2026空分精馏试题及答案

2026空分精馏试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.空气分离最常用的方法是（）A.吸附法B.膜分离法C.低温精馏法D.变压吸附法2.常压下，氧的沸点约为（）A.−B.−C.−D.−3.精馏塔操作中，增大回流比，通常会使（）A.所需理论塔板数减少B.产品纯度降低C.冷量消耗减少D.塔顶产量增加4.空分装置中，主换热器的主要作用是（）A.冷却压缩空气B.回收冷量，冷却原料空气C.蒸发液氧D.分离氧氮5.下列哪项不是空分装置典型的安全风险？（）A.氧气助燃B.氮气窒息C.液氧中乙炔积聚爆炸D.氩气泄漏导致中毒6.精馏塔内压力升高时，氧、氮组分的相对挥发度一般会（）A.增大B.减小C.不变D.无法判断7.空分装置启动冷却阶段的主要目的是（）A.去除水分和二氧化碳B.建立精馏工况C.提高产品纯度D.检查设备泄漏8.液空节流阀的主要作用是（）A.控制下塔液空液位B.调节进塔空气量C.控制上塔压力D.调节氧产量9.氧、氮分离的难易程度主要取决于两者的（）A.沸点差B.密度差C.溶解度差D.扩散系数差10.空分装置中，透平膨胀机的主要作用是（）A.压缩空气B.产生冷量C.加热气体D.分离杂质二、判断题（每题1分，共10分）1.氧气的沸点低于氮气。2.精馏塔回流比为零时，无法实现精馏操作。3.液氧中乙炔等碳氢化合物含量必须严格控制，以防爆炸。4.双级精馏塔中，下塔压力高于上塔压力。5.空气进入空分装置前，无需去除其中的水分和二氧化碳。6.增加透平膨胀机的膨胀量可以提高装置制冷量。7.空分上塔顶部产品为氧气，底部为液氮。8.回流比越大，精馏操作所需的冷量消耗越少。9.空分装置开车时应先进行冷却，再积液建立精馏工况。10.氮气窒息事故多发生在容器内作业前未进行气体分析。三、填空题（每空1分，共10分）1.常压下，氧的沸点为____​∘C，氮的沸点为____2.空分精馏系统的主要设备包括____、____和冷凝蒸发器等。3.液氧中乙炔含量应控制小于______ppm。4.回流比是指____与____的比值。5.空分装置常见的工艺流程有高压流程、中压流程和______流程。6.冷凝蒸发器是使____液化、____蒸发的换热设备。四、简答题（每题10分，共30分）1.简述空气分离的基本原理及低温精馏法的主要工艺步骤。2.空分精馏塔操作中，应重点控制哪些参数？它们对分离效果有何影响？3.简述液氧中碳氢化合物（特别是乙炔）积聚的危害及预防措施。五、计算题（每题15分，共30分）1.某空分装置处理空气量为10000 V产氧量：V答：每小时产氧量为1881标准立方米。解析：氧提取率=产品氧量/空气中氧量，由物料衡算直接求得。2.某双级精馏塔分离空气，进料为饱和液体，流量为100kmol/h。塔顶产品氮气纯度为99.9%（mol），塔底产品液氧纯度为99.5%（mol）。忽略氩等少量组分，氧气在塔顶产品中的摩尔分数为0.001，在塔底产品中的摩尔分数为0.995。试通过物料衡算求塔顶、塔底产品的流量。D氧组分物料衡算：0.001联立求解：由D=0.0010.10.994BD答：塔顶产品流量约为79.07kmol/h，塔底产品流量约为20.93kmol/h。解析：物料衡算以氧组分为基准，列出二元一次方程组求解。注意纯度单位需换算成摩尔分数后代入计算。参考答案与解析一、单项选择题1.答案：C解析：低温精馏法利用空气中各组分沸点差异，在低温下通过精馏分离，是工业上大规模制取氧、氮、氩的主要方法。2.答案：A解析：常压氧沸点为−183∘C3.答案：A解析：回流比增大，操作线远离平衡线，传质推动力增大，所需理论板数减少，但冷凝器、再沸器负荷增大，能耗增加。4.答案：B解析：主换热器利用产品气体和污氮的冷量，将正流空气冷却至接近液化温度，实现冷量回收。5.答案：D解析：氩气为惰性气体，无毒，但泄漏可造成窒息风险，并非中毒。6.答案：B解析：压力升高，组分沸点差变小，相对挥发度下降，分离难度增加，因此低压流程更利于氧氮分离。7.答案：A解析：启动冷却时，低温下水分和二氧化碳会冻结，堵塞换热器和精馏塔，故先进行干燥和净化。8.答案：A解析：液空节流阀用于控制下塔底部液空液位，并通过节流产生冷量，进入上塔进一步分离。9.答案：A解析：氧、氮沸点差约13∘10.答案：B解析：膨胀机使高压气体膨胀降压，对外做功，温度下降，是空分装置补充冷量的主要设备。二、判断题1.答案：错误解析：常压下氧的沸点为−183∘C2.答案：正确解析：回流是精馏的必要条件，无回流则塔内只有上升蒸气，无下降液体，不能实现气液传质和提纯。3.答案：正确4.答案：正确解析：下塔为高压塔，压力约0.5∼0.6 5.答案：错误解析：水分和二氧化碳在低温下会结冰堵塞设备，必须通过分子筛等设备预先净除。6.答案：正确解析：制冷量近似与膨胀气体量成正比，增加膨胀量可补充更多冷量。7.答案：错误解析：上塔顶部产品为氮气（或氮气馏分），底部为液氧，氧气从底部附近抽出。8.答案：错误解析：回流比增大，塔顶冷凝器热负荷增大，需要更多冷量冷凝上升蒸气，因此冷量消耗增大。9.答案：正确10.答案：正确三、填空题1.答案：-183；-1962.答案：上塔；下塔3.答案：0.14.答案：回流量（回流液体量）；塔顶产品量（馏出液量）5.答案：低压（全低压）6.答案：氮气；液氧解析：下塔顶部氮气被冷凝成液氮，上塔底部液氧被蒸发为氧气，实现冷量传递和精馏条件。四、简答题1.答案：空气分离的基本原理是利用空气中各组分沸点不同，通过液化、精馏进行分离。低温精馏法的主要工艺步骤包括：(1)空气过滤与压缩：去除机械杂质，压缩至所需压力；(2)预冷与净化：去除水分和二氧化碳等杂质；(3)换热冷却：在主换热器中被返流气体冷却至接近液化温度；(4)精馏分离：在下塔和上塔中进行气液传质，得到氧、氮产品；(5)产品复热送出：产品气体回收冷量后复热至常温送出。2.答案：主要控制参数包括：(1)下塔与上塔压力：压力影响沸点和气液相平衡，压力升高相对挥发度下降，分离难度增加；(2)回流比：增大回流比提高产品纯度，但增加冷量消耗；(3)液空液位：液位过高或过低均影响传质效率和塔板操作；(4)产品纯度：通过调节回流比、采出量等控制氧、氮纯度；(5)进料量与进料状态：进料量波动会破坏塔内平衡，进料状态影响操作线位置。3.答案：危害：乙炔在液氧中的溶解度很低，容易析出固体颗粒，在摩擦、撞击或静电作用下可能引发爆炸。此外，其他碳氢化合物积聚也会增