超临界二氧化碳萃取的过程及设备.docx
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超临界二氧化碳萃取的过程及设备
3.2超临界流体萃取过程的设计与开发
除了在一些食品提取工业中实现超临界流体萃取的工业化外，其在高附加值产品分离中也展现出新的活力，特别是在制药工业中，其重要性也日显增加。
尤其是随着有关毒性物质排放越来越受到严格限制，SCFE的使用范围也会日渐扩大。
但是SCFE的使用可行性是与过程的规模、产品的价值、是否需用无毒溶剂的一些因素有关。
因此，只有进行周密的设计后，才能定量权衡上面提出的种种因素。
一旦得出具有可行性的设计，便会吸引到企业界和研究者的重视和关注。
当前，不仅仅是国外的一些学者和专家作了扼要而实用的综述[1]，而且在国内召开的“超临界流体技术学术及应用研讨会”上有多篇论文专门讨论了SCFE的工艺与设备设计。
早八十年代就出现了SCFE过程设计和开发的报告，近30年间，有关SCFE的设计研究还在不断进展，逐渐完善。
有些产品，如真菌脂质的提取，不仅要作SCFE的过程设计，而且还要作其他单元操作，如对液液萃取的设计进行比较，从经济上确定何种过程有优势，从而便于在进一步的投资中作出判断。
可以说，目前SCFE已如其他比较成熟的单元操作一样,设计、仿真和优化（design,simulationandoptimization）的工作已全面开展，这也从-个侧面表明SCFE的实用性正在受到越来越多的科技工作者的关注。
3.2.1超临界流体萃取工业装置的开发步骤
图3-16示出了任一扩散分离过程科学开发的流程示意图。
在步骤2中确定所涉及物料的特征后，一般情况下，若选用传统的分离单元操作，如蒸馏、液液萃取等，往往是凭设计者的经验来选定，较少采用预设计的方法。
在开发过程中直接进行实验研究。
但SCFE是新技术，对其了解不多。
为了能和其他分离过程作出比较，必须在此前作出预设计或过程仿真、优化，其流程如图3-16所描述。
按照科学开发的原则，不管采用何种分离过程，理应先进行仿真，再作实验验证，有利于省时省力。
随着计算机的快速发展，图3-16的开发流程，更为开发研究者乐于采用。
Lira[2]指出，图3-16中的步骤4和6是决定最终SCFE是否成功的关键。
但是没有步骤3和5，更多的优化工作要在实验验证（步骤7）后进行，这就延缓开发进程和花费更多的人力、物力。
图3-16一个扩散分散过程科学开发的流程示意图
1-要处理（分离）物料的给定；2-物料的表征；3-组分的热力学性质；
4-溶剂或混合溶剂的选择；5a-平衡性质的模型化；5b-传递性质的模型化；
6-过程设计；7-实验验证；
随着工业化的SCFE装置的投产，达到设计规模的正常操作，得出符合要求的产品是工艺、工程、设备、仪表与控制等诸多方面的共同合作和总体水平的体现。
要确实保证SCFE装置的可靠性、安全性和操作的合理性和足够的便捷性等，设备也是其中的关键组成部分。
在2002年和2004年分别召开的第四届和第五届全国超临界流体技术学术及应用研讨会论文集中都设有“超临界设备”的栏目。
也报道了不少我国在研究、开发和制造超临界流体萃取设备的有关看法、经验和成果。
下面是几个国内外关于SCFE设备的例子。
3.2.1.1国外的工业化装置的实例
1978年德国的HAG公司的大型工业化咖啡豆脱咖啡因装置投产后，还有其他的工业化SCFE装置也相继建成。
表3-1德国和美国的SCFE工业化装置
表3-2日本的SCFE实用化装置
根据报道，日本已有SCFE工业化装置约20个，过去主要是生产香料和色素等，这和表3-2多数内容基本符合，但最近新的装置主要是向食品和制药行业扩展，其主要意图是调节、减少有机溶剂在上述行业中的应用，力求符合环保要求。
还透露日本已试图用SC-CO2从藻类中提取虾青素（astaxanthin）的研究。
