Critical Properties Estimation Polymethyl Benzene

THERMODYNAMIC Resume of Critical Properties Estimation of Polymethyl Benzene

Hamzah Fansuri 2311 201 205

Vania Mitha Pratiwi 2311 201 207

Bangkit Gotama 2312 201 003

Christina Wahyu Kartikowati 2312 201 009

A. Polymethyl Benzene

Benzene adalah senyawa hidrokarbon yang memiliki rumus molekul (C6H6) yang

tersusun dalam ikatan cincin dan terdiri dari 3 ikatan rangkap tunggal dan 3 ikatan

rangkap ganda. Benzene yang berikatan dengan alkil methyl (-CH3) akan membentuk

polymethyl benzene. Karena benzene hanya memiliki 6 atom C, maka jumlah

polymethyl benzene berjumlah 6 kelompok senyawa yang masing-masing memiliki

beberapa isomer. Beberapa senyawa polymethyl benzene, yaitu :

- Methyl benzene (toluene) dengan 1 alkil methyl

- Di-methyl benzene (xylenes) dengan 2 alkil methyl

- Tri-methyl benzene dengan 3 alkil methyl

- Tetra-methyl benzene dengan 4 alkil methyl

- Penta-methyl benzene dengan 5 alkil methyl

- Hexa-methyl benzene dengan 6 alkil methyl

Beberapa gambar struktur polymethyl benzene sebagai berikut :

Methyl Benzene

(Toluene) Di-methyl Benzene

(Xylene)

Tri-methyl Benzene

(Mesitylene)

B. Method of Joback

Metode Joback adalah metode estimasi critical properties yang dikembangkan oleh

Joback (1984,1987) dengan menggunakan metode group contribution. Untuk

menentukan nilai dari critical properties (critical temperature, Tc; critical pressure, Pc;

dan critical volume, Vc) diperlukan nilai-nilai kontribusi baik untuk Tc, Pc, maupun Vc,

yaitu tck, pck dan vck. Nilai-nilai tersebut berbeda untuk tiap grup kontribusinya.

Berikut persamaan estimasi critical properties untuk metode ini :

[ {∑

} {∑

}

]

[ ∑

]

∑

Dalam estimasti Tc diperlukan nilai boiling point (Tb) dimana dapat menggunakan

nilai estimasi maupun eksperimen Tb. Untuk mengestimasi Tb dapat menggunakan

persamaan berikut :

∑

Tetra-methyl Benzene

(Durene)

Penta-methyl

Benzene Hexa-methyl Benzene

(Mellitene)

Tabel 1. Hasil perhitungan Critical Properties of Polymethyl Benzene dengan

Method of Joback

Component % Absolut Error

Tc (Tb exp) Tc (Tb est) Pc Vc

Benzene (C6H6) 0.07% 1.37% 2.47% 5.40%

Methyl Benzene (C7H8) 0.16% 0.80% 0.35% 1.11%

Di-methyl Benzene (C8H10) 0.54% 1.13% 2.28% 0.76%

Tri-methyl Benzene (C9H12) 0.58% 1.41% 3.68% 0.65%

Tetra-methyl Benzene (C10H14) 0.24% 0.78% 3.14% 2.04%

Penta-methyl Benzene (C11H16) 0.42% 2.01% 0.10% 0.00%

Hexa-methyl Benzene (C12H18) 1.34% 3.62% 0.11% 0.00%

% Average Absolut Error (AAE) 0.48% 1.59% 1.73% 1.42%

B.1. Critical Temperature

Grafik 1. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Tc pada

Method of Joback

Berdasarkan grafik 1, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl

benzene, % absolute error akan cenderung semakin meningkat, baik pada estimasi Tc

dengan Tb exp maupun Tb est. Hal ini menunjukkan bahwa metode Joback memiliki

keakuratan paling baik pada estimasi Tc berdasarkan Tb exp dengan jumlah alkil metil

dibawah 3 alkil.

