超临界二氧化碳染色釜的设计+CAD图纸(5)
研究中碰到的主要的设备设计制造问题，便是减少系统的重量。因为较高的操作压力，有关的各种组件的容器如染色釜染料釜，以及泵、阀门和管道的壁厚较厚，结果增加了重量。为了减轻设备的重量，要考虑使用强度较高的材料来设计装置中的高压釜。含有染料的超临界二氧化碳具有轻微的腐蚀性，而且为了提供清洁生产，采用不锈钢材料。
本课题采用17-4PH不锈钢（UNS S17400、国内牌号0Cr17Ni4CuNb）。
表2.1 17-4PH不锈钢强度
材料 抗拉强度/Mpa 屈服强度/Mpa
常 温 140℃ 常 温 140℃
17-4PH不锈钢 965 965 793 701
2.2 许用应力选择
在筒体壁厚设计一节，将ASME VIII-2-2007《压力容器建造另一规则》以及JB 4732-95《钢制压力容器—分析设计标准》，对壁厚进行计算，对结果进行分析。
染色釜的法兰与封头的设计采用JIS B8284-93《压力容器快速开关盖装置》进行设计，材料性能的选择根据标准要求即可。而染色釜的筒体采用3个不同的标准进行设计，材料的性能首先按标准选取，如果标准中没有材料参数，就根据 JIS标准中的材料许用应力进行设计，这是因为JIS标准中的许用应力偏低，这样的设计结果也更安全。材料的许用应力见表2.2。
表2.2 17-4PH不锈钢许用应力
标准 140℃许用应力/Mpa
JB 4732-95 371.15(2)
ASME VIII-2-2007 402.08(2)
JIS B8265-2003 232(1)
注：(1) 材料的许用应力均来自标准规定；
(2) 标准中17-4PH 的许用应力，根据抗拉强度、屈服强度、安全系数得到。
2.3 染色釜筒体的设计
本节首先依据ASME VIII-2-2007《压力容器建造另一规则》以及JB 4732-95《钢制压力容器—分析设计标准》对染色釜筒体壁厚进行计算。
对于17-4PH材料的许用应力标准中均没有，这里不取由安全系数计算得到的许用应力，而是取 JIS标准中给定的许用应力，因为它的数值最低，偏于安全。设计所采用的许用应力见上表2.2。
2.3.1 筒体的壁厚
(1) JB 4732计算过程
由于JB 4732中没有17-4PH材料的许用应力，这里取JIS 标准中规定的许用应力，取许用应力Sm =232MPa。
（2.1）
式中 pc—设计压力，42MPa；
Di—筒体内径，170mm；
K—焊接接头系数，由于是整体圆筒，没有焊缝，焊缝系数取1。
(2) ASME VIII-2计算过程
由于ASME中没有17-4PH材料的许用应力，这里取JIS标准中规定的许用应力，取许用应力S =232MPa。
（2.2）
式中 P—设计压力，42MPa；
D—筒体内径，170mm；
E—焊接接头系数，由于是整体圆筒，没有焊缝，焊缝系数取1。
2.3.2 壁厚结果分析
对于17-PH不锈钢，标准中没有给出许用应力，均采用JIS标准中给定的许用应力为232MPa，计算结果的差异很小。
表2.3 壁厚结果分析
设 计 标 准 安全系数 许用应力/MPa 计算壁厚/mm
抗拉强度 屈服强度 17-4PH 17-4PH
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