Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи рассчитываем, исходя из того, что при установившемся процессе передачи тепла справедливо равенство:
(2.13)
Коэффициент теплопередачи К в [Вт/(м2 К)] можно рассчитать по уравнению:
, (2.14)
где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; q = Q/F; 
и 
– коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м2∙К); 
– сумма термических сопротивлений стенки загрязнений и накипи, (м2∙К/Вт); 
– разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, ºС; 
– перепад температур на стенке, ºС; 
– разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.
Порядок расчета коэффициента теплопередачи следующий. Задаемся величиной ; рассчитываем по приведенным ниже уравнениям коэффициенты теплоотдачи 
и тепловые потоки 
. Сравниваем величину тепловых потоков 
. Если 
, то задаемся другим значением 
и снова рассчитываем 
по тем же формулам. Как правило, снова 
, поэтому истинное значение теплового потока q и разность температур определяем графически. Для этого строим график зависимости 
и соединяем точки 
, 
прямыми линиями (рис. 2.1). Точка пересечения этих линий и определяет истинную величину q и . Затем определяют значения и и рассчитывают коэффициент теплопередачи K.
Коэффициент теплоотдачи рассчитываем по уравнению:
, (2.15)
где 
– теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; – разность температур конденсата пара и стенки, ºС; 
– соответственно плотность, кг/м3, теплопроводность Вт/(м∙К) и вязкость конденсата, Па∙с, при средней температуре плёнки:
Первоначально принимаем 
ºС.
Значения физических величин конденсата берём при tпл = 142,85 ºС.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору 
в условиях его естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах равен:
, (2.16)
где 
– плотность греющего пара в первом корпусе, 
– плотность пара при атмосферном давлении; 
– соответственно, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплоемкость и вязкость раствора в первом корпусе.
Значения величин, характеризующих свойства растворов NaCl, представлены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Физические свойства растворов NaCl
| Параметр | Корпус | ||
Плотность раствора,  , кг/м3
| 993,3 | 1008,6 | 1056,7 |
Вязкость раствора, 
| 0,35 | 0,37 | 0,43 |
Теплопроводность раствора,
| 0,594 | 0,592 | 0,585 |
Поверхностное натяжение, 
| 73,97 | 74,97 | 77,69 |
Теплоёмкость раствора, 
|
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Как видим 
Для второго приближения примем 
Очевидно, что
Для определения строим графическую зависимость тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (см. рис. 2.1) и определяем = 1,32 ºС.
Рис. 2.1 – Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур 
Проверка:
Как видим 
Рассчитываем коэффициент теплопередачи К1 в первом корпусе:
Коэффициенты теплопередачи для второго корпуса К2 и третьего К3 можно рассчитывать так же, как и коэффициент К1 или с воспользоваться соотношением коэффициентов, полученных из практики ведения процессов выпаривания. Эти соотношения варьируются в широких пределах:
К1 : К2 : К3 = 1:(0,85÷0,5):(0,7÷0,3)
Для растворов щелочей и нитратов соотношение коэффициентов теплопередачи принимают по нижним пределам, а для растворов солей – по верхним.
Для раствора NaCl примем следующее соотношение:
К1 : К2 : К3 = 1:0,85:0,7
Тогда
При кипении раствора в пленочных выпарных аппаратах коэффициент теплоотдачи рекомендуется определять по уравнению
, (2.17)
где с – коэффициент; 
– теплопроводность кипящего раствора, Вт/м∙К; 
– толщина пленки (м), определяемая по уравнению
, (2.18)
где 
– кинематическая вязкость раствора, м2/с; 
– критерий Re для пленки жидкости; 
– линейная плотность орошения, кг/(м∙с); 
– расход раствора, поступающего в i-й корпус, кг/с; 
– смоченный периметр, м; 
– вязкость кипящего раствора, Па∙с; q – удельная тепловая нагрузка, которую в расчете принимают равной 
, Вт/м2.
Значения коэффициента с и показателей степеней в уравнении (2.17):
при q < 20000 Вт/м2: с = 163,1; n = –0,264; m = 0,685;
при q > 20000 Вт/м2: с = 2,6; n = 0,203; m = 0,322;
В аппаратах с вынесенной зоной кипения, а также в аппаратах с принудительной циркуляцией обеспечиваются высокие скорости движения раствора в трубках греющей камеры и вследствие этого – устойчивый турбулентный режим течения. Принимая во внимание, что разность температур теплоносителей (греющего пара и кипящего раствора) в выпарном аппарате невелика, для для расчета коэффициентов теплоотдачи со стороны жидкости можно использовать эмпирическое уравнение:
(2.19)
Физические свойства растворов, входящие в критерии подобия, находят при средней температуре потока, равной
(2.20)