超临界二氧化碳染色的循环染色系统是整套装置的关键，其主要作用为超临界二氧化碳溶解染料后完成纺织品上染。超临界流体循环染色系统工作原理为：染色过程中，经高压泵加压，换热器加热后形成超临界二氧化碳流体在染料釜中溶解染料，随后流入染色釜内进行织物染色。染色过程中关闭高压泵，开启循环泵完成循环染色过程。系统中的换热器在染色过程中为染色系统补充能损。系统的主要设备为染料釜、染色釜、循环泵和换热器等。染色中打开循环泵的同时，关闭高压泵，通过循环泵的循环可带动整个装置中的流体流动。特殊设计的循环泵实现了高压、高温下的超临界二氧化碳流体往复自动循环的动态染色。 

染料釜是超临界二氧化碳染色装置中的又一主要设备，其主要作用是盛装染料，染色时将染料完全溶解于超临界二氧化碳流体中，使流体携带染料对织物进行染色。特殊设计的染料筒用于存放固体染料，可有效防止染料在染色过程中的熔结。染料釜的组成结构主要包括筒体、能与筒体开启与密闭的封头、设在筒体内部的内筒及简体外侧的导热油加热夹套和二氧化碳进出13等。染料釜结构，在筒体中的内筒盛放染色所需的染料。染色时，超临界二氧化碳从气体入口进入，携带染料从气体出口流出，进入到染色釜中对织物进行染色。

在常压、常温下，染料以固体形式存在于釜体中，主要原因是由于超临界二氧化碳流量过低，使得超临界二氧化碳流体不能把染料充分溶解；随着系统压力逐渐升高，超临界二氧化碳密度逐渐增大，更多的二氧化碳由气体向超临界流体转化，超临界流体比例不断增多，同时传质推动力增加引起扩散速率增大，染料在流体中的溶解度增大，聚集态增多，单分子态减少，逐渐溶解于流体中；当温度、压力继续升高，达到并超过超临界二氧化碳临界点时，系统内出现均相超临界二氧化碳流体，染料的聚集态和单分子态达到了平衡，染料基本溶解，并随着时间的继续延长，流体颜色进一步加深。