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微细颗粒的分级、分离与回收问题涉及的领域很广，分离的优劣不但直接关系到生产的经济效益，而且对环保也会产生深远的影响。目前，微旋流分离技术凭着自身的优势在对微细固体颗粒的去除、回收等方面的应用展示了其诱人的前景，属于该领域的研究热点。但是在理论研究和应用方面均存在着一些明显的不足，如在相同公称直径下难以令人满意的分离效率和精度，而通过减小公称直径来提高分离精度是又带来对大颗粒分离的不适应性及处理量减小的问题等。
本文基于旋流器进口微粒排序强化旋流分离过程的思路，创造性的提出通过旋流器进口微粒排序改善旋流器分离性能的思想，通过计算流体力学、激光测量及实验研究等手段，对微粒排序强化微旋流分离机理进行了深入研究，得到了微粒排序与分离效果的构效关系，提升了对微旋流器内颗粒运动规律的认识水平，并对微旋流分离的工程化的进行了应用研究，所完成的研究工作和取得的创新性的研究成果如下：
(1)提出微粒旋流排序方法及其强化微旋流分离过程的新思路，发明了微粒旋流排序器及对应的逆旋进口和正旋进口型微旋流器，逆旋提高了微粒分离效率，正旋提高了微粒分级效率，建立了简单可靠的微粒排序旋流分离实验测试系统及激光测试实验系统。
(2)采用RSM(Reynolds Stress model)模型在不同进口条件下对常规、正旋、逆旋微旋流器内的连续流场进行了模拟计算。计算发现液相最大切向速度点在5/6R半径位置处；零轴速波动区主要产生于溢流管底部区域、柱椎体相交的截面附近以及锥体下部零轴速包络面最低点附近的区域，微粒排序对微旋流器内零轴速波动区的大小有影响。
(3)连续相采用雷诺应力模型(Reynolds Stress model)、分散相采用粒子跟踪法(Lagrangian)在不同进口条件下对常规、正旋、逆旋微旋流器内的流场进行了数值计算，讨论了微粒排序对分散相颗粒运动及分布特性的影响。计算发现，颗粒入口位置对颗粒运动轨迹有明显作用，越靠近外边壁及下部区域加注的粒子越容易被分离进入底流；在靠近进口截面上部的颗粒受“盖下流”运动死区的影响较大，且容易进入短路流；颗粒越大，受进口颗粒位置的影响越小；在溢流管插入深入截面附近有较明显的短路流。进口微粒排序对细小粒子的可分离性有影响，进口颗粒沿外壁到内自小到大排布的分离效率最高，但颗粒自大到小排布有对短路流的消除作用；模拟结果显示在流量为650L/h时逆旋旋流器对平均粒径为0.53μm与1.32μm颗粒的平均分离效率超过80％，表现出了对微细颗粒优异的分离性能。
(4)利用PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer)在不同进口条件下对常规、正旋、逆旋旋流器的进口及内部分散相颗粒运动、分布规律作了测量研究，讨论了进口微粒排序对旋流器内部分散相颗粒的运动、分布规律的影响，并与模拟结果进行了比较验证。测量结果表明微粒排序对分散相颗粒轴向速度的分布及零轴速包络面的大小有着明显影响，分散相零轴速包络面的大小是决定旋流器分离效率的重要因素；在旋流器结构尺寸相同情况下，颗粒在进口截面的粒度分布对分离效率的影响大于浓度分布；旋流器内柱段起到了预分离作用，旋流器锥段的中上部为分散相颗粒主要运动迁移区；进口微粒自外侧到内侧横向截面内微粒自小到大排序形式可提高旋流器对小颗粒分离的效率，反之则可以提高分级效率的。
(5)采用玻璃微珠在相同进口条件下对常规、正旋、逆旋微旋流器的分离性能进行了测试，深入研究了进口微粒排序对分离性能的影响关系。实验研究表明，旋流器的流体压降主要由本身结构而引起的，随着进口流量增大到一定程度，流体流动方向改变而引起的压降因素降低。无论粒径自进口外边壁到内边壁由小到大排列或者浓度自高到低排列，对分离效率的提高都有帮助，粒度分布对分离效率的影响要大于浓度分布的影响，小颗粒越靠近外边壁，分离效率越高，小颗粒越靠近内边壁，分级效果要好一些，与模拟及实测一致，分散相零轴速包络面的大小是决定旋流器分离效率的一个指标。在实验物料体系及相同操作条件下，对于粒径小于5μm的颗粒，逆旋旋流器的分离效率比正旋旋流器效率高约5%-8%，正旋旋流器比常规旋流器的分离效率高约3%。
(6)通过实验室小试、实验室中试以及工业应用的结合研究，开发成功微粒旋流排序强化微旋流分离技术，并将微旋流分离技术应用到全球首套甲醇制烯烃的商业化科技示范工程中。废水流量240t/h、240根微旋流器的并联其设计能力范围内，在进口98%颗粒小于3μm的条件下，分级效率d50为1.686μm，有效的脱除了急冷水中的催化剂微粉，各项运行指标基本满足设计要求，解决了急冷废水的资源化利用及甲醇制烯烃装置的长周期运转的技术难题，经济、社会效益显著。文中还给出了从实验室小试到工程化放大的思路，并发明了一种适用于MTO装置急冷水处理的方法及装置。