空分知识竞赛题目及答案解析

空分知识竞赛题目及答案解析

一、单选题（每题2分，共20分）

1.空气分离的原理是基于不同气体的（）（2分）A.沸点B.密度C.化学性质D.电离能【答案】A【解析】空气分离主要利用不同气体组分的沸点差异，通过低温分馏技术实现分离

2.制取液氧常用的低温分离技术是（）（2分）A.吸附分离B.精馏分离C.膜分离D.变压吸附【答案】B【解析】液氧制取主要采用低温精馏技术，利用氧气和氮气沸点差异进行分离

3.空气分离装置中，分子筛主要用于（）（2分）A.氧气提纯B.氮气提纯C.氢气提纯D.空气干燥【答案】D【解析】分子筛能有效吸附空气中的水蒸气，用于空气干燥

4.氧气在标准状况下的沸点是（）（2分）A.-183℃B.-196℃C.-253℃D.-90℃【答案】B【解析】氧气在标准大气压下的沸点为-196℃

5.空气中含量最多的气体是（）（2分）A.氧气B.氮气C.氢气D.二氧化碳【答案】B【解析】空气中氮气含量约占78%，是含量最多的气体

6.空气分离制氮过程中，氮气纯度通常达到（）（2分）A.90%B.95%C.99%D.

99.9%【答案】C【解析】工业制氮纯度一般可达99%左右

7.空气分离装置的能耗主要取决于（）（2分）A.进气压力B.进气温度C.分离精度D.冷却效果【答案】C【解析】分离精度要求越高，所需能耗越大

8.液氮在常温常压下（）（2分）A.保持液态B.沸腾汽化C.固化D.挥发【答案】B【解析】液氮在常温常压下沸点为-196℃，会沸腾汽化

9.空气分离过程中，氧氮分离塔通常采用（）（2分）A.逆流操作B.并流操作C.循环操作D.间歇操作【答案】A【解析】氧氮分离塔采用逆流操作以提高分离效率

10.空气分离制氧过程中，氧气纯度通常达到（）（2分）A.90%B.95%C.98%D.

99.5%【答案】D【解析】工业制氧纯度一般可达

99.5%左右

二、多选题（每题4分，共20分）

1.空气分离装置的主要组成部分包括（）（4分）A.压缩机B.冷冻机C.分离塔D.冷凝器E.气液分离器【答案】A、C、E【解析】空气分离装置主要包含压缩机、分离塔和气液分离器，冷冻机和冷凝器属于辅助设备

2.影响空气分离效果的因素有（）（4分）A.进气纯度B.分离温度C.分离压力D.分离塔高度E.操作流量【答案】A、B、C、D、E【解析】所有选项都会影响空气分离效果，进气纯度、分离温度、分离压力、分离塔高度和操作流量都是关键因素

3.空气分离制取的气体包括（）（4分）A.氧气B.氮气C.氢气D.氦气E.稀有气体【答案】A、B、E【解析】空气分离主要制取氧气、氮气和稀有气体，氢气和氦气不属于空气主要成分

4.空气分离装置的操作要点包括（）（4分）A.温度控制B.压力控制C.流量控制D.润滑油更换E.设备清洗【答案】A、B、C【解析】温度、压力和流量是空气分离装置的关键操作参数，润滑油更换和设备清洗属于维护工作

5.空气分离技术的应用领域包括（）（4分）A.食品包装B.医疗供氧C.深冷液化D.焊接保护气E.气体分析【答案】B、C、D【解析】空气分离技术广泛应用于医疗供氧、深冷液化和焊接保护气等领域，食品包装和气体分析不是主要应用

