi disemprotkan ke recovery boiler

hingga tersisa smelt di dasar recovery boiler. Smelt ini dicampur

air menjadi green liquor lalu dikaustisasikan menjadi white

liquor yang dapat digunakan kembali pada proses pulping.

IV. KESIMPULAN Dari paparan di atas dapat disimpulkan bahwa proses

pengolahan black liquor dengan recovery boiler melalui

beberapa tahapan proses. Pertama, black liquor lemah

dievaporasi sehingga menjadi black liquor dengan konsentrasi

kuat. Kedua, black liquor kuat ini disemprotkan ke recovery unit.

Di dalam recovery unit, partikel black liquor mengalami

pengeringan, pirolisis (degradasi senyawa organik volatil), dan

char conversion (konversi senyawa organik non-volatil menjadi

gas). Hasil proses tersebut akan mengendap di bawah recovery

boiler, berupa smelt yang tersusun atas garam anorganik. Smelt

selanjutnya dicampur air dan dikaustisasikan hingga menjadi

white liquor (larutan pemasak pada proses pulping) kembali.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Clay, David T. Evaporation Principles and Black Liquor Properties. Jacobs Engineering. [2] Hupa, Mikko. Recovery Boiler Chemical Principles. Chemical Engineering Abo Akademi University.

[3] Marklund, Magnus. Black Liquor Recovery: How does it work. ETCPitea.