意大利的学者也十分重视研究和开发超临界流体技术，并在推动其工业化的进程，例如位在Salerno的Essences香精厂，用SCFE和分级分离生产精油，用4×300L的萃取釜，后面有4级分离，后面的三个分离器用的是专利技术旋流式分离器（cyclonicseparationvessel）。
到目前为止，SCFE应该还是一种化工的新技术，用的又是高压技术和设备。
从事此项技术的研究和开发人员以及企业界人士对其工业化过程的成果是十分关注的，但是有关SCFE工业化的资料很少，不易收集。
但只能介绍一些已见诸于期刊，专利中的信息，再做些分析。
MaxwellHouse咖啡的工业化是以Katz等的专利为根据的。
图3-17示出了用该专利提出生产约50000t/y脱除咖啡因的咖啡豆的萃取塔。
在萃取塔的顶部和底部分别安装了带闭锁装置的布料器（Lockhoppervessels）。
SC-C02不断从6进入，从4排出萃取后的流动相。
当固体物料从萃取塔通过出口阀7排出到布料器8中，与此同时带水分的绿咖啡豆从顶部的布料器2通过阀门3进入萃取塔，始终保持萃取塔中的咖啡豆体积不变。
且阀门3和7是联动的。
一旦出料停止，进料也立即停止，阀门3和7同时关闭，及时把布料器8中的的固体物料排空，又把原料加到布料器2中，做好下一次出料与进料的准备。
图3-17MaxwellHouse咖啡脱咖啡因工艺中的萃取塔
1，3，7，9-阀门；2，8-布料塔；
4-萃取后的液体相出口；
5-萃取塔体；6-SC-CO2进口
根据该专利设定，每当进行一个半连续脉冲后，萃取塔体中的全部物料都得到了更新。
约15%要萃取的物料有所交替，换言之，因此，已不是完全间歇式的操作，不再需要每次操作都要打开萃取塔，进行出料和进料，这是该专利技术的萃取塔和中小型间歇萃取釜的一个主要不同所在，该萃取塔直径2.13m，塔高21.37m，内部体积约70.8m3，绿咖啡豆的堆积密度为640.8kg/m3。
在萃取塔内可装45.368t咖啡豆，每次出料量约为6.81t，若每小时出料一次，若年开工达310日，则每年产量可达约50630t的脱除了咖啡因的咖啡豆。
德国SKWTrosberg厂从茶叶中脱除茶碱（theophylline），茶碱与咖啡因都是黄嘌呤（xanthine）的衍生物，该厂年产约6000t脱除茶碱的茶叶，厂内有三台6.5m3的萃取釜，每个萃取循环加入的茶叶量约910kg。
茶的堆积密度约为140kg/m3。
采用活性炭吸附茶碱的工艺。
从以上介绍的内容结表和表中列出的萃取釜规模来看，除了MaxwellHouse，HAG和SKW等厂具有几十立方米以上的萃取塔（釜）以外，其余的规模都比较小。
一般都只有几百升的体积。
发达国家几十年来SCFE工业化的进程说明该工艺适用于萃取香精、天然产物、食品、药物和保健品等附加值比较高的物质，但产量都不很大。
SCFE的特点是萃取品种多，所用装置分散，或一套装置生产多种产品，但产量却有限，生产脱咖啡因的咖啡豆是个较特殊的例子。
由于国外对咖啡情有独钟，消耗量大。
因此才有必要兴建70.8m3的超大萃取塔，这要根据生产对象和任务来兴建，绝不要不问对象和任务而去研制开发大型萃取釜，还要结合国情，减少研制中的盲目性。
3.2.1.2我国工业化装置的实例介绍
为了缩小我国的SCFE工业化装置和实验研究装置与国外的差距，发展我国在这一新兴领域的工业技术，通过二十多年来消化吸收国内外先进技术经验和努力实践、开拓，在国内已出现力量比较集中的公司、工厂和工程研究中心，培养出一支工艺开发、设备设计、制造应用相结合的技术队伍。
他们是既擅长工艺开发，又会设备设计、制造，且又有相当应用实践经验的复合型技术人才。
与外界合作能本着相互尊重、诚信、互利的原则，充分发挥公司在产业化应用孵化、验证平台方面的优势，相信在今后的时日中更会发挥其研发能力。
用下面的一些实例来说明我国SCFE工业化装置进步的轨迹。
（一）引进消化国外装置——实例1
1995年山西洪洞飞马实业公司着手引进意大利Fedegari公司超临界C02萃取成套设备。
