Studi Kasus Estimasi Sifat-sifat Senyawa Glukosa dengan Phase Equilibria

Phase Eaquilibria adalah program yang dikembangkan oleh Technical University of Hamburg-Harburg, Jerman, yang digunakan untuk perhitungan dan pemodelan keseimbangan fase (Phase Equilibria, sesuai nama program ini) suatu campuran (mixture) berdasarkan data-data dari hasil eksperimen. Namun, juga dapat digunakan untuk estimasi parameter-parameter di dalam suatu persamaan EOS (Equation of State) untuk memodelkan hubungan PVT (Pressure Volume Temperature) suatu komponen murni juga berdasarkan data hasil eksperimen. Program ini telah memiliki database untuk komponen-komponen kimia murni yang umum dipakai dan data keseimbangan fase untuk beberapa campuran (mixture). Pengguna software diizinkan untuk mengakses dan merubah database ini jika diinginkan dan dapat menginputkan datanya sendiri ke dalam database. Pegguna juga dapat mengestimasi sifat-sifat (titik didih, temperatur dan tekanan kritis, dan faktor aksentris/omega) suatu senyawa hidrokarbon atau organik murni yang baru dengan menggunakan software ini.

Pada saat start-up, Baris menu bar hanya menampilkan menu : File, Pure Component, Tools, Reports, Extras, dan Help. Tidak ada menu Mixture. Menu ini baru akan ditampilkan setelah mengaksesnya melalui menu File.

Program ini akan digunakan untuk mengestimasi sifat-sifat dari senyawa glukosa. Senyawa ini belum terdapat di dalam database komponen murni. Namun, data sifat-sifat senyawa ini telah ada di dalam file database campuran (mixture) yaitu Acetone_Water_CO2_Glucose.ex. Anda akan membandingkan hasil estimasi dengan data eksperimen ini.

Klik FileData base, sebuah kotak dialog akan tampil. Dari kotak dialog ini, Anda dapat mengakses berbagai senyawa murni yang tersimpan di dalam databse program (terlihat bahwa ada 1404 komponen).

Klik tab Add New untuk menambahkan senyawa baru ke dalam database. Kotak dialog berkiutnya akan tampil.

Input data-data berikut ke dalam kotak dialog tersebut.
Component Name = glucose
Chemical Formula = C6H12O6 (opsional)
Molecular Weight = 180 g/mol

Ingat!! Penulisan rumus kimia harus persis seperti di atas. Nama unsur di dalam senyawa harus mengikuti penulisan pada tabel periodik kimia yang sudah baku. Tidak ada spasi di dalam penulisan nama senyawa.

Setelah memasukkan data di atas, klik tab Estimate di sebelah kanan kotak Normal Boiling Point untuk mengestimasi (memperkirakan) titik didih senyawa glukosa ini. Begitu mengklik tab tersebut, Anda akan diminta memilih metode estimasi.

Untuk penjelasan masing-masing metode, Anda dapat melihatnya di buku Perry’s Chemical Engineer Handbook.

Pilih metode Joback, kemudian klik OK. Anda akan diminta mendefenisikan komposisi senyawa Anda dengan memilih grup-grup (gugus-gugus) dan menentukan jumlahnya yang menyusun senyawa Anda tersebut.

Bagi Anda yang baru dengan hal ini, mungkin Anda akan bingung pada saat pertama kali menginputkan data ke dalam kotak dialog ini.

Di kolom sebelah kanan terdapat kumpulan grup-grup yang umum menyusun suatu senyawa organk (menurut Joback). Untuk menentukan grup-grup apa yang menyusun senyawa Anda, Anda harus menggambarkan struktur kimia senyawa Anda tersebut terlebih dahulu.

Dari struktur kimia glukosa, dapat ditentukan grup-grup yang menyusun senyawa glukosa adalah :
1 grup =CH-
1 grup >CH2
4 grup >CH-
5 grup –OH, dan
1 grup =O
Pilih masing-masing grup di atas dan masukkan jumahnya.

Catatan:
Untuk grup –OH, yang dipilih adalah –OH (alcohol) karena ini lebih mewakili grup –OH di dalam senyawa glukosa dibandingkan dengan grup –OH(phenol) yang merupakan senyawa aromatik.

Setelah semua grup dipilih dengan menginput masing-masing jumlahnya, klik OK. Maka Anda akan dibawa kembali ke kotak dialog Pure Component dimana sekarang kotak Normal Boiling Point telah terisi dengan data yaitu 786.7 K. Angka ini mendekati data eksperimen pada file campuran “Acetone_Water_CO2_Glucose.ex“ yang tersimpan di dalam program ini, yaitu 750 K.

Lanjutkan mengestimasi Critical Temperature. Klik Estimate yang terdapat di sebelah kanan kotak isian yang kosong.

Berikut ini hasil estimasi penulis untuk sifat-sifat glukosa oleh program ini: Critical Temperature = 918.2105 K (eksperimen=883 K), dan Critical Pressure = 73.93338 bar (eksperimen= 48 bar).

Dari hasil estimasi di atas disimpulkan bahwa:
1. Ada hasil estimasi dari suatu sifat yang cukup berbeda jauh dengan data eksperimen
2. Satu metode estimasi tidak dapat menghasilkan estimasi yang semuanya mendekati data eksperimen.

Anda harus berhati-hati dalam mengestimasi suatu senyawa organik. Hasil estimasi Anda bisa jadi melenceng jauh dengan data eksperimen yang artinya tidak valid. Saran dari penulis adalah lakukan estimasi satu sifat dengan semua metode dan ambil nilai rata-ratanya. Dan hati-hati dalam memilih grup-grup dan menentukan jumlahnya di dalam senyawa Anda. Jumlah total suatu komponen di dalam grup-grup yang Anda pilih harus sama dengan jumlah komponen tersebut di dalam senyawa Anda. Misalkan dalam tutorial ini, rumus molekul senyawa glukosa adalah C6H12O6 yang artinya ada 6 komponen C, 12 komponen H, dan 6 komponen O. Jumlah komponen-komponen ini harus sama di dalam grup-grup yang Anda pilih dan tentukan jumlahnya. Misalkan untuk metode Joback di atas, grup-grup yang dipilih adalah 1 grup =CH-, 1 grup >CH2, 4 grup >CH-, 5 grup –OH, 1 grup =O. Jika Anda perhatikan, ada 1 komponen C untuk 1 grup =CH-, 1 komponen C untuk 1 grup >CH2, 4 komponen C untuk 4 grup >CH, yang totalnya ada 6 komponen C.