隨著催化裂化原料油質量的增加和變質，對催化三旋性能的要求越來越高。因此，在施明賢的指導下，研究團隊開發了更新的PDC和PSC高效旋風管，將三重旋流器的性能提升到了壹個新的高度。在洛陽石油化工總廠1994首次使用時，表現出優異的性能。三級旋風分離器出口的高溫煙氣中基本沒有大於7 ~ 8微米的細顆粒，粉塵濃度降至100mg/m3以下。1995後得到廣泛推廣應用，至今已推廣1000余套。該技術獲中國石化集團公司科技進步三等獎1996，教育部科技進步二等獎1999。
雖然旋風分離技術是壹種通用的傳統技術，已有100年的歷史，但它看起來結構簡單。但由於三維流動及其內部氣固兩相分離的復雜性和多變性，目前尚未形成壹套通用的、成熟的設計理論和方法，尤其是在高溫、高濃度下，難度更大。所有國家都必須建立基於經驗的專有安全技術。
我國煉油工業的主要設備催化裂化裝置自1964問世以來，有了創造性的發展，但關系到裝置物耗和能耗的關鍵設備之壹的高溫旋風分離器壹直困擾著人們。沒有自己的設計技術，只會簡單使用，導致機組長期高消耗。
國外通常的做法是改進旋風分離器的結構以提高其性能。但在高溫高濃度下，在結構盡可能簡單的前提下，提高其性能是個大問題。經過多年的理論研究和對多相旋風分離器的實驗總結分析，施明賢認為解決問題的途徑可能在於“維度的優化組合”。他在認真研究旋風分離器內流場和濃度場變化規律的基礎上，首次提出了旋風分離器存在三個薄弱環節的新觀點:頂灰環、短路流和灰鬥返混， 並從理論和實踐上總結了旋風分離器尺寸和操作條件對這些薄弱環節的影響規律，從而創立了全新的“旋風分離器尺寸分級優化組合設計方法”並編制了工程設計計算軟件。 在鑒定會上，被壹致認為是“國內外首創”。自此，中國首次擁有了自己的“催化裂化高溫旋風分離器設計技術”。用其設計的PV型高效旋風分離器在短短八年內被國內幾乎所有煉油廠采用，徹底解決了催化裂化裝置的這壹難題，促進了中國獨有的壹整套國產催化裂化技術的形成。該技術獲中國石油化工集團公司科技進步壹等獎1990，國家科技進步二等獎1991。截至目前，已推廣應用光伏高效旋風分離器1，000余臺，每年為國家節約資金約1.5億元。
丙烯腈生產技術長期被國外大公司的專利壟斷，價格特別高。為此，中國花費了大量外匯。為了打破這種壟斷，中國石化付出了艱辛的努力，在其核心問題——催化劑和反應器技術上取得了重大突破，但反應器中的三級旋風分離器壹直沒有解決。1996，中國石化把這個任務交給了施明賢。他憑借自己在旋風分離方面的深厚技術功底，指導青年教師。在不到壹年的時間裏，他從理論計算和大型對比試驗兩個方面證明了他們的PV旋風分離器在性能上略優於國外同類產品。然後又花了壹年時間，開發出了世界上獨壹無二的“丙烯腈串聯兩級旋風分離技術”。
當時美國只比他們早兩年宣布開發兩級串聯新技術，但是壹大串兩小，每組還是三個，占用的反應堆空間也沒有減少太多。而施明賢的科研團隊開發了壹串壹個，每組只有兩個，可以減少30%的占用空間。這意味著當壹臺反應器需要增產30%時，將不受旋風分離器的限制，為丙烯腈裝置的擴能增效創造了非常有利的條件。這壹成果已在周年、高橋、齊魯等石化裝置得到驗證，非常昂貴的催化劑用量明顯下降。
催化裂化裝置是煉油生產的主力軍，提升管-沈降器系統是其心臟。它包含了許多技術問題，其中壹個人們非常關心的問題是如何在提升管出口實現快速高效的氣固分離、快速油氣提取和高效的催化劑汽提。施明賢帶領的科研團隊看到了生產的需要，從1995開始，連續三年研發出三套擁有自己專利的新技術:折流汽提粗紡(簡稱FSC)、旋流快分(簡稱VQS)、循環汽提快分(簡稱CSC)。前兩項技術已在生產廠成功應用，產投比接近10，產生了顯著的經濟效益。而且他們在“全大慶減渣催化裂化”新工藝中發揮了非常重要的作用，在與國外大公司的激烈競爭中贏得了寶貴的壹席之地。
煤的清潔高效燃燒發電，是國際上發展起來的高新技術，也是我國21世紀重點科技項目之壹。其中，增壓流化床燃燒聯合循環發電(PFBC)和整體煤氣化聯合循環發電(IGCC)是兩個主要方向，兩者都迫切需要可靠高效的高溫氣固分離設備。這是壹項非常艱巨的任務，到目前為止還沒有壹個國家完全通過考驗。20世紀80年代中期，施明賢帶領研究團隊參與了東南大學牽頭的PFBC技術研究。根據國情，他們計劃分兩個階段進行。第壹階段去除7 ~ 8個微米細顆粒物，粉塵濃度在150mg/Nm3以下。1993年，DTC型小型多管高效旋風分離器研制成功，小型熱模試驗證明該指標可以達到。然後在徐州賈汪煤礦建設了15Mwe中試電站。第二階段是攻克高溫陶瓷過濾器，研究團隊潛心研發全新的強力高效脈沖反吹清灰系統。