经过五年来中意双方共同努力，于2000年7月投料试车成功。
董桂燕等从技术谈判就参与了工作，如工艺参数的选定，工艺流程及主要设备规格的确定以及承担了装置的国内配套辅助设施的设计；随后参加系统水压试验，联动试车、投料试车等全过程。
从而能比较全面深入地了解意大利公司出品的SCFE技术水平，装置特点和设计思想等，开阔了思路，积累了经验，对以后的工程设计、研究开发都会有较大的启发。
董桂燕等认为，如将引进的SCFE装置和我国自主开发的相比较，在机械制造、仪器自动化、机电一体化等方面是存在着较大的差距。
同时也感到SCFE毕竟还是个新兴行业，人们对其认识还远远不如对传统产业那样深刻，即使对工业发达国家来说，在系统的热量与能量平衡、工艺流程设计、设备结构设计和自控仪表回路的设置等方面也会有些不足，需要进行相应的改进。
该装置的主要技术参数：
萃取釜：
2×300L
萃取压力：
<40MPa
萃取温度：
20-70℃
C02泵最大流量：
2600kg/h
液体精馏柱：
Φ200×5000
该装置的工艺流程简图见图3-18。
包括C02萃取循环、携带剂添加、液体精馏、多级减压分离和C02再压缩等子系统。
为了适应不同生物制品萃取的需要，操作参数的设定和调节范围都比较宽广。
图3-18引进的Fedegari公司SC-CO2萃取工业化装置流程
A1、A2-萃取器；C-尾气回收压缩机；E1、E2-冷却器；E3、E4、E5、E6、E7、E8-加热器
F-精馏柱；P1-CO2泵；P2-携带剂泵；P3-液体物料泵;P4-回流泵；R1-CO2储罐
R2-携带剂储罐；R3-物料储罐；R4-回流罐；S-分离器；SXX-旋风分离器
装置的全部压力容器均按ASME（AmericanSocietyofMechanicalEngineering，美国机械工程师协会）规范进行设计、制造。
设备精度好，外观优美，特别是萃取釜快开盖结构设计好，采用的是楔块式结构，整个釜盖结构紧凑占地面积小。
利用气动机构实现釜盖的锁紧与松开，由置于釜盖上的气缸通过传动机构带动4个锁块沿径向运动，使锁块嵌入釜体法兰的槽中来完成锁紧过程。
为了保证安全，气动控制回路通过计算机与测压系统实现连锁。
每个分离器均采用“三级减压连续排料”系统，这是Fedegari公司的专利技术，母组均由4个小型分离器组合而成，通过逐级减压连续地排除液体物料，并释放出液体中的CO2气体，有效防止有效防止C02雾沫夹带，装置中也配有挟带剂添加的子系统，得以进行某些极性物质的萃取。
因设有液体物料加工的精馏柱，用来再次分离液体萃取物。
C02再压缩回收子系统中配有C02压缩机能有效回收系统内残存的C02,减少C02气耗。
（二）自主开发研制工业化装置和产品的工业化试验一实例2，3，4
实例2：
20世纪90年代初我国虽有少数SCFE装置投入使用，但均不是快开结构，与国外同类装置相比，差距很大。
国家科委及时组织实施了“八·五”攻关计划，立项开发符合国情的SCFE工业化装置。
为此，广州市轻工研究所承担了“超临界C02萃取沙棘油工业化”的项目，其中包括500LSC-C02萃取的工业化装置开发研制任务。
装置的主要技术数据：
萃取釜体积2×500L（直径Φ500mm、高度3000mm、吊篮体积500L）
萃取压力<32MPa
萃取温度20~70℃
分离釜体积200L（直径Q400mm、高度2200mm）
分离釜压力<16MPa
在研制中对萃取釜的快开结构进行了选择。
根据装置的使用要求，采用了卡箍式快开结构。
因其结构较为简单，易于加工和能实现快开自动化之故。
为了确保排气完全，不但需有釜内压力指示，还须采取一系列保险措施以保证釜内压确已降至大气压时，方能开眉卡箍，实现安全生产。
还对萃取釜的卡箍式快开结构进行疲劳强度分析计算，用有限元法计算危险点的名义压力，证实循环次数可大于萃取釜使用期内的预计循环次数，能满足疲劳强度要求。
用所研制成功500L工业化萃取装置对沙棘籽进行了萃取，所得结果见表3-3。
