Thermodynamics for the Practicing Engineer

Thermodynamics for the Practicing Engineer......Page 3
Contents......Page 13
Preface......Page 19
Part I INTRODUCTION......Page 21
Units and Dimensions......Page 23
Conversion of Units......Page 27
Significant Figures and Scientific Notation......Page 28
References......Page 29
Introduction......Page 31
Temperature......Page 32
Pressure......Page 34
Moles and Molecular Weights......Page 35
Mass and Volume......Page 40
Viscosity......Page 41
Heat Capacity......Page 43
Thermal Conductivity......Page 44
Reynolds Number......Page 45
pH......Page 46
Vapor Pressure......Page 47
Property Estimation......Page 48
References......Page 49
Introduction......Page 51
Boyle’s and Charles’ Laws......Page 52
The Ideal Gas Law......Page 53
Standard Conditions......Page 56
Partial Pressure and Partial Volume......Page 58
Critical and Reduced Properties......Page 60
Non-Ideal Gas Behavior......Page 62
Non-Ideal Mixtures......Page 68
References......Page 70
Introduction......Page 73
The Conservation Laws......Page 74
The Conservation Law for Momentum......Page 76
The Conservation Law for Mass......Page 78
The Conservation Law for Energy......Page 85
References......Page 91
Introduction......Page 93
Combustion of Methane......Page 94
Excess and Limiting Reactant(s)......Page 95
Combustion of Ethane......Page 96
Combustion of Chlorobenzene......Page 100
References......Page 107
Introduction......Page 109
Qualitative Review of the Second Law......Page 110
Quantitative Review of the Second Law......Page 111
Ideal Work and Lost Work......Page 115
The Heat Exchanger Dilemma......Page 119
Chemical Plant and Process Applications......Page 127
The Third Law of Thermodynamics......Page 129
References......Page 130
Part II ENTHALPY EFFECTS......Page 133
The Gibbs Phase Rule (GPR)......Page 135
Enthalpy Values......Page 138
Heat Capacity Values......Page 141
Predictive Methods for Heat Capacity......Page 154
References......Page 156
Introduction......Page 157
The Clausius–Clapeyron (C–C) Equation......Page 158
Predictive Methods: Normal Boiling Point......Page 164
Predictive Methods: Other Temperatures......Page 167
Industrial Applications......Page 168
References......Page 173
Enthalpy-Concentration Diagrams......Page 175
H(2)SO(4)–H(2)O Diagram......Page 178
NaOH–H(2)O Diagram......Page 180
Enthalpy of Mixing at Infinite Dilution......Page 182
Evaporator Design......Page 185
References......Page 187
Introduction......Page 189
Standard Enthalpy of Formation......Page 190
Standard Enthalpy of Reaction......Page 191
Effect of Temperature on Enthalpy of Reaction......Page 198
Gross and Net Heating Values......Page 211
References......Page 217
Part III EQUILIBRIUM THERMODYNAMICS......Page 219
Introduction......Page 221
Psychometric Chart......Page 223
Raoult’s Law......Page 229
Henry’s Law......Page 233
Raoult’s Law vs Henry’s Law......Page 238
Vapor–Solid Equilibrium......Page 242
Liquid–Solid Equilibrium......Page 248
References......Page 249
Introduction......Page 251
The DePriester Charts......Page 254
Raoult’s Law Diagrams......Page 263
Vapor–Liquid Equilibrium in Nonideal Solutions......Page 269
NRTL Diagrams......Page 273
Wilson Diagrams......Page 282
Relative Volatility......Page 286
References......Page 288
Introduction......Page 289
Standard Free Energy of Formation, ΔG(0)(f)......Page 290
Standard Free Energy of Reaction, ΔG(0)......Page 293
The Chemical Reaction Equilibrium Constant, K......Page 296
Effect of Temperature on ΔG(0) and K: Simplified Approach......Page 298
Effect of Temperature on ΔG(0) and K: α, β, and γ Data......Page 300
Effect of Temperature on ΔG(0) and K: a, b, and c Data......Page 303
Procedures to Determine K......Page 306
References......Page 309
Introduction......Page 311
Rate vs Equilibrium Considerations......Page 312
Extent of Reaction......Page 313
The Reaction Coordinate......Page 315
Gas Phase Reactions......Page 319
Equilibrium Conversion Calculations: Simplified Approach......Page 322
Equilibrium Conversion Calculations: Rigorous Approach......Page 326
Other Reactions......Page 332
References......Page 336
Part IV OTHER TOPICS......Page 337
Introduction......Page 339
Capital Costs......Page 340
Operating Costs......Page 343
Project Evaluation......Page 344
Perturbation Studies in Optimization......Page 345
References......Page 352
Introduction......Page 353
Developing Students’ Power of Critical Thinking......Page 355
Creativity......Page 356
Brainstorming......Page 357
Inquiring Minds......Page 358
References......Page 362
Environmental Management......Page 363
Health, Safety, and Accident Management......Page 368
Numerical Methods......Page 376
Ethics......Page 381
References......Page 383
Introduction......Page 385
Fuel Properties......Page 386
Natural Gas......Page 388
Liquid Fuels......Page 389
Coal......Page 391
Fuel Selection......Page 392
Stoichiometric Calculations......Page 393
References......Page 395
The Quality of Heat vs Work......Page 397
Exergy......Page 398
Quantitative Exergy Analysis......Page 399
Environmental Impact......Page 406
Exergy Efficiency......Page 408
References......Page 409
I. Steam Tables......Page 411
A. Saturated Steam......Page 412
B. Superheated Steam......Page 415
C. Saturated Steam–Ice......Page 418
II. SI Units......Page 419
III. Conversion Constants......Page 422
IV. Selected Common Abbreviations......Page 425
References......Page 427
Index......Page 429