Makala He Stim as i Properties

Analisa estimasi properties murni senyawa haloalkana menggunakan persamaan Joback, Constantinue & Gani, Wilson & Jasperson , dan Marrero & Parlelo

Abdul Halim, Ni Made Intan Putri Suari, Gede WibawaJurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri,

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Abstrak

Kegiatan mencari data seperti data densitas, viskositas, kapasitas panas, panas laten dan lain – lain merupakan bagian yang tidak terpisahkan bagi seorang process engineer maupun chemical engineer. Data - data tersebut sangat berguna dalam mendesain suatu peralatan proses (chemical process equipment) maupun untuk mengevaluasi kinerja peralatan (evaluating performance). Baik atau tidaknya suatu desain peralatan salah satunya ditentukan dengan valid atau tidaknya data – data properties yang digunakan. Tidak semua data -data properties suatu komponen dapat ditemukan baik pada literatur maupun software. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan melakukan estimasi (estimation of Properties). Ada beberapa korelasi untuk estimasi Tc, ataupun Pc. Salah satu korelasi yang banyak digunakan adalah korelasi Joback, Constantinue & Gani, Wilson & Jasperson, dan Marrero & Pardilo. Pada makalah ini, akan dibahas mengenai nilai error dari keempat metode diatas pada haloalkana. Diperoleh bahwa, Jumlah halogen dalam suatu komponen mempengaruhi nilai Tc nya Jumlah halogen dalam suatu komponen mempengaruhi nilai Tc nya. Terdapat factor yang kompleks dalam pengaruh isomer. Metode Marrero Pardilo nilai Tb, Tc, dan Pc hasil perhitungan paling mendekati Tb, Tc, dan Pc data ekperiment dibandingkan 3 metode yang lain. Sedangkan untuk menentukan nilai Vc metode yang baik digunakan adalah metode joback karena errornya paling kecil.

Kata kunci : Estimasi properties, haloalkana, persen error

I. PendahuluanKegiatan mencari data seperti data densitas,

viskositas, kapasitas panas, panas laten dan lain – lain merupakan bagian yang tidak terpisahkan bagi seorang process engineer maupun chemical engineer. Data - data tersebut sangat berguna dalam mendesain suatu peralatan proses (chemical process equipment) maupun untuk mengevaluasi kinerja peralatan (evaluating performance). Baik atau tidaknya suatu desain peralatan salah satunya ditentukan dengan valid atau tidaknya data – data properties yang digunakan.

Secara umum data – data tersebut mungkin dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian yaitu : Thermodynamic Properties, Transport Properties dan Thermal Properties. Thermodynamic Properties meliputi entalpi, entropi, kapasitas panas, penentuan koefisien fugasitas, koefisien aktifitas dan lain - lain. Transport Properties meliputi : densitas, viskositas, suface tension dan lain - lain. Thermal properties seperti konduktivitas termal. Banyak studi yang telah dilakukan untuk mendapatkan data – data properties tersebut, baik

melalui eksperimen atau dengan membuat suatu korelasi dan interpolasi yang cukup akurat . Umumnya data – data properties tersebut dapat kita temui pada dua sumber utama yaitu : dari Literatur (handbook) dan software.

Banyak literatur yang mempublikasikan data – data properties berbagai komponen atau senyawa umum yang digunakan pada berbagai industri kimia. Tidak semua data -data properties suatu komponen dapat ditemukan baik pada literatur maupun software. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan melakukan estimasi (estimation of Properties).

Terdapat beberapa metode untuk melakukan estimasi properties yaitu menggunakan Law of Corresponding State dan metode Structure ( group contribution ). Tipe metode estimasi lainnya adalah metode stucture. Semua macroscopic properties berhubungan dengan struktur molekulnya (seperti atom, grup atom, dan ikatan –ikatan) yang mana menentukan besarnya dan tipe gaya intermolekul. Konsep structure mengusulkan bahwa macroscopic properties dapat dihitung melalui konstribusi grup

(group contributions). Metode cukup sederhana dan cepat karena hanya membutuhkan rumus atau formula dari senyawa yang bersangkutan. Nilai kontribusi grup ditentukan dengan cara eksperimen. Salah satu properties yang sangat penting adalah Tc, Pc, Tb dan Vc. Dari Tc dan Pc, dapat diketahui besarnya Z (compressibility factor) yang sangat penting dalam mencari besar properties zat yang tidak ideal.

