本研究以适应超细颗粒的微型固液旋流分离器的开发为目的，对当前水力旋流分离器的理论研究进展及工业应用的现状进行了深入了解，认为拓展水力旋流分离器新的应用领域，应针对新的具体用途，立足于以试验为主，结合创新的研究思路，开发出适用的新型高效旋流器，使其分离性能达到新的水平。 根据流体力学和物理学原理，首次从进料动量出发，提出旋流场微分旋转动力概念，并基于这一概念，结合长径比，提出新的旋流器分离性能判别准则——微分分离动力数。试验结果证明，微分分离动力数判别准则比单纯的停留时间或长径比准则更全面、准确，旋转动力是判别准则应考虑的最实质性的因素。就本课题所研究的几种旋流器结构、操作条件及分离介质的物性而言，在底流分流率为0.1-0.5的范围内，微分旋转动力110-140×103N/m3的范围为旋流器旋转动力是否充足的判别标准。大于此范围，显现湍动和返混的负面影响，而小于此范围，则证明还有通过提高旋转动力改善分离效率的潜力；若要实现95％以上的分离效率，微分分离动力数则应在16-20×10b的范围内。根据试验结果，采用线性回归方法建立的模型显示，微分分离动力数与分离效率之间存在较明显的相关性，很好地解释了各试验旋流器分离效率小同的原因。从旋流场旋转动力角度推导出理论最佳分流比，与试验结果基本吻合。 以炼油厂催化裂化装置外甩油浆残留催化剂微粒的固液分离为对象，对5个不同结构的旋流器分别进行了流量、分流比和浓度对分离性能影响的系统试验，证明所开发出的2＃微型旋流器性能最优；对固体平均粒度15-16μm、颗粒表观密度1.87kg/1、浓度0.5—2.0％m的原料，修正总分离效率最高为97.8％、d50’ 3.1μm、d90’和d98’分别为6μm和10μm，相当于简单总分离效率98.9％、d50<2μm、d90和d98分别为4μm和8μm；低浓度下，浓度变化对分离效果的影响不敏感，颗粒间影响可忽略，最佳分流比为3/7-5/5，最佳进料量为2.5-3.21/min。在分流比5/5和进料浓度0.52％的工况下，顶流固体浓度仅为0.018％、平均固体颗粒粒度仅有5.6μm，完全可满足催化裂化油浆作为燃料油、填充油、重芳烃和碳黑原料的规格要求；如进行二级串联，对一级旋流器的顶流进行二次分离，根据修正分级分离效率，二级旋流器的顶流浓度可进一步降至67ppm，满足针状焦原料的灰分规格要求。对国内外文献检索，未见达到该旋流器分离效果的报道。本研究的结果对于拓展旋流器在炼油和石油化工工艺过程中的应用很有意义。 从旋流场中固体颗粒受力的理论分析入手，探索了“倒锥角结构”旋流器。试验证明，倒锥角旋流器对超细颗粒的分离性能极其优越，可修正分离粒度d50’低于2μm，总修正分离效率最高可达到81.7％。根椐本研究提出的判别准则分析，分离效率有待提高的原因是进料动量不足，需进一步试验证实。 根据试验结果，采用多元线性回归的数学方法，建立了用于本研究所优选出的水力旋流分离器分离效率预测的数学模型，经数学方法和试验结果检验，证明其误差在2％以内，具有一定的实用性和指导意义。 试验结果和分析证明，本研究所开发出的2＃旋流器的分离效果可满足催化裂化油浆绝大多数下游利用过程对残留固体微粒的规格要求。综合考虑分离性能要求、新型材料的可得性和可加工性以及投资省、操作费用低、性价比高等因素，将该微型旋流器推广用于诸如催化裂化油浆残留催化剂固体的超细颗粒脱除，或应用于炼油、石化行业工艺要求更加苛刻的其它新领域，在技术和经济上是可行的，具有极大的经济和社会效益，应用前景十分广阔。