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

Based Tb Estimated

Based Tb Experimental

B.2. Critical Pressure

Grafik 2. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Pc pada

Method of Joback

Pada grafik 2, semakin meningkatnya jumlah alkil metil pada polymethyl benzene, %

absolute error Pc akan selalu berubah-ubah.

B.3. Critical Volume

Grafik 3. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Vc pada

Method of Joback


benzene, % absolute error Vc akan cenderung semakin menurun. Hal ini menunjukkan

bahwa metode Joback memiliki keakuratan cukup baik pada polymethyl benzene yang

memiliki alkil metil yang lebih banyak.

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

0.00%

1.00%

2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

C. Method of Constantinou-Gani

Metode Constantinou-Gani adalah metode estimasi critical properties yang

dikembangkan oleh Constantinou-Gani (1994) dengan menggunakan metode group

contribution berdasarkan UNIFAC groups. Pada metode ini menggunakan perhitungan

Second Order Level, dimana merupakan pelengkap dari First Order Level yang memiliki

keterbatasana terutama untuk isomer, senyawa yang memiliki struktur resonansi.

Penggunaan second order estimasi ini dapat memperkecil nilai error yang dihasilkan

dari perhitungan first order.

Untuk menentukan nilai dari critical properties (critical temperature, Tc; critical

pressure, Pc; dan critical volume, Vc) diperlukan nilai-nilai kontribusi baik untuk Tc, Pc,

maupun Vc, yaitu tc1k, tc2j, pc1k, pc2j, vc1k, dan vc2j. Dalam estimasti Tc tidak

diperlukan nilai boiling point (Tb) sehingga dapat mempermudah perhitungan. Nilai-

nilai tersebut berbeda untuk tiap grup kontribusinya. Berikut persamaan estimasi

critical properties untuk metode ini :

[∑

∑

]

[∑ ∑

]

[∑

∑

]


Method of Constantinou-Gani


Tc Pc Vc

Benzene (C6H6) 0.21% 0.23% 0.46%

Methyl Benzene (C7H8) 0.53% 2.14% 1.82%

Di-methyl Benzene (C8H10) 1.08% 2.79% 1.01%

Tri-methyl Benzene (C9H12) 1.39% 4.14% 0.54%

Tetra-methyl Benzene (C10H14) 1.83% 1.99% 2.55%

Penta-methyl Benzene (C11H16) 4.22% 1.33% 2.27%

Hexa-methyl Benzene (C12H18) 6.87% 1.26% 103.04%

% Average Absolut Error (AAE) 2.30% 1.98% 15.95%

C.1. Critical Temperature




benzene, % absolute error akan cenderung semakin meningkat. Hal ini menunjukkan

bahwa metode Constantinou-Gani memiliki keakuratan paling baik pada estimasi Tc

dengan jumlah alkil metil yang lebih kecil.

C.2. Critical Pressure



0.00%

1.00%

2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

7.00%

8.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

4.50%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

Pada grafik 5, semakin meningkatnya jumlah alkil metil pada polymethyl benzene, %

absolute error Pc akan selalu berubah-ubah. Pada grafik tersebut, % absolute error Pc

akan cenderung naik dan kemudian akan menurun pada jumlah alkil metil lebih dari 4.

C.3. Critical Volume




benzene, % absolute error Vc akan cenderung berubah-ubah.

D. Method of Wilson-Jasperson

Metode Wilson-Jasperson adalah metode estimasi critical properties yang

dikembangkan oleh Wilson-Jasperson (1996) dengan menggunakan metode group

contribution baik untuk senyawa organik dan anorganik. Pada metode ini

menggunakan perhitungan Second Order dan First Order. Pada first order, menggunakan

metode atomic contributions bersama dengan boiling point dan jumlah ikatan cincin.

Pada second order menggunakan group contributions sebagai penyempurna

perhitungannya. Pada metode ini hanya dapat mengestimasi critical temperature, Tc dan

critical pressure, Pc.

