超临界二氧化碳溶解机理的核心在于密度调控。当CO₂超过临界温度31.1℃和临界压力7.38MPa后,进入超临界态,其密度接近液体、粘度接近气体、扩散系数为液体的百倍。溶质在超临界CO₂中的溶解度与流体密度直接相关,而密度可通过微调压力和温度连续变化,从而实现对不同极性、沸点和分子量物质的选择性溶解。非极性小分子如挥发油、烃类在低压下即可萃取,极性较大的成分则需更高压力,利用这一差异可实现分级分离。
多级分离萃取工艺基于等温变压或等压变温两条路径。等温变压流程中,超临界CO₂在高压萃取釜中溶解目标成分后,进入多级分离器逐级降压,每级压力设定对应不同组分的析出点,先析出弱极性物质,后析出强极性物质,实现粗分与精分同步完成。等压变温流程则通过逐级升温降低CO₂密度,使不同溶解度的组分依次析出。实际工业中常将两种路径耦合,并加入乙醇等夹带剂调节CO₂极性,以突破纯CO₂对高极性化合物溶解能力不足的局限。分离后的CO₂经冷却压缩循环使用,全过程无溶剂残留,萃取与分离合二为一,是目前成熟的绿色分离工艺之一。