本实用新型公开了一种非均相液液分离装置，包括：分离罐，分离罐的两端分别设有液体入口与主要相出口，沿着液体的流动方向，分离罐内依次设有孔板式分布器、纤维床与分层板组；分层板组包括至少10层折板层，每层折板层包括若干折板，每层折板层的若干折板垂直于液体的流动方向均匀排布，折板由相互连接的第一折板与第二折板构成；重相筒体，重相筒体与分离罐的内部连通，重相筒体远离分离罐的一端开设有重相出口，沿着竖直方向，重相筒体上开设有上重相视镜与下重相视镜。本实用新型将纤维床的较高分离精度与分层板组的分离效率高、占地面积少的优点进行综合，缩小设备尺寸并提高了分离效果。先通过孔板式分布器进行分层，进一步提高分离效率。