Untuk menentukan nilai dari critical properties diperlukan nilai-nilai kontribusi baik

untuk Tc, dan Pc, yaitu Δtck, Δtcj, Δpck, dan Δpcj. Dalam estimasti Tc diperlukan nilai

boiling point (Tb). Nilai-nilai tersebut berbeda untuk tiap grup kontribusinya. Berikut

persamaan estimasi critical properties untuk metode ini :

[ ∑

∑

]

[ ]

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

0 1 2 3 4 5

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

[∑

∑

]


Method of Wilson-Jasperson


Tc Pc

Benzene (C6H6) 3.34% 6.88%

Methyl Benzene (C7H8) 2.74% 3.34%

Di-methyl Benzene (C8H10) 2.11% 1.64%

Tri-methyl Benzene (C9H12) 1.66% 3.13%

Tetra-methyl Benzene (C10H14) 1.49% 1.10%

Penta-methyl Benzene (C11H16) 0.81% 9.43%

Hexa-methyl Benzene (C12H18) 2.18% 12.66%

% Average Absolut Error (AAE) 2.05% 5.45%

D.1. Critical Temperature




benzene, % absolute error akan cenderung semakin menurun. Hal ini menunjukkan

bahwa metode Wilson-Jasperson memiliki keakuratan paling baik pada estimasi Tc

dengan jumlah alkil metil yang lebih kecil. Tetapi pada garfik tersebut terdapat

penyimpangan pada jumlah alkil metil 6 (hexamethyl benzene). Hal itu dikarenakan

pada hexamethyl benzene, hanya memiliki unsur group contribution : [(=C<) Ring

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

Groups dan (-CH3)] sedangkan pada jumlah alkil metil 0-5, terdapat group contribution :

[(=CH-) Ring Groups ; (=C<) Ring Groups dan (-CH3)] sehingga mempengaruhi %

absolute error-nya.

D.2. Critical Pressure




benzene, % absolute error Pc akan cenderung berubah-ubah.

E. Method of Marrero-Pardillo

Metode Marrero-Pardillo adalah metode estimasi critical properties yang

dikembangkan oleh Marrero-Marejon dan (1996) dengan menggunakan metode

bondcontribution. Untuk menentukan nilai dari critical properties (critical temperature,

Tc; critical pressure, Pc; dan critical volume, Vc) diperlukan nilai-nilai kontribusi baik

untuk Tc, Pc, maupun Vc, yaitu tcbk, pcbk dan vcbk. Nilai-nilai tersebut berbeda untuk

tiap grup kontribusinya. Berikut persamaan estimasi critical properties untuk metode

ini :

[ (∑

) (∑

)

]

[ ∑

]

∑

0.00%

2.00%

4.00%

6.00%

8.00%

10.00%

12.00%

14.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

Dalam estimasti Tc diperlukan nilai boiling point (Tb) dimana dapat menggunakan

nilai estimasi maupun eksperimen Tb. Untuk mengestimasi Tb dapat menggunakan

persamaan berikut :

∑


Method of Marrero-Pardillo


Tc (Tb exp) Tc (Tb est) Pc Vc

Benzene (C6H6) 0.32% 2.45% 1.85% 1.00%

Methyl Benzene (C7H8) 0.03% 2.20% 2.84% 1.08%

Di-methyl Benzene (C8H10) 0.35% 1.62% 2.58% 0.92%

Tri-methyl Benzene (C9H12) 0.61% 1.57% 3.47% 0.55%

Tetra-methyl Benzene (C10H14) 0.19% 0.91% 3.75% 2.85%

Penta-methyl Benzene (C11H16) 0.86% 1.64% 0.59% 3.88%

Hexa-methyl Benzene (C12H18) 0.35% 3.63% 0.86% 5.17%

% Average Absolut Error (AAE) 0.39% 2.00% 2.28% 2.21%

E.1. Critical Temperature




benzene, % absolute error Tc akan cenderung berubah-ubah baik pada estimasi Tc

dengan Tb exp maupun Tb est.

