LPP Sugar Knowledge Center

Menuju Industri Gula Berdayasaing, Bermartabat, Berkelanjutan dan Ramah Lingkungan.
 

Abstract

Susu kapur memegang peranan yang sangat penting dalam pemurnian nira di pabrik gula. Aplikasi susu kapur secara langsung sebagai agen pemurnian maupun dalam bentuk kalsium-sakarat sudah lama diaplikasikan di pabrik gula. Sakarat dibuat dari mencampur susu kapur dan nira (baik nira mentah,nira encer atau nira kental). sakarat yang umum digunakan adalah sakarat nira kental. untuk mencapai pH 11, rasio volume susu kapur dengan nira kental umumnya 1:7. Semakin rendah brix nira kental dan konsentrasi susu kapur rationya akan berubah. Susu kapur 7oBe dan nira kental 50,1 %brix  maka rasio volume susu kapur terhadap nira kental adalah 1:10, dengan pH sakarat pH 10,5. pH sakarat maksimal 12, umumnya digunakan pH 10,5-11. pH sakarat diatas 12 akan menyebabkan sukrosa rusak menjadi senyawa asam. Aplikasi sakarat di pabrik gula sangat dipengaruhi oleh keajegan giling dan variable proses, kinerja rotary vacuum filter, kemampuan operator dan kualitas bahan baku.

 

Kata kunci: sakarat, susu kapur, pH sakarat

——————————-

 

Jar Test

Jar Test

Setiap membahas tulisan tentang pemurnian nira (juice purification) untuk pabrik gula mentah (raw sugar) maupun pabrik gula putih (plantation white sugar), maka kita akan teringat statement Pak Soejardi, seorang guru gula, tentang pemurnian nira sebagai berikut :

 

“Stasiun (unit) pemurnian berfungsi menghilangkan kotoran sebanyak-banyaknya dalam waktu singkat dan biaya murah, tanpa menimbulkan kerusakan dan kehilangan sukrosa”.

 

Statement ini sering kita sampaikan secara berulang setiap ada sharing knowledge dengan topic pemurnian nira.

 

Agen pemurnian (purification agent) untuk menghilangkan kotoran dalam nira mentah biasanya berupa kapur tohor (CaO), belerang (S), asam phospat (H3PO4) dan flokulan. Sasaran penggunaan agen pemurnian ini adalah agar diperoleh nira encer yang ‘layak’untuk diproses di stasiun penguapan. Agen pemurnian termasuk dalam bahan pembantu proses pabrik gula.

 

Penggunaan susu kapur sudah lama dilakukan di pabrik gula, catatan sejarah sejak zaman mesir kuno sudah menyebutkan ini. Pembahasan terkait syarat kapur dan prosedur pembuatan susu kapur sudah sejak lama dibahas dalam buku klasik gula baik Honig (1963), Lal Mathur (1983), Hugot (1986) dan buku referensi terkini seperti Van Der Poel (1998), Peter Rein (2011) dan referensi lain.

 

Secara garis besar, Susu kapur merupakan larutan slurry kalsium hidroksida (Ca(OH)2) berisi emulsi padatan Ca(OH)2 dan ion Ca2+ dalam pelarut air. Susu kapur yang dibuat dari pemadaman kapur tohor (CaO) dengan air panas dan selanjutnya diencerkan dengan air dingin hingga konsentrasi yang dikehendaki. Pemadaman air panas bertujuan agar diperoleh slurry yang lembut sehingga memiliki luas permukaan yang besar dan bermanfaat dalam proses dissosiasi. Pengenceran digunakan air dingin karena proses peruraian atau dissosiasi butiran slurry Ca(OH)2 menjadi  ion Ca2+ akan berlangsung baik jika larutan encer dan suhu dingin. Waktu tunggu susu kapur setelah pengenceran dingin adalah 3-4 jam.

 

Susu Kapur - Ca(OH)2

Susu Kapur – Ca(OH)2

Range konsentrasi yang digunakan tiap pabrik gula antara 5-10oBe (46 -94 gr CaO per liter). Semakin encer susu kapur, reaksi dissosiasi molekul Ca(OH)2 menjadi ion Ca2+ semakin bagus, namun harus disesuaikan dengan kemampuan evaporator untuk menguapkan air. Umumnya digunakan range 7-9oBe.

 

Molekul Ca(OH)2 bukan merupakan basa kuat, sehingga reaksi dissosiasi molekul Ca(OH)2 menjadi ion Ca2+ dalam susu kapur memerlukan waktu tunggu yang cukup. Demikian juga, dalam proses penghilangan kotoran dalam nira atau pengikatan dan penggumpalan komponen pengotor dalam nira oleh ion Ca2+ membutuhkan waktu reaksi yang cukup pula.

