超臨界二氧化碳染色的循環染色系統是整套裝置的關鍵，其主要作用為超臨界二氧化碳溶解染料后完成紡織品上染。超臨界流體循環染色系統工作原理為：染色過程中，經高壓泵加壓，換熱器加熱后形成超臨界二氧化碳流體在染料釜中溶解染料，隨后流入染色釜內進行織物染色。染色過程中關閉高壓泵，開啟循環泵完成循環染色過程。系統中的換熱器在染色過程中為染色系統補充能損。系統的主要設備為染料釜、染色釜、循環泵和換熱器等。染色中打開循環泵的同時，關閉高壓泵，通過循環泵的循環可帶動整個裝置中的流體流動。特殊設計的循環泵實現了高壓、高溫下的超臨界二氧化碳流體往復自動循環的動態染色。
染料釜是超臨界二氧化碳染色裝置中的又一主要設備，其主要作用是盛裝染料，染色時將染料完全溶解于超臨界二氧化碳流體中，使流體攜帶染料對織物進行染色。特殊設計的染料筒用于存放固體染料，可有效防止染料在染色過程中的熔結。染料釜的組成結構主要包括筒體、能與筒體開啟與密閉的封頭、設在筒體內部的內筒及簡體外側的導熱油加熱夾套和二氧化碳進出13等。染料釜結構，在筒體中的內筒盛放染色所需的染料。染色時，超臨界二氧化碳從氣體入口進入，攜帶染料從氣體出口流出，進入到染色釜中對織物進行染色。
在常壓、常溫下，染料以固體形式存在于釜體中，主要原因是由于超臨界二氧化碳流量過低，使得超臨界二氧化碳流體不能把染料充分溶解；隨著系統壓力逐漸升高，超臨界二氧化碳密度逐漸增大，更多的二氧化碳由氣體向超臨界流體轉化，超臨界流體比例不斷增多，同時傳質推動力增加引起擴散速率增大，染料在流體中的溶解度增大，聚集態增多，單分子態減少，逐漸溶解于流體中；當溫度、壓力繼續升高，達到并超過超臨界二氧化碳臨界點時，系統內出現均相超臨界二氧化碳流體，染料的聚集態和單分子態達到了平衡，染料基本溶解，并隨著時間的繼續延長，流體顏色進一步加深。