先将250kg左右的沙棘籽清理、筛选、粉碎后，装入500L的吊篮内，然后再放进萃取釜再放讲萃取筹压解析。
在第一解析器内得到沙棘籽油产品，而在第二级解析器中则分离出游离脂肪酸和水。
在表6-16中虽列出了生产性的实验数据，但尚欠仔细，如每个编号的实验萃取温度究竟在何温度？
床层填充度和原料的粒度均未加以说明，从所得数据来看，似乎重复性也不是很好。
但在该文的结论中却指出，该装置的使用性能达到国外同类装置的水平。
笔者看来，在所得技术结果、数据质量与结论间似尚有差距。
表3-3在500L釜内SC-CO2萃取沙棘籽的实验结果
实例31000x2等若干SC-C02萃取过程的开发
我国有天然资源的优势，如何将其转化为经济优势，是经济发展中的重大课题。
在天然产物深加工领域中SCFE技术受到青睐。
实现SCFE的工业化会促进天然资源（特别是中草药）的开发，如何将SCFE技术和中草药的开发有效地结合，使中草药能提高其药效并进入国际市场是一个很值得重视的发展方向。
刘汉槎等指出，SCFE的工业化，绝不仅是萃取装置的研制。
大量产品的成功开发与经营，对促进技术走向成熟与工业化水平的不断提高具有决定性的意义。
我们对此观点表示赞同。
工业化的SCFE过程开发成功，获得大量市场急需的产品并得到良好的经济效益至关重要。
广州美晨集团股份有限公司（前身是广州市轻工研究所）本着以上的观点进行了1000Lx2装置规模的萃取厚朴酚工业化过程的开发，简要情况如下：
厚朴为木兰科植物，厚朴或凹叶厚朴的干皮、根皮和枝皮，是一种用途广泛的重要中药材，厚朴制剂有明显的抑菌作用。
厚朴的有效成分主要是厚朴酚（magnolol）与和厚朴酚（honokiol）。
此两种化合物具有使中枢肌肉松弛的作用。
厚朴的传统提取方法主要是醇提法，提取浓缩涉及多种反应，且所得的厚朴浸膏中厚朴酚与和厚朴酚含量低，浸膏的颜色很深。
在此之前，也有实验室和中试规模水平上的SC-C02萃取厚朴的研究。
然所得数据尚难以作为工业化的依据。
广州美晨集团利用其拥有工业化装置的优势，结合工程技术和经济因素进行了工业化试验。
所用流程见图6-33。
考虑到生产实际，C02流量选定为3000L/h。
并定义萃取率=提取物中厚朴酚与和厚朴酚总量/原料中厚朴酚与和厚朴酚总量×100%。
分别研究了萃取压力、萃取温度、萃取时间和物料粒度等对萃取率的影响，得出了萃取的适宜工艺条件：
萃取压力为25MPa、萃取温度为35-40℃，萃取时间为6小时和物料粒度为40目。
在此条件下萃取率可达90%以上，萃取物颜色浅黄，品质好，无溶剂残留，萃取物中厚朴酚与和厚朴酚总含量为60%左右。
可作为中药中间体和日用化学品的原料。
此项目于2001年6月在广州实现工业化生产，并为“黑妹”牙膏厂等提供了厚朴的提取物，开发出现代中药牙膏，效果良好，利润上升，体现出高新技术结合并改造传统产业的促进作用。
图3-191000L*2超临界C02萃取厚朴有效成分工艺流程示意图
E1、E2-萃取釜；C-C02储罐；P-高压泵；EX1、2、3-热交换器
S1-第一级分离釜；S2-第二级分离釜；F-流量计；V1-V10-阀门；VC1、2、3-调节阀
除虫菊是菊科属的草本植物，经SCFE后所得的除虫菊酯能够快速击倒昆虫，且不易产生抗药性；对哺乳动物及植物无毒无害；不污染环境等一系列优点，是联合国有关组织推荐的广谱、快速、高效无公害生物农药。
随着世界各国对食品安全和环境保护的要求和环境保护的要求和法规日益增高和强化，此类农药的需求也越来越大。
我国云南已大面积种植，前期已种植10万亩。
该省对此项目十分重视，并将其作为建设“绿色经济强省”和产业结构调整的新兴支柱产业来抓，计划将云南发展成为全球最大的除虫菊开发基地。
广州美晨集团股份有限公司经过小试、中试和工业化试验，主要结果见表3-4，并为云南两家生物技术公司研制了两套1000Lx2SCFE工业化装置，分别在2001年6月和11月先后投入运行，据称，投产后所生产的除虫菊提取物很快受国外各厂百眯，产品因此而销售一空。
