本发明涉及一种挥发性有机废气分离装置，包括双层外壁结构的通气外壳，通气外壳在其轴向上开设有能够同时分离挥发性多相抽提液和半挥发性多相抽提液中的有机废气的分离单元，分离单元中的一个或多个组件选择性工作以对多相抽提液进行软化预处理、加热曝气和二次分离中的至少一项，并以多种路径定向地分离有机废气，分离单元以检测多相抽提液的温度和有机废气浓度的方式来控制多个组件的选择性工作和曝气的曝气量，以调节多相抽提液的温度。本发明的适用范围更广，能够分离的挥发性有机物种类更全面，同时也具有较高的挥发性物质分离效率。本发明有利于生态环境保护，及生态环境和经济的可持续性发展。