critical properties estimation polymethyl benzene
DESCRIPTION
Thermodynamic, Critical PropertiesTRANSCRIPT
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
Berdasarkan grafik 3, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl
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 :
[∑
∑
]
[∑ ∑
]
[∑
∑
]
Tabel 2. Hasil perhitungan Critical Properties of Polymethyl Benzene dengan
Method of Constantinou-Gani
Component % Absolut Error
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
Grafik 4. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Tc pada
Method of Constantinou-Gani
Berdasarkan grafik 4, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl
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
Grafik 5. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Pc pada
Method of Constantinou-Gani
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
Grafik 6. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Vc pada
Method of Constantinou-Gani
Berdasarkan grafik 6, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl
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
[∑
∑
]
Tabel 3. Hasil perhitungan Critical Properties of Polymethyl Benzene dengan
Method of Wilson-Jasperson
Component % Absolut Error
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
Grafik 7. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Tc pada
Method of Wilson-Jasperson
Berdasarkan grafik 7, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl
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
Grafik 8. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Pc pada
Method of Wilson-Jasperson
Berdasarkan grafik 8, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl
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 :
∑
Tabel 4. Hasil perhitungan Critical Properties of Polymethyl Benzene dengan
Method of Marrero-Pardillo
Component % Absolut Error
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
Grafik 9. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Tc pada
Method of Marrero-Pardillo
Berdasarkan grafik 9, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl
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
Grafik 10. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Pc pada
Method of Marrero-Pardillo
Berdasarkan grafik 10, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl
benzene, % absolute error Pc akan cenderung berubah-ubah.
E.3. Critical Volume
Grafik 11. Hubungan Kenaikan Jumlah Alkil Methyl terhadap % Absolut Error Vc pada
Method of Marrero-Pardillo
Berdasarkan grafik 11, dengan bertambahnya jumlah alkil metil pada polymethyl
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)
*) J = Method of Joback; CG = Method of Constantinou-Gani;
WS = Method of Wilson-Jasperson; dan MP = Method of Marrero-Pardillo
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)
*) J = Method of Joback; CG = Method of Constantinou-Gani;
WS = Method of Wilson-Jasperson; dan MP = Method of Marrero-Pardillo
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)
*) J = Method of Joback; CG = Method of Constantinou-Gani;
WS = Method of Wilson-Jasperson; dan MP = Method of Marrero-Pardillo
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