表3-4用1000L*2SCFE装置萃取除虫菊的实验结果
a-装料量为320公斤的除虫菊，用SC-C02萃取时间为2小时
广州美晨集团股份有限公司开发的工业化装置已达十几套，最大的装置规模为3000L的萃取釜。
该公司多年来一直在致力于营造一个孵化、培育和开发SC-C02技术的环境。
目前已达到能开发出具有技术上比较合理、稳定性良好的SCFE工业化装置，但技无止境，在装置的安全性、可靠性、适应性和经济性方面还在不断追求进步，以便能够高水平地体现出工艺、产品所提出的要求。
此外，还希望积聚力量能从理论层面上来改进和指导过程与装置的研究和开发工作，能把我们的工程实践经验提升到一定的理论高度，逐步从必然王国走向自由王国，使企业成为自主创新的主体。
3、主要设备
SCFE是承压过程，按我国《压力容器安全技术监察规范》中的分类方法。
内压容器按设计压力大小分为四个压力等级，具体划分如下：
低压（代号L）容器0.lMPa≤p≤1.6MPa；
中压（代号M）容器1.6MPa≤p≤10.0MPa;
高压（代号H）容器10.0MPa≤p≤100MPa；
超高压（代号U）容器p≥100MPa
在SCFE流程中有高压容器，为萃取釜，也有一些中压容器，如分离器、储罐等。
SC-C02萃取装置从功能上可分为6个部分：
制冷系统、萃取系统、携带剂循环系统、分离系统、C02循环系统和控制系统等。
主要包括C02升压设备（高压柱塞泵或压缩机）、萃取釜、分离器、C02储罐、换热设备等。
有关上述设备在文献L49i中都有一定的介绍，萃取釜的压力最高，又是非定型设备。
本书将对此作些补充和讨论。
萃取釜设计的总要求集中在安全性和经济性上。
安全是前提，经济是目标，在确保安全的前提下应尽可能达到经济的要求。
对不同形态物料要选用不同的萃取釜。
所谓安全性包含有两层含义：
即结构完整性和密封性。
结构完整性主要指萃取釜在满足功能要求的重要参数的基础上，还要能符合强度、刚度、稳定性和耐久性等有关规定和指标。
萃取釜结构的重要参数是长径比、对用于固体物料的工业化萃取釜可选长径比为4.5：
1。
Perrut建议对其长径比可选为5-7：
1两者虽有差距，但尚比较接近。
列出这些经验性数据，以供参考。
萃取釜承受高压力，所采用的钢材的情况决定其能承受最高工作压力的限值。
若萃取釜由原材料整体加工而成，不采用任何焊接形式，而原材料又有材质保证书，则当其加工完毕，可不做射线或超声波探伤，但必须做水压实验。
若萃取釜的最高压力为31.5MPa。
则设计压力将是39.4MPa，而水压试验压力则应为49.3MPa三种压力呈等比关系，相邻两者间相差1.25倍。
一般工艺工程师进行的是萃取釜的工艺设计，至于该设备的强度计算、疲劳分析以及可靠性和优化设计等均应请压力容器的工程师或设计人员承担。
在萃取的是固体物料，如植物的根、茎、叶等。
由于在高压很难实现连续化生产，到目前为止，大都采用间歇化方式操作。
SCFE的产品有不少用在食品、医药、化妆品等行业。
因此萃取固体物料的设备与一般的压力容器相比，有其不少特殊之处，需在其结构和设计方面加以关注，除应满足一般高压容器要求外，还应满足如下的基本要求：
（1）SC-C02萃取得到的产品常与人类的健康有关，因此设备的设计应满足食品、医药生产的卫生法规。
（2）对于间歇操作的萃取釜，由于萃取釜中的物料需频繁更换，设备会经常需要打开和关闭。
除了要减少装卸物料时间外，更要注意与安全密切有关的密封性，使萃取釜的泄漏率控制在允许的范围内。
因此，萃取釜的密封需用快开结构的形式。
（3）按疲劳设计规定，高压容器整体部分承受交变负何不超过1000次，而非整体部分不超过400次时，可以不作疲劳分析。
间歇操作的萃取釜，若其操作周期为3小时。
一年以300天机算，需升、降压2400次，若萃取釜的设计寿命为15年计则会承受交变载荷36000次，大大超过以上的规定。
因此间歇操作萃取釜应具备良好的抗疲劳性。