Ada beberapa korelasi untuk estimasi Tc, ataupun Pc. Setiap korelasi memiliki kelebihan dan kekurangan masing – masing. Beberapa korelasi hanya cocok untuk molekul – molekul sederhana dan memiliki nilai error pada molekul – molekul yang memiliki gugus – gugus tertentu. Salah satu korelasi yang banyak digunakan adalah korelasi Joback, Constantinue & Gani, Wilson & Jasperson, dan Marrero & Pardilo. Pada metode Joback dan Constantinue & Gani, properties zat ditentukan melalui konstribusi group – group dalam molekul dan mengabaikan interaksi antar group. Metode Wilson & Jasperson hanya memperhitungkan keberadaan atom dalam sebuah molekul untuk memprediksi properties, sedangkan Marrero & Pardilo lebih kompleks lagi dengan memperhitungkan interaksi antar group dalam sebuah molekul,

II. Metode perhitunganPerhitungan menggunakan metode Joback

dengan persamaan

T c (K )=Tb [0,584+0,965 {∑k N k ( tck )}−{∑k N k ( tck )}2]

−1

…(1)

Pc ¿

T b=198+∑k

N k ( tbk )…(3)

Nk adalah jumlah contribution groups dalam molekul, Natoms adalah jumlah atom dalam molekul, tck dan pck merupakan nilai eksperiment tiap – tiap group.

Perhitungan menggunakan metode Constantinue & Gani dengan persamaan

T c (K )=181,128 ln [∑k N k (tc 1k )+W∑j

M j ( tc 2 j ) ]…(4)

Pc ¿

T b=204,359 ln [∑k N k (tb1k )+W∑j

M j (tb 2 j ) ]…(6)

Nk adalah jumlah contribution groups dalam molekul, W adalah, untuk orde 1 W = 0, tc1k, tb1k dan pc1k merupakan nilai eksperiment tiap – tiap group untuk orde pertama, dan tc2k, tb2k dan pc2k untuk orde kedua. Sedangkan, Mj merupakan jumlah contribution groups dalam molekul pada orde kedua.

Perhitungan menggunakan metode Wilson & Jasperson dengan persamaan :

T c (K )=Tb /[0,048271−0,019846N r+∑k N k (∆ tck )+∑j

M j (∆ tcj ) ]0,2… (7)

Pc ¿

Y=−0,00922295−0,0290403N r+0,041¿

Dengan Nr adalah jumlah ikatan cincin, Nk jumlah tiap – tiap atom, Mj adalah jumlah group pada orde 2.

Perhitungan menggunakan metode Marrero & Pardilo dengan persamaan

T c (K )=Tb /[0,5851−0,9286 (∑k N k tcbk )−(∑k N k tcbk )2]…(9)

Pc ¿

T b=M−0,404∑

k

N k (tbbk )+156,00… (11)

Dengan Nk adalah Nk adalah jumlah contribution groups dalam molekul, M berat molekul relative, dan Natoms adalah jumlah atom dalam molekul.

Zat yang dianalisa adalah halo-alkana yaitu :

No Nama Molekul Rumus Molekul

1 Fluoromethane CH3F2 difluoromethane CH2F2

3 trifluoromethane CHF3

4 tetrafluoromethane CF4

5 Fluoroethane C2H5F6 1,1-difluoroethane C2H4F2

7 1,1,1-trifluoroethane C2H3F3

8 1,1,2-trifluoroethane C2H3F3

9 1,1,1,2-tetrafluoroethane C2H2F4

10 1,1,2,2-tetrafluoroethane C2H2F4

11 pentafluoroethane C2HF5

12 1,1,1,2,2-pentafluoropropane C3H3F5



15 tetradecafluorohexane C6F14

16 tetradecafluoro-2-methylpentane

C6F14

17 tetradecafluoro-3-methylpentane

C6F14

18 tetradecafluoro-2,3-dimethyl butane

C6F14

19 Chloromethane CH3Cl20 dichloromethane CH2Cl2

21 trichloromethane CHCl3

22 tetrachloromethane CCl4

23 Chloroethane C2H5Cl24 1,1-dichloroethane C2H4Cl2

25 1,2-dichloroethane C2H4Cl2

26 1,2-dichloropropane C3H6Cl2

27 1-chloropropane C3H7Cl28 2-chlorobutane C4H9Cl29 1-chloropentane C5H11Cl30 chlorotrifluoromethane CClF3

