本发明所论及的是旋流分离器。本发明的分离器可用于从大体积的较重的物相（即比重较大的液体）中分离出较轻的物相（即比重较小的液体），比如从油水混合物中分离油，使较大体积的物相中的杂质保持在最小范围内。一般来说，旋流分离器是为与上述相反的目的而设计的，即设计成从大体积的较轻的物相中分离出较重的物相，使较小体积的物相中的杂质保持在最小范围内。以本发明的一种情况而言，在典型的液-液弥散体中，最初较轻的（不很稠的）物相体积所占比小于1%，但也可更大些。 根据本发明的一个观点所提供的旋流分离器，它至少应包括一个首段（入口段）和一个单独的入口。该首段基本呈一回转体形，它有一个前端面和一个后端面。后端面的直径比前端面的直径小。在前端面或邻近前端面处至少有一个切向的入口，以便把需要分离的原始液体通过该入口引入到旋流分离器中。该旋流分离器至少还应有两个出口。
本发明中旋流分离器的一种形式：其中dL是首段在入口处的直径;d2是首段在后端面的直径;dL大于d2。dL是从旋流分离器轴线到流体进入旋流分离器时的平均点半径的两倍，并且大于di;Ai是旋流分离器流体入口的面积，该面积是在旋流分离器的轴线和流体流入的平均点所在的平面上计算出的，于是：
(πd2di)/(4Ai) 的值在3到12之间，若在4到10之间则更可取，而以6到8为最佳。上述的数值称为“涡流系数”，这将在后面进行较详细的讨论。
旋流分离器还可包括一个基本呈轴对称的中段（分离段），该中段位于首段后端面上并与首段同轴。旋流分离器的另一种形式还可包括一个末段（出口段），该末段基本上与中段同轴，位于中段远离首段的一端。若在末段之外还有附加段将更理想。
在本发明的一个特别形式中，d2是首段在后端面的直径，d2是在点Z2处量取的，对于所有的Z＞Z2处，有下列一个最重要条件：
tan-1( (d2-d)/(2(z-z2）) )<20
Z是沿旋流分离器的轴线、入口下游某点与入口之间的距离。
入口最好是通向一个内螺旋的送料道，该送料道可以是一渐开线形状的。有一种送料道，它对旋流器轴线的弧角至少是360°。送料道也可以按照绕轴线每单位角度基本相同的径向递减量收敛。流体在进入旋流器时，在向轴线下游的方向上可以有一个分量。
在本发明的另一种形式中旋流分离器的详细说明如下：旋流分离器有一个基本呈回转体形的首段并带有一个单独的入口（最好是切向的，并且最好有一条内螺旋送料道，比如一条渐开线形状的通道），需要分离的原始液体通过入口引入旋流分离器，邻近首段有一与其同轴基本上呈轴对称的中段，该中段向一个末段收敛（最好是连续的收敛）。首段在不与中段相邻接的一端有一个轴向溢流口（即在首段的端壁上）。该旋流分离器有下列（ⅰ）-（ⅴ）五个关系式：其中d1是旋流器在流体进入首段处的直径（忽略任何送料道）;di是流体进入旋流器的半径的两倍（也就是入口中心线的切线与旋流器轴线之间最小距离的两倍）;Ai是流体进入旋流器时入口的横截面积，该面积是在平行于旋流器轴线并垂直于入口中心线的切线的平面上计算出的，该入口中心线的切线不与旋流器的轴线平行;d2是旋流器的首段与中段衔接处的直径，该衔接处在旋流器轴向位置Z2处（从入口平面算起），于是对所有的Z＞Z2处有这样一个最重要的条件：
tan-1( (d2-d)/(2(z-z2）) )<20
d是旋流器在Z处的直径;d3是旋流器的中段与末段衔接处的直径，即Z3处的直径;对所有的Z＞Z3处，d/d3＞0.98;d0是轴向溢流口的最小内径，于是：
（ⅰ）3< (πd2di)/(4Ai) <12
（ⅱ）20′＜α＜2°
α是中段的收敛半角，即：
α=tan-1( (d2-d3)/(2(z2-z3)) )
（ⅲ）d0/d2＜0.2
（ⅳ）0.9d1＞d2
（ⅴ）0.9d2＞d3
送料道与一个基本上切向进入首段的通道相连通，送料道（外）壁的直径按照绕旋流器轴线每单位角度相同的径向递减量收敛，最好是绕轴线360°后收敛到首段的主直径d1。
送料道没必要位于与旋流器轴线垂直的平面上，而是偏移开垂直平面基本呈一螺旋的形状，在经过绕轴线超过360°以后（比如720°）送料道直径才收敛到d1。该旋流分离器仅使用一个单独的入口通道。这样可以方便装配且少占用空间，这在船和钻井平台上有极大的优点;此种安排也为其制造提供了方便。