（4）若萃取釜在卸压未尽前打开，或端盖未完全闭合时就升压。
是快开式萃取釜爆炸的主要原因之一。
故在间歇操作萃取釜上应设置能控制端盖开闭动作的安全连锁装置。
（1）萃取釜的筒体结构。
间歇操作萃取釜的筒体结构，体积在100L以下的普通萃取釜，采用单层整锻式的筒体结构。
优点是结构简单，无薄弱的深环焊缝和纵焊缝。
但在锻压所造成锻件，其不同方向力学性能差异较大，导致发生低应力脆性破坏的可能性增大；为保持萃取釜的表面的洁净、卫生，则设备加工的要求就要提高，或用不锈钢锻件，两者都会提高成本。
以上所述，可视为该种筒体结构的缺点。
组合式筒体有多层包扎式、热套式和绕带式等，多层包扎式是目前世界上应用最广、制造和使用经验最丰富的结构。
筒体由厚度12-25mm的内筒和厚度为4-12mm的多层层板两部分组成。
为避免裂纹沿厚度方向扩展，各层板间的纵焊缝应相互错开75°。
优点是制造工艺简单，也不要大型复杂的加工设备，与单层筒体相比，安全可靠性较高。
缺点是制造工序多，效率低、周期长、材料的利用率低。
扁平钢带倾角错绕式筒体是我国首创的一种新型绕带式圆筒结构。
内筒厚度约占总厚度的1/6-1/4，采用简单的“预应力冷绕，，和“压辊预弯贴紧”技术，相对于萃取釜环向倾角15°-30°。
在薄内筒外方交错缠绕扁平钢带。
钢带宽约80-160mm、厚约4-16mm，钢带的始末两端分别和底封头与端部法兰相焊接。
长期使用和实践证明，与其他类型厚璧圆筒相比，此种结构具有设计灵活、制适方便，可靠性高，在线安全，监控方便等优点。
在过去30多年中，在我国已制造Φ1000mm的扁平钢带倾角错绕式氨合成塔等高压容器7000多台。
取得了重大社会效益和经济效益。
该结构已被列入ASME-l和ASME-2标准规范案例。
郑津洋等虽已提及该结构具有很高安全性，当内筒破坏时，钢带强度并未丧失，仍能承载，可达到只漏不爆的效果。
但到目前为止，在我国尚未用此种筒体结构来设计和制造工业用SC-C02萃取固体物料的萃取釜。
（2）萃取釜的密封
密封是保证萃取釜操作安全和按设计要求成功运转的重要措施。
高压密封装置的重量约占容器总重的10%-30%，而成本占总成本的15%-40%。
密封设计是高压容器设计的重要组成部分，萃取釜的密封有多种形式，郑津洋等和彭英利等对此都做了归纳，并给出了相应的结构图。
表3-5和表3-6给出了小容量和大容积萃取釜密封装置的描述。
表3-5小容积萃取釜的密封装置
表3-6大容积萃取釜的密封装置
图3-20卡箍式密封
1-顶盖；2-衬环；3-密封圈；4-卡箍；5-密封环
6-筒体端部法兰；7-连接螺栓；8-螺母
图3-21齿啮快开密封
1-顶盖；2-密封圈；3-端部法兰；
4-端部法兰齿；5-顶盖齿；
从图3-20可见，卡箍内面有两个锥面，分别与顶盖和筒体端部法兰的锥面相触．承担由顶盖传递过来的轴向力。
通过逐个拧紧和松开连接螺栓，实现萃取釜的关闭和开启。
密封环为O形圈和密封环。
密封环通过衬环与顶盖和筒体端部法兰接触，密封环和顶盖与筒体端部法兰间各装有一个O形圈。
装配时，O形圈受到挤压，产生预紧密封，当处于正常工作态时，在内压作用下，O形圈可实现自紧密封。
卡箍式密封已被广泛用于间歇操作的场合，由于结构和受力都比较复杂，目前国内尚无成熟规范可循。
而日本工业标准JISB8284-2003根据ASMEⅧ-1卡箍连接体的设计原理对高压容器快开盖结构提出了统一的可操作的计算方法。
董金善等开发了萃取釜卡箍式结构的CAD软件，实现了萃取釜设计计算及参数化、一体化，能有效缩短产品的开发周期，提高设计效率。
从图3-21可见，顶盖和容器端部法兰在圆周方向加工成均布的啮合齿。
将O形密封圈安装在顶盖底部的凸缘上，从而使其随顶盖一起运动。
借助O形密封圈与端部法兰及顶盖的配合来实现容器的初始密封。
待等压力上升后，O形密封圈能实现自紧密封
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