 

Kecukupan jumlah ion Ca2+ dan waktu reaksi untuk mengikat kotoran sangat ditentukan oleh kandungan kotoran dalam nira. Semakin tinggi kemurnian nira maka semakin sedikit jumlah ion Ca2+ dan semakin pendek waktu reaksi yang diperlukan. Kemurnian nira biasanya kita ukur dengan angka HK (Harkat kemurnian, atau biasa disebut purity). Semakin masak tebu, semakin sedikit susu kapur dan semakin pendek waktu reaksi. Kemasakan tebu sangat menentukan proses pemurnian. Indicator kecukupan jumlah ion Ca2+ biasanya dinyatakan dengan derajat pH nira defekasi sebelum masuk reaksi sulfitasi di reactor sulfitasi (sulphitator, sulphiteur).  Reaksi antara susu kapur dengan nira mentah juga disebut reaksi defekasi atau liming.

 

Pabrik gula Indonesia pada umumnya mengolah nira mentah dengan tingkat kemurnian (opurity) nira mentah dibawah 80, hanya beberapa pabrik gula yang mengolah nira mentah dengan tingkat kemurnian diatas 80. Kondisi ini menyebabkan pH nira defekasi sebelum reaksi sulfitasi berada pada daerah pH diatas 8,6, umumnya pada range pH 9,0-9,4. pH nira defekasi sebelum reaksi sulfitasi berbeda beda tiap pabrik gula karena ditentukan oleh kualitas tebu yang diolah.

 

Penggunaan pH yang tinggi ini memerlukan waktu yang cukup, tidak bisa instant langsung mencapai pH yang diinginkan, pabrik gula di Indonesia melakukan penambahan susu kapur secara bertahap, istilahnya fractional liming. Pemberian susu kapur pertama kali dilakukan sampai dengan pH 7,0-7,2 di reactor defekasi 1 (defecator 1). Pemberian pada pH ini akan memberikan informasi bentuk gumpalan/floc saat mencapai pH 7,0-7,2 dengan lama reaksi antara 3-5 menit dan suhu reaksi antara 70-75oC.

 

Pemberian susu kapur yang kedua dilakukan dalam reactor defekasi 2 (defecator 2) hingga pH yang diinginkan (umumnya 9,0-9,4) dan lama reaksi antara 15-30 detik. Hal ini penting dilakukan mengingat semakin lama waktu reaksi di defecator 2 maka ada potensi pembentukan warna akibat destruksi monosakarida pada pH alkalis (basa). Waktu reaksi total untuk susu kapur dengan nira bervariasi dari 3 menit hingga 5 menit.

 

Reaksi antara susu kapur dengan nira mentah memerlukan alat pencampur yang baik agar memberikan pencampuran yang seragam, biasanya digunakan reactor alir tangki berpengaduk, inline mixer atau pompa sentrifugal. Semakin tinggi pH nira defekasi maka semakin tinggi gas SO2 yang diperlukan untuk menurunkan pH menjadi pH 7,0 pada reaksi sulfitasi.

 

Di beberapa pabrik gula luar negeri yang pernah dikunjungi penulis, dimana tingkat kemurnian nira mentah diatas 80, pemberian susu kapur dilakukan dengan sederhana hanya dengan memasukkan susu kapur di tangki nira mentah sebelum dipompa ke pemanas nira I (70-75oC) atau diberikan bersama-sama dengan gas belerang di reaktor sulfitasi. Semakin tinggi kemurnian bahan baku semakin mudah pemurnian.

 

Molekul Sukrosa

Molekul Sukrosa

Berdasarkan pertimbangan potensi kebutuhan belerang untuk pemurnian, waktu reaksi yang cukup lama dan kecenderungan pembentukan warna pada pH alkalis maka ada beberapa pabrik gula yang mencoba mengaplikasikan penggunaan sakarat sebagai pengganti susu kapur.

 

Sakarat merupakan senyawa ikatan semu antara sukrosa dengan senyawa ion logam, sakarat yang umum digunakan di pabrik gula adalah kalsium-sakarat. Senyawa ini mudah larut dan terionisasi dalam air.  Senyawa ini merupakan rantai ikatan semu antara ion sukrosa ([C12H21O11]-, [C12H20O11]=, dll) dan ion Ca2+. Rumus molekulnya […S-Ca-S-Ca-….]. sifat ionisasi yang mudah dibanding susu kapur ini memberikan alternatif penggunaan sakarat sebagai pengganti susu kapur dan menurunkan pemakaian belerang karena pH nira defekasi yang lebih rendah dibanding menggunakan susu kapur secara langsung.  Jenis sakarat menurut bahan pembuatnya dibedakan menjadi beberapa jenis sakarat,

  • Sakarat nira mentah dibuat dengan mencampur susu kapur dengan nira mentah
  • Sakarat nira encer dibuat mencampur susu kapur dengan nira encer
  • Sakarat nira kental dibuat mencampur susu kapur dengan nira kental

Dan jenis sakarat lainnya.