上述的表达式 (πd2di)/(4Ai) 称为涡流系数S，它是对进入旋流器并已到达d2所在平面的流体的切向速度与轴向速度比值的一个较好推测（其中流体中分散有较轻的物相）。特别重要的是，为了产生理想的内部流场，以便在大约为1%这样一个较小的分离比下进行分离操作，整个中段的平均收敛半角应在20′到20之间，该半角小于1°较可取，而小于52′则更佳，但最好为30′。S值在3到12之间，以4到10比较可取，而在6到8之间则更佳。从在入口平面量取的直径d1到直径d2，这一段是旋流器中平均收敛最快的一段（具有最大的锥半角），该段平均收敛半角可在5°至45°之间。（入口平面垂直于旋流器的轴线，面积Ai的矩心在该平面上）。首段应使从入口进入的物料的动量矩在到达中段时基本守恒。
d3/d2值应小于0.75（小于0.7则更佳）并且大于0.25（大于0.3则更佳）。l3是下游末段的内部长度，l3/d3应至少是1，是5则更佳;一般情况下大约为10，但也可根据需要取得更大些，比如取40。为节省占用空间，希望把较重的物相的出口段做成略微弯曲的形状，有可能的话曲率半径取为50d3左右。旋流分离器的轴线有些弯曲是允许的。d1/d2值（分离比＝（通过轴向溢流口的流量）/（通过入口的流量）），可以在1 1/4 到3之间，d0/d2值最好取在0.008到0.15之间，有可能的话取在0.01到0.1之间，比如取在0.02到0.06之间。轴向溢流口处的压降不应过大，因此向溢流口处的“d0”部分的长度应尽可能地短。轴向溢流口应通过突变或平滑的过渡立刻达到“d0”直径，然后通过圆锥或台阶展宽。从入口平面到“d0”点的轴向距离最好小于4d2。d2的实际大小根据旋流器的工作情况和制造工艺的便利程度选取，比如可以在10到100毫米之间选取。
另一方面，根据本发明，至少首段或分离段或是这两者的旋流发生器的一部分是弯曲状的。比如旋流发生器可以：（1）是一条单调曲线形状的（没有拐点），在入口段一端最陡，而在出口一端的锥角趋向于零;（11）是一条有一个或多个拐点的曲线形状的，但其总体向下游的末段收敛，最好是绝不向下游末段离散。
本发明扩展了一种从较大体积的较重的物相中分离出较轻的物相的方法，该方法还包括如何把原始的物相输入到一个上述旋流分离器中，原始的物相的压力要比轴向溢流口处和末段的出口端处的压力高;实际情况中，一般出口段以外的压力要高于轴向溢口以外的压力。
该方法尤其注重从多于19份体积的水中（较重的物相）（比如多达99份体积的水）分离出1份体积的油（较轻的物相）。当由于漏油、海事，石油平台井喷或象油舱清洗和平台钻井这样的常规操作造成油田生产用水或海水被油污染时，就可施用本方法。为保持油的良好的分离，上游出口的流量与下游出口的流量的比率（也就是分离比）有一个最小值，该值由旋流器的几何形状确定（特别是d0/d2的值），旋流器最好在大于这个最小值的条件下运行，例如该最小值可通过由设置在旋流器外面的阀门或节流元件所提供的背压来控制。因此，本方法最好使分离比大于1 1/2 （d0/d2）2，而大于2（d0/d2）2则更佳。
该方法还可包括从原始的物相中清除气体的一个予先步骤，以便使输入物料中任何气体所占的体积不超过10%，比如不超过 1/2 %。
由于液体一般加热后会变得不太粘稠，比如水，它在50℃时的粘稠度大约是20℃时的一半，因此，在尽可能高的温度下使用本方法比较理想。本发明已进展到用上述方法生产产品（如浓缩油或净化水）的程度。
下面将参照附图举例对本发明进行描述，其中：
图1是沿本发明的旋流分离器的轴线方向剖开的简略剖面图;
图2是垂直于旋流分离器轴线的剖面图。附图中未标尺寸。
一个基本呈回转体形的首段1，它有一个螺旋的送料道8，送料道8的一种形式是渐开线状的，送料道8与在首段最宽处切向进入的通道9相连通。通道9的宽度（径向）是rv（max），送料道8的直径平滑地向入口段的主直径d1收敛;即rv从通道9进入旋流分离器的那一点起，经绕轴线360°后线性地减至零。这从图2可清楚地看到，图2是垂直于旋流分离器轴线的剖面图，其中旋流分离器的端壁11已剖去。中段2与首段1同轴并与其相邻接，中段的另一端通向下游的末段3，末段基本呈一圆筒并与中段同轴。末段3通向收集导管4。另一方面，送料道8可略向中段倾斜，以便赋予速度一个轴向的分量，在这种情况下，可将送料道8做成螺旋状的，送料道8的直径在送料道8回旋2周后减至主直径d1。
在首段1的一个端面上有一个轴向溢流口10，该端面在中段的另一侧。
在本发明的旋流分离器中，实际关系式如下：