31 Bromoethane C2H5Br32 1,2-dibromoethane C2H4Br33 bromotrifluoromethane CBrF3

34 dibromodifluoromethane CBr2F2

35 bromodifluoromethane CHBrF2

36 Bromochlorodifluoromethane CBrClF2

37 1,2-dibromo-2-chloro-1,1,2-trifluoroethene

C2Br2ClF2

38 1-bromo-1-chloro-2,2,2-trifluoroethane

C2HBrClF3

39 1-bromo-2-chloro-1,1,2-trifluoroethane

C2HBrClF3

III. PembahasanIII.1 Pengaruh jenis halogen dalam halo-alkana

1 2 3 40%

10%

20%

30%

40%

50%

60% Error Tc Metode Joback

FPolynomial (F)ClPolynomial (Cl)

1 2 3 40%

5%

10%

15%

20%

25% Error Pc Metode Joback

FPoly-nomial (F)ClPoly-nomial (Cl)

1 2 3 40%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35% Error Tc Metode CG

FPolynomial (F)Cl

1 2 3 40%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70% Error Pc Metode CG


1 2 3 40%

1%

2%

3%

4%

5%

Error Tc Metode Marrero Pardillo

FPolynomial (F)Cl

1 2 3 40%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

Error Pc Metode Marrero Pardillo


1 2 3 40%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Error Pc Metode Wilson Jasperson


Halogen yang dibandingkan di sini adalah F dan Cl. Dari grafik dapat dilihat bahwa baik dengan menggunakan metode Joback, Constantinou & Gani maupun metode Marrero & Pardillo diperoleh tipe yang sama untuk grafik error Pc yaitu Cl memiliki nilai error yang lebih besar dibandingkan F. Sedangkan untuk Tc dengan metode Joback, Constantinou Gani, dan Wilson Jasperson F memiliki nilai error yang lebih besar dibandingkan Cl. Sehingga dapat disimpulkan bahwa jenis halogen berpengaruh terhadap nilai Pc dan Tc.

III. 2 Pengaruh jumlah halogen

1 1.5 2 2.5 3 3.5 40%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Perbandingan Error untuk Tc

Metode JobackPolynomial (Metode Joback)Metode Constantinou GaniPolynomial (Metode Constantinou Gani)Wilson JaspersonPolynomial (Wilson Jasperson)

1 2 3 40%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%Perbandingan Error untuk Pc

Metode JobackPolynomial (Metode Joback)Metode Constantinou GaniPolynomial (Metode Constantinou Gani)Metode Marrero Pardillo

Ket: 1. CH3F2. CH2F2

3. CHF3

4. CF4

Untuk komponen CH3F, CH2F2, CHF3, dan CF4 : Dapat dilihat dari grafik Tc bahwa untuk metode Joback terlihat dengan semakin besar jumlah halogen dalam suatu komponen, maka persen error yang diperoleh akan semakin besar pula. Namun untuk komponen CH2F2 diperoleh persen error yang paling kecil dibanding komponen yang lain. Begitu juga dengan mengunakan metode Constantinou Gani, dapat dilihat bahwa untuk CH2F2 diperoleh error yang paling kecil. Adapun hal ini disebabkan karena semakin besar jumlah halogen, semakin besar pula pengaruh atom halogen pada interaksi molekul, yang mempengaruhi dalam perhitungan. Sedangkan dengan metode Marrero Pardillo diperoleh error yang paling besar untuk komponen

CH2F2 dibandingkan komponen yang lain. Dan dengan semakin besar jumlah halogen dalam komponen diperoleh error yang semakin kecil.