 

Teori sakarat sebenarnya sudah lama sekali dikenal di pabrik gula Indonesia. Dalam buku klasik tentang gula karangan Honig (1963) sudah disebutkan aplikasi sakarat di pabrik gula Indonesia. Van der Jaght (1928) melaporkan aplikasi sakarat yang dibuat dengan mencampurkan susu kapur 15oBe dengan nira mentah (suhu 30oC) atau biasa disebut sakarat nira mentah. Perbandingan volume susu kapur dengan nira mentah adalah 1:9. Setiap 1 liter campuran ini mengandung 14,8 gram CaO. Sebagian kecil larutan sakarat nira mentah digunakan untuk menetralkan keasaman nira mentah dan sisanya ditambahkan dinira pada reaktor sulfitasi.

 

Sakarat nira kental dibuat dengan mencampur susu kapur dengan nira kental, Hartmann melakukan aplikasi sakarat dengan mencampur susu kapur 15oBe dengan nira kental dengan perbandingan volume 1:7. Waktu reaksi yang dilakukan selama 5 menit dan pH tercapai 11-11,5. (Chen and Chou, 1993). Ionisasi sakarat menurut literature tersebut dapat berlangsung dengan baik sehingga memberikan kualitas endapan dan nira encer yang lebih baik, serta penurunan konsumsi bahan pembantu.

 

Pabrik gula Indonesia sebagian besar menggunakan susu kapur sebagai agent pemurnian, namun begitu beberapa pabrik gula sudah menerapkan aplikasi sakarat baik sakarat nira mentah maupun sakarat nira kental. Aplikasi sakarat nira mentah dilakukan dengan memanfaatkan sebagian nira defekasi 2 (pH 9,0-9,4) untuk menaikkan pH nira mentah dari gilingan sebelum masuk pemanas nira I (70-75oC). Aplikasi sakarat nira kental dilakukan dengan menambahkan sakarat nira kental di nira mentah keluar pemanas nira I sebelum masuk ke sulfitator.

 

Penulis melakukan percobaan untuk menentukan setting point sakarat nira encer dan sakarat nira kental menggunakan susu kapur 7oBe, nira encer 10,73 %brix dan nira kental  50,1 %brix. Hasil yang diperoleh disajikan dalam tabel sbb:

 

Tabel 1. Setting Point Sakarat

agen pemurnian 3 tabel

*Rasio bahan untuk membuat sakarat sangat dipengaruhi kualitas nira (nira mentah, nira encer, dan nira kental) dan susu kapur.

 

Sebagai gambaran, Data diatas menunjukkan bahwa untuk mendapatkan kualitas nira encer dengan kejernihan < 200 NTU maka cukup menggunakan pH nira defekasi 8,4  untuk aplikasi sakarat baik sakarat nira encer maupun sakarat nira mentah.

 

pH optimum nira defekasi sebelum reaksi sulfitasi jika dilakukan dengan sakarat relatif lebih rendah jika dibanding dengan menggunakan susu kapur. Hal ini memberikan potensi keuntungan berupa penurunan pemakaian belerang. Selain itu penggunaan sakarat akan memberikan waktu reaksi nira mentah dan sakarat yang lebih cepat (waktu reaksi : 15-60 detik) jika dibanding menggunakan susu kapur (3-5 menit). Waktu reaksi yang lebih cepat ini akan memberikan keuntungan untuk tidak memerlukan reactor yang besar. Beberapa aplikasi cukup dilakukan dengan menambahkan sakarat sebelum pompa nira mentah atau diinjeksikan dalam pipa setelah pemanas nira I sebelum sulfitator. Injeksi nira di pipa keluar pemanas nira I biasanya dibantu dengan adanya inline mixer untuk menyempurnakan pencampuran. Waktu reaksi antara sakarat dan nira mentah sudah cukup terpenuhi dengan waktu tinggal nira dalam pipa dan pemanas nira.

 

Selain sisi keuntungan aplikasi sakarat diatas, juga perlu dicermati bahwa penggunaan sakarat nira encer memerlukan volume sakarat sekitar 50 % terhadap nira mentah. Jumlah nira encer yang tersirkulasi mendekati 50% nira mentah. Jumlah yang sangat besar dan memerlukan peralatan kapasitas yang lebih besar dari yang terpasang.

 

Sedang penggunaan sakarat nira kental akan memerlukan sakarat nira kental sebesar 5% volume nira mentah untuk mencapai pH nira defekasi 8,4.  Jumlah ini kelihatan relatif kecil, namun jika dibandingkan dengan volume nira kental yang dihasilkan dari evaporasi sekitar 20% nira mentah maka jumlah nira kental yang tersirkulasi akan cukup besar.