d1/d2＝1.5
中段2的半锥度＝40′（图中T2）。
首段1的平均半锥度＝100（图中T1）。
通道9的轴向长度是li，li/d1＝1/2（更精确地说是30/57）。
l3/d3＝40
d0/d2＝0.04
因此本旋流器应该在分离比大于1 1/2 （0.04）2（即大于0.24%）的条件下运行。
其中：
分离比＝ (通过上游出口的流量)/(通过入口的流量)
对于首段的主直径d1，必须给螺旋形的入口附加上一个径向量γv，γv平滑地从9 1/2 毫米（最大）减至零。
(πd2(d1+rv(max)))/(4lirv(max))) =7
应注意，如前面所限定的，liγv（max）＝Ai，（d1+γv（max））＝di，上述表达式是本旋流器的涡流系数S0得出的平均锥度T1实际上是从一个圆角R1（半径为5毫米）弯向首段1的一个截锥体部分。
d2＝38毫米。这被认为是“旋流器的直径”，对于各种不同的用途，它可以取在10-100毫米范围内，比如取在15-60毫米范围内;若d2取得过大，为了维持有效的分离操作就需耗用很大的能量，而若取得太小，则雷诺数增大，引起不良作用并会产生过大的剪切应力。
旋流分离器的取向是任意的，并且无任何不良作用。
一般来说表面不平度会扰乱旋流器中流体理想的流型，因而端壁11应是平坦光滑的。为得到最佳性能，旋流器的所有内表面都应该是光滑的。然而，端壁11没必要是平面的，它可以是碟形的（或凸或凹）或有一个与出口10同心的环形小凸台，以帮助流体在靠近端壁和涡流的外缘处沿径向向内流动，从而使流体大至在向下游的方向上再循环以便进行再分离。出口10如图所示是一个圆柱形孔，但它的最小直径d0也可通过端壁11的光滑弯曲逐渐趋近的，出口10在通过最小直径d0以后扩散。最小直径也可由平放在端壁11上的一个孔板提供，该孔板上有一个直径为d0的中心孔，该孔直接通向一个与其相连的大孔，这样对大孔流体特性会有一些轻微的影响，虽然不严重，但对旋流器的运行也会是不利的。出口10向溢流方向扩散是较有利的，出口展宽扩散的半锥度可达100。这样，沿出口的压降就较小，根据使用者的要求为使较轻的物相的水液滴聚结，该压降必须与图示的圆柱孔的形状相一致。
为将油和水分离开（仍然是举例说明），油/水混合物通过送料道以70-110升/分的流量输入旋流器，混合物中任何气体所占体积限制在 1/2 %以下。当混合物温度为15.5℃时，它相当于在99.85份体积的净水中分散有0.15份体积的Forties油田的原油的油/水混合物。收敛角T1对轴线的平均角度为100，T1由一个圆角部分R1（半径为5毫米）和一个截锥体部分组成，入口段以收敛角T1向分离段延伸。换句话说，10°是理论上的正截锥体的锥度（半角），用T1表示。分散的物相维持其动量距不变旋入中段2，在中段的轴向涡流中，大部分油与水分离开，形成一个轴向油芯。
螺旋的水流加上残余的油进入末段。其中一些残余的油在末段3的轴向涡流中与水分离。净化的水通过导管4流出，导管4中可装设一些必要的节流元件，净化的水经收集后或送回海中或者再进一步净化，比如送入第二台相同的或类似的旋流器中或是送入一组并列的旋流器中。
通过阀门控制两个出口的流量本旋流器在大约0.9%的分离比下运行，夹带的油沿涡流轴线向溢流口轴向流动，流出的油可以收集起来运走、贮存或进行进一步分离，因为油中可能还含有一些水。在这种情况下，进一步的分离操作同样也包括使用第二台类似的或相同的旋流器。
当油滴的平均直径为70微米时，
分离效率＝1- (导管4中油的浓度)/(送料道8中油的浓度)
随着流量从70升/分升至110升/分，分离效率从0.955提高到0.966，因此建议为了获得较恒定或下降的分离效率，不应有明显的液滴分裂。对于已知的双切向入口旋流器，在100升/分的流量下，效率是衡定的。
当油滴平均直径较小，为50微米，流量为100升/分时，则所获得的效率为0.922（在已知的旋流器中为0.924）。其它特性如通过溢流口10的流量与通过导管4的流量的比，或送料道8与导管4之间的压降，都近似于已知的旋流器，即英国21023号说明书所描述的旋流器。
使用单独一个通道9，除具有装配、制造简单和节省空间等优点外，流量的调节控制也比多个入口容易;在通道中设置一个可调节的活动板或注液塞或活动门，通过改变通道的有效横截面积就可控制入口的流量，从而达到控制涡流系数S的目的。