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

Based Tb Estimated

Based Tb Experimental

E.2. Critical Pressure




benzene, % absolute error Pc akan cenderung berubah-ubah.

E.3. Critical Volume




benzene, % absolute error akan cenderung semakin meningkat. Hal ini menunjukkan

bahwa metode Marrero-Pardillo memiliki keakuratan paling baik pada estimasi Vc

dengan jumlah alkil metil yang lebih kecil.

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

0.00%

1.00%

2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

0 1 2 3 4 5 6

% A

bso

lut

Erro

r

Alkyl Methyl

F. Suitable Method for Critical Temperature (Tc)

*) J = Method of Joback; CG = Method of Constantinou-Gani;

WS = Method of Wilson-Jasperson; dan MP = Method of Marrero-Pardillo

Grafik 12. Nilai %Average Absolut Error (AAE) Tc (based Tb exp)



Grafik 13. Nilai %Average Absolut Error (AAE) Tc (based Tb est)

Dari hasil perhitungan critical temperature dari berbagai metode (Joback dan

Marrero-Pardillo) dan grafik 12, dapat disimpulkan bahwa metode Marrero-Pardillo

memberikan nilai % Average Absolut Error (AAE) Tc (based Tb exp) paling kecil

dibandingkan metode lainnnya, dengan nilai 0.39%. Sehingga dapat disimpulkan bahwa

0.47%

1.90% 1.91%

0.39%

0.0%

0.5%

1.0%

1.5%

2.0%

2.5%

J CG WS MP

% A

bso

lute

Ave

rage

Err

or

Method

1.37%

1.71%

0.0%

0.2%

0.4%

0.6%

0.8%

1.0%

1.2%

1.4%

1.6%

1.8%

J CG WS MP

% A

bso

lute

Ave

rage

Err

or

Method

metode yang tepat untuk perhitungan critical temperature Tc (based Tb exp) adalah

metode Marrero-Pardillo dan metode Joback.

Sedangkan berdasarkan grafik 13 untuk Tc (based Tb est) ,metode yang lebih tepat

adalah metode Joback dibandingkan dengan metode Marrero-Pardillo.

G. Suitable Method for Critical Pressure (Pc)



Grafik 14. Nilai %Average Absolut Error (AAE) Pc

Dari hasil perhitungan critical pressure dari berbagai metode (Joback; Constantinou-

Gani; Wilson-Jasperson; dan Marrero-Pardillo) dan grafik 14, dapat disimpulkan bahwa

metode Joback memberikan nilai % Average Absolut Error (AAE) Pc paling kecil

dibandingkan metode lainnnya, dengan nilai 2.33%. Sehingga dapat disimpulkan bahwa

metode yang tepat untuk perhitungan critical temperature Tc adalah metode Joback dan

metode Marrero-Pardillo.

2.33% 2.44%

3.84%

2.73%

0.0%

0.5%

1.0%

1.5%

2.0%

2.5%

3.0%

3.5%

4.0%

4.5%

J CG WS MP

% A

bso

lute

Ave

rage

Err

or

Method

H. Suitable Method for Critical Pressure (Vc)



Grafik 15. Nilai %Average Absolut Error (AAE) Vc

Dari hasil perhitungan critical volume dari berbagai metode (Joback; Constantinou-

Gani; dan Marrero-Pardillo) dan grafik 15, dapat disimpulkan bahwa metode Joback

memberikan nilai % Average Absolut Error (AAE) Vc paling kecil dibandingkan metode

lainnnya, dengan nilai 1.30%. Sehingga dapat disimpulkan bahwa metode yang tepat

untuk perhitungan critical temperature Vc adalah metode Joback dan metode

Constantinou-Gani.

1.30% 1.40%

1.85%

0.0%

0.2%

0.4%

0.6%

0.8%

1.0%

1.2%

1.4%

1.6%

1.8%

2.0%

J CG WS MP

% A

bso

lute

Ave

rage

Err

or

Method

Documents

Critical Properties Estimation Polymethyl Benzene