 

Penggunaan sakarat nira kental akan menyebabkan sebagian nira kental sekitar seperempat (25%) produksi nira kental akan disirkulasi dalam stasiun pemurnian. Dengan adanya sirkulasi maka perlu diperhatikan potensi kehilangan gula selama proses pemurnian baik hilang bersama blotong maupun hilang tidak diketahui.

 

Menurut hemat penulis, aplikasi susu kapur dan sakarat sudah terbukti secara teori maupun aplikasi lapangan. Aplikasi sakarat dalam pemurnian nira di pabrik gula perlu mendapatkan perhatian secara seksama. Hal hal yang perlu diperhatikan ketika menjalankan aplikasi sakarat agar tidak terjadi kehilangan sukrosa adalah:

  • Menjaga pH sakarat pada pH yang stabil 10,5-11. Hal ini penting dilakukan karena pada pH diatas 12 sukrosa akan pecah menjadi senyawa asam dan senyawa lain. Pada tahap pertama dekomposisi sukrosa akan terbentuk asam laktat yang setara dengan sekitar 75% berat  sukrosa yang terdekomposisi.
  • pH sakarat diatas 12, selain menyebabkan dekomposisi sukrosa, juga akan menyebabkan adanya endapan putih susu kapur pada sisi bawah larutan sakarat. Endapan ini akan terlihat saat sakarat didiamkan beberapa saat digelas ukur. Endapan ini akan berikatan dengan sukrosa dan terbawa bersama blotong sehingga pol blotong akan cenderung tinggi.
  • Rasio nira kental terhadap susu kapur sangat dipengaruhi oleh kualitas nira kental dan susu kapur, fluktuasi kualitas kedua bahan tersebut akan mempengaruhi kualitas pemurnian.
  • Kinerja Rotary Vacuum Filter harus prima untuk menekan kehilangan gula dalam blotong sebagai dampak peningkatan sukrosa dalam blotong.
  • Operasional pemurnian sakarat dengan cara manual (terutama pengaturan pH) tanpa ditunjang system otomatisasi akan berpotensi menyebabkan variable proses pemurnian sulit dicapai, kehilangan sukrosa meningkat dan kualitas nira encer tidak sesuai sasaran.
  • Menjaga keajegan giling. Giling yang tidak ajeg akan menyebabkan pH sakarat bervariasi dan menyulitkan pencapaian sasaran kualitas nira encer. Kita ketahui bahwa ketika menggunakan sakarat maka pH optimum defekasi cukup 8,4 sedang dengan susu kapur pH optimum defekasi pada range 9,0-9,4 (atau menyesuaikan kualitas nira mentah). sehingga  ketika nira kental kosong atau ada gangguan giling maka kualitas sakarat dan nira encer juga akan terganggu.
  • Kualitas tebu juga akan mempengaruhi setting point pH optimum untuk reaksi defekasi, sehingga kualitas tebu akan sangat berpengaruh terhadap pencapaian sasaran pemurnian.

 

Aplikasi langsung susu kapur maupun dalam bentuk kalsium-sakarat sama-sama memiliki keuntungan juga kekurangan. Namun perlu dipahami bahwa penggunaan susu kapur dan sakarat sama-sama  tetap menggunakan kapur tohor (CaO) sebagai bahan baku pembuatan susu kapur dan sakarat. Oleh karena itu mutu kapur tohor (CaO) dan prosedur pembuatan susu kapur tetap harus mendapat perhatian agar tidak menambah bahan bukan gula (pengotor) kedalam stasiun pemurnian. Bukankah fungsi pemurnian adalah menghilangkan kotoran dalam nira mentah bukan menambah kotoran ke dalam nira mentah.

 

Semoga bermanfaat.

 

Referensi:

Chen, J.C.P and Chou, C.C, 1993, Cane Sugar Handbook, 12 ed.,Singapore

Honig, P.,1953, Principles of  Sugar Technology,Elshevier Publishing Co.,Amsterdam

Hugot,E., 1986, Handbook of Cane Sugar Engineering, 3rd., Elsevier Publishing Company, Amsterdam.

Daniyanto dan Fathur Rahman Rifai, 2011, Laporan Pendampingan Sakarat PG. Krebet Baru I, LPP Yogyakarta

Daniyanto dan Fathur Rahman Rifai, 2011, Laporan Pendampingan Sakarat PG. Rejoagung Baru, LPP Yogyakarta

 

 

The following two tabs change content below.

Daniyanto

Professional Staff Coordinator, Sugar Technologist at LPP Yogyakarta | Sugar Technology Division

Latest posts by Daniyanto (see all)

(komentar anda cermin pribadi anda, mari budayakan komentar dengan bahasa yang baik)
Untuk berdiskusi, tulis komentar dengan login di akun FB anda :

Categories

Web Stats


institutions and administrations