Dari grafik Pc untuk metode Wilson Jasperson makin besar jmlh halogen dalam komponen, diperoleh error yang makin kecil. Sedangkan untuk metode yang lain, persen error tidak menentu. Dan dengan metode Wilson Jaserson, diperoleh nilai error yang paling besar.

1 2 3 4 5 6 70%

10%

20%

30%

40%

50%

60%


Metode JobackPolynomial (Metode Joback)Metode Constantinou GaniPolynomial (Metode Constantinou Gani)Metode Wilson JaspersonPolynomial (Metode Wilson Jasperson)

1 2 3 4 5 6 70%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

Perbandingan Error untuk Pc

Metode Joback Polynomial (Metode Joback)

Metode CG Moving average (Metode CG)

Marrero Pardillo Polynomial (Marrero Pardillo)

Metode WJ Moving average (Metode WJ)

Ket :1. C2H5F2. C2H4F2

3. C2H3F3 (1)4. C2H3F3 (2)5. C2H2F4 (1)6. C2H2F4 (2)7. C2HF5

Untuk komponen C2H5F, C2H4F2, C2H3F3, C2H2F4, dan C2HF5 : Dengan metode Joback dapat dilihat pada Grafik Tc bahwa komponen dengan jumlah halogen yang semakin besar, akan menghasilkan error yang semakin besar pula. Namun ada dua komponen yaitu C2H4F2 dan C2H2F4 yang mengalami penurunan error. Sedangkan untuk 2 metode yang lain, yaitu metode Constantinou Gani dan Metode Marrero Pardillo error yang dihasilkan tidak menunjukkan hasil yang konstan dengan semakin besarnya jumlah halogen.

Pada Grafik Pc untuk keempat metode, tidak pengaruh dari jumlah halogen dalam suatu komponen terhadap persen error yang ditunjukkan dengan grafik yang naik turun.

1 2 3 40%

2%

4%

6%

8%

10%

12%


Metode JobackPolynomial (Metode Joback)Metode Constantinou GaniPolynomial (Metode Constantinou Gani)Metode Wilson JaspersonPolynomial (Metode Wilson Jasperson)

1 2 3 40%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%


Metode JobackPolynomial (Metode Joback)Metode CGPolynomial (Metode CG)Metode MPPolynomial (Metode MP)Metode WJ

Ket :1. CH3Cl

2. CH2Cl2

3. CHCl3

4. CCl4

Untuk komponen CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, dan CCl4 : Dengan Metode Joback dan Metode Constantinou Gani terlihat bahwa terjadi kesamaan tipe grafik. Semakin besar jumlah halogen dalam komponen, error yang dihasilkan akan semakin kecil, seperti terlihat ada komponen CH3Cl, CH2Cl2, dan CHCl3. Namun untuk komponen CCl4 nilai errornya malah bertambah, bukan berkurang. Sedangkan dengan metode Marrero Pardillo diperoleh hasil yang berbeda dari yang lain. Jadi dapat disimpulkan bahwa: Jumlah halogen dalam suatu komponen mempengaruhi nilai Tc nya.

Dari Grafik Pc, dengan metode Joback, diperoleh nilai error yang makin kecil dengan semakin besarnya jumlah halogen. Sedangkan untuk tiga metode lain, nilai error naik turun.

III.3 Pengaruh Isomer

1 1.5 2 2.5 3 3.5 40%

5%

10%

15%

20%

25%

Perbandingan Error Tc

Metode JobackPolynomial (Metode Joback)Metode Constantinou GaniPolynomial (Metode Constantinou Gani)Metode Wilson JaspersonPolynomial (Metode Wilson Jasperson)Metode Marrero Pardillo

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

Perbandingan Error Pc

Metode Joback Polynomial (Metode Joback)Metode Constantinou Gani Polynomial (Metode Constantinou Gani)Metode Marrero Pardillo Polynomial (Metode Marrero Pardillo)Metode Wilson Jasperson Polynomial (Metode Wilson Jasperson)

Ket :1. tetradecafluorohexane2. tetradecafluoro-2-methylpentane3. tetradecafluoro-3-methylpentane4. tetradecafluoro-2,3-dimethyl butane

