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超临界流体萃取技术(Supercritical Fluid Extraction，简称SCFE)是利用超临界流体特异增强的溶解能力而发展起来的一种先进、绿色、环保的新型化工分离技术，应用前景十分广阔。超临界流体萃取装置是超临界流体萃取工艺中的关键设备，根据间歇生产的工艺特征，要求频繁开关萃取装置端盖，故超临界流体萃取装置应采用具有便捷开关性能和良好密封性能的快开密封结构。目前国内尚无该种密封结构的设计、制造标准。 本文提出了一种无楔入作用的超临界萃取装置快开密封结构，建立了C形环密封结构的泄漏模型，提出了这种新型快开密封结构的参数化强度评定方法，并根据装置的操作特点建立了快开密封结构的完整性评价方法。在此基础上，建立了基于CAD的超临界萃取装置快开密封结构的参数化设计方法，实现了快开密封结构的一体化设计，为C形环密封快开结构的工程应用和标准化奠定了理论基础。主要研究内容和结论包括: (1)超临界流体萃取设备快开密封结构的设计方法 根据超临界CO2萃取工艺的要求，选用聚四氟乙烯C形环作为密封元件，提出了一种改进的、无楔入作用的超临界高压萃取装置快开密封结构。新结构中聚四氟乙烯C形环置于顶盖内部，避免了因拆装引起的磨损，提高了密封件的使用寿命;卡箍密封面为平面，装配省力、便捷;C形环初始预紧力靠装配精度获得，操作简便，易于实现自动化控制。 对快开密封结构的各部件进行了力学分析，给出了顶盖齿部、筒体端部和卡箍内应力的解析计算及应力评定方法。采用本文建立的C形环快开密封结构设计方法设计了一台容积为5升、材料为0Cr18Ni9的超临界萃取装置，强度校核结果合格。 (2)C形密封环自紧密封机理与泄漏模型的研究 以预紧力和密封比压为设计条件，建立了C形密封环的设计方法。由密封结构各部分的变形协调关系给出了密封性能的评价方法。 运用有限元方法对聚四氟乙烯C形环在内压作用下的变形行为及其与密封槽壁面的接触行为进行了分析，获得了C形环与密封槽面的接触应力分布规律及有效密封宽度，揭示了C形密封环的自紧密封机理。 基于聚四氟乙烯平垫片的泄漏模型，建立了双级串联的C形密封环自紧密封结构的泄漏模型。采用试验方法确定了模型中的待定系数，采用有限元分析方法获得了两级密封面的有效密封载荷与有效密封宽度随内压的变化规律。采用建立的泄漏预测模型分析了介质压力对泄漏率的影响规律。研究表明，随着介质压力的增大，C形环密封面的泄漏率呈近似线性增大的规律。 对设计的5升超临界萃取装置进行了型式试验，验证了快开结构的合理性及密封的可靠性。某香料公司采用该装置进行香料提取，聚四氟乙烯C形环的有效密封寿命约为1000次，较之于O形密封圈，寿命大大提高。 (3)超临界萃取装置快开密封结构强度的参数化分析 根据快开结构应力和疲劳分析的要求，建立了萃取装置快开密封结构的简化模型，采用ANSYS参数化编程语言APDL编制了简体、封头的参数化建模及应力分析程序。依据线性疲劳累积损伤准则，建立了快开密封结构中应力集中点的疲劳分析方法。基于Visual Basic平台，编制程序自动调用ANSYS求解器，实现了分析参数输入、输出的可视化，提高了分析效率。 利用参数化分析方法对5升萃取装置快开密封结构进行了应力分析，结果表明，本文设计的快开密封结构疲劳寿命满足要求，且分析结果与按照标准计算得到的结果吻合。研究发现，中小型超临界萃取设备容积、壁厚均相对较小，设计时可采用加大安全系数的方法来免除疲劳分析。 (4)超临界萃取装置快开密封结构的完整性评价 分析了快开密封结构的损伤模式，将快开结构的完整性划分为密封完整性和强度完整性。研究了C形环泄漏引起的萃取装置的失压机理，建立了萃取装置压力、泄漏率与时间的关系;采用应力强度因子作为结构表面裂纹和埋藏裂纹危险度的评定参数，根据材料的拉伸断裂韧度及结构的应力水平给出了结构中裂纹的临界尺寸，为结构强度完整性评定奠定了基础。 以密封能力、结构强度作为快开密封结构完整性的评价指标，分别建立基于泄漏率的密封完整性评定方法及基于裂纹尺寸的结构强度完整性评定方法。引入完整度系数和重要度系数，将泄漏完整度和强度完整度相结合，提出了快开结构完整度的定量评价方法。 (5)超临界萃取装置快开密封结构的参数化设计 以超临界萃取装置作为产品对象，利用Visual Basic的ActiveX Automation技术，辅以Microsoft Office系统和AutoCAD图形平台，针对超临界萃取装置快开结构的特点，以数据库为驱动源，基于图形的拓扑关系，开发了超临界萃取装置参数化设计系统并建立了设计计算书的自动化生成方法，实现了超临界萃取装置的一体化设计。