Isomer dari C6F14 tetradecafluorohexane, tetradecafluoro - 2 methylpentane, tetradecafluoro -3-methylpentane, tetradecafluoro-2,3-dimethyl butane. Pada orde 2 baik Pc atau Tc menunjukkan nilai yang tidak tentu, dengan demikian ada beberapa faktor lain yang berkaitan dengan titik kritis suatu molekul seperti besarnya volume karena adanya cabang pada rantai dan juga karena adanya cabang ini menyebabkan awan - awan hidrogen sulit untuk bergerak yang tidak diperhitungkan dalam persamaan Wilson & Jasperson. pada orde 1, menunjukkan nilai error yang relative sama, karena, dalam perhitungan tidak melibatkan ikatan F dalam rantai molekul

Pada perhitungan Wilson & Jasperson tidak memberikan nilai yang berbeda karena perhitungan Wilson & Jasperson tidak memperhitungkan adanya interaksi groups.

III.4 Perbandingan metode yang cocok untuk menentukan Tb, Tc, Vc, dn Pc

0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%

10.00%12.00%14.00%16.00%18.00%20.00%

Perbandingan Error untuk Tb

Joback Constantinou Gani Marrero Pardillo

0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%

10.00%12.00%14.00%16.00%


Joback Constantinou Gani

Wilson Jasperson Marrero Pardillo

0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%

10.00%12.00%14.00%16.00%18.00%


Joback Constantiou Gani

Marrero Pardillo Wilson Jasperson

0.00%

2.00%

4.00%

6.00%

8.00%

10.00%

12.00%

Perbandingan Error untuk Vc

Joback Constantinou Gani Marrero Pardillo

4.50%

4.55%

4.60%

4.65%

4.70%

4.75%

4.80%

Error Tc Metode Wilson Jasperson

First Order Second Order

8.30%8.40%8.50%8.60%8.70%8.80%8.90%9.00%9.10%9.20%9.30%

Error Pc Metode Wilson Jasperson

First Order Second Order

Dari keempat grafik tersebut dapat dilihat bahwa untuk menentukan nilai Tb, Tc, dan Pc komponen halogen metode yang baik untuk digunakan adalah metode Marrero Pardilo. Hal ini dapat dilihat dari nilai errornya paling kecil diperoleh dengan metode ini. Ini menunjukkan bahwa dengan metode Wilson Jasperson nilai Tb, Tc, dan Pc hasil perhitungan paling mendekati Tb, Tc, dan Pc data ekperiment dibandingkan 3 metode yang lain. Sedangkan untuk menentukan nilai Vc metode yang baik digunakan adalah metode joback karena errornya paling kecil.

IV. Kesimpulan1. Jenis halogen dalam suatu komponen

mempengaruhi nilai Tc nya2. Jumlah halogen dalam suatu komponen

mempengaruhi nilai Tc nya3. Terdapat factor yang kompleks dalam

pengaruh isomer4. Metode Marrero Pardilo nilai Tb, Tc, dan Pc

hasil perhitungan paling mendekati Tb, Tc, dan Pc data ekperiment dibandingkan 3 metode yang lain. Sedangkan untuk menentukan nilai Vc metode yang baik digunakan adalah metode joback karena errornya paling kecil.

Daftar PustakaConstantinou, L. and Gani, R., “New Group

Contribution Method for Estimating Properties of Pure Compounds”, AIChE

Journal October 1994 Vol. 40, No. 10 1697 – 1710

Joback, K. G. dan Reid, R. C., “Estimation of Pure-Component Properties from Group – Contributions”, Chern. Eng. Comm. 1987, vo157, pp. 233-243

Marrero M. J. and Pardillo E. F., “Estimation of Pure Compound Properties Using Group-Interaction Contributions”, AIChE Journal March 1999 Vol. 45, No. 3 615 – 621

Poling, B. E., Prausnitz, J. M., O’Connell, J. P., “The Properties of Gases and Liquids”, 5th ed, McGRAW-HILL.

Makala He Stim as i Properties

Documents

Transcript of Makala He Stim as i Properties