三、填空题（每题4分，共20分）

1.空气分离过程中，氧气和氮气的沸点分别为______℃和______℃（4分）【答案】-183；-

1962.空气分离装置的能耗主要来自于______和______环节（4分）【答案】气体压缩；低温冷却

3.空气分离制氮过程中，常用的分离方法是______分离法（4分）【答案】低温精馏

4.空气分离制氧过程中，氧气提纯通常采用______吸附技术（4分）【答案】变压吸附

5.空气分离装置的安全操作要求包括______、______和______（4分）【答案】压力监控；温度控制；泄漏检测

四、判断题（每题2分，共10分）

1.空气分离过程中，氮气在分离塔中从下往上流动（）（2分）【答案】（×）【解析】在分离塔中，氮气是从上往下流动的

2.空气分离制氧过程中，氧气纯度越高，能耗越大（）（2分）【答案】（√）【解析】提高氧气纯度需要更低的温度和更高的能耗

3.空气分离装置的进气温越高，分离效果越好（）（2分）【答案】（×）【解析】进气温越高，分离难度越大，分离效果越差

4.空气分离制氮过程中，氮气提纯通常采用膜分离技术（）（2分）【答案】（×）【解析】氮气提纯主要采用低温精馏技术，膜分离技术更多用于气体分离

5.空气分离装置运行过程中，分离塔的温度波动会影响分离效果（）（2分）【答案】（√）【解析】分离塔温度波动会导致分离效率下降，影响分离效果

五、简答题（每题5分，共15分）

1.简述空气分离的基本原理（5分）【答案】空气分离的基本原理是利用不同气体组分的沸点差异，通过低温分馏技术实现分离首先将空气压缩并冷却至液态，然后在分离塔中通过控制温度梯度，使氧气和氮气在不同温度下汽化分离，最终得到高纯度的氧气和氮气

2.空气分离装置的主要安全操作要点有哪些？（5分）【答案】空气分离装置的主要安全操作要点包括

①压力监控，确保设备运行在额定压力范围内；

②温度控制，防止设备过冷或过热；

③泄漏检测，定期检查设备密封性；

④气体纯度检测，确保输出气体符合标准；

⑤操作人员培训，确保操作人员熟悉设备操作规程；

⑥应急预案，制定设备故障和紧急情况的处理方案

3.空气分离技术在工业中有哪些主要应用？（5分）【答案】空气分离技术在工业中有以下主要应用

①医疗供氧，为医院和医疗机构提供高纯度氧气；

②深冷液化，制取液氧、液氮等低温液体，用于深冷设备和低温工程；

③焊接保护气，为焊接工艺提供惰性气体保护；

④食品包装，用于食品保鲜和气调包装；

⑤电子工业，提供高纯度气体用于半导体制造；

⑥化工行业，用于合成氨、甲醇等化工产品的原料气

六、分析题（每题10分，共20分）

1.分析影响空气分离装置分离效率的主要因素及其解决方法（10分）【答案】影响空气分离装置分离效率的主要因素包括

①进气纯度，杂质会降低分离效率；

②分离温度，温度控制不当会影响分离效果；

③分离压力，压力过高会增加能耗；

④分离塔设计，塔高度和结构影响分离效率；

⑤操作流量，流量过大或过小都会影响分离效果解决方法包括

①提高进气纯度，采用预处理设备去除杂质；

②精确控制分离温度，采用先进的温度控制系统；

③优化分离压力，在保证效率的前提下降低压力；

④改进分离塔设计，提高塔效率和分离精度；

⑤合理控制操作流量，在最佳流量范围内运行

2.比较空气分离制氧和制氮技术的异同点（10分）【答案】空气分离制氧和制氮技术的异同点如下相同点

①基本原理相同，都利用低温精馏技术实现气体分离；

②主要设备相同，都包含压缩机、冷却器、分离塔等设备；

③操作条件相似，都需要控制温度、压力等参数不同点

①分离目标不同，制氧追求高纯度氧气，制氮追求高纯度氮气；

②分离温度不同，制氧温度要求更低；

③提纯方法不同，制氧通常采用变压吸附技术，制氮主要依靠低温精馏；

④应用领域不同，制氧主要用于医疗和化工行业，制氮主要用于食品包装和焊接保护气

七、综合应用题（每题25分，共50分）

1.某空气分离装置设计产能为1000m³/h，分离塔高度为15m，操作压力为

1.5MPa，进气温度为-20℃，分离温度为-196℃和-183℃，试分析该装置的运行参数是否合理，并提出优化建议（25分）【答案】该空气分离装置的运行参数基本合理，但仍有优化空间分析如下

①操作压力

1.5MPa属于正常范围，可以保证分离效率；

②分离塔高度15m基本满足分离需求，但可以通过优化塔内结构提高效率；

③进气温度为-20℃有利于分离，但可以进一步降低进气温度以提高效率；

④分离温度-196℃（氮气）和-183℃（氧气）符合要求，但可以通过优化制冷系统进一步降低温度；

⑤产能1000m³/h满足一般需求，但可以根据实际需求调整优化建议

①优化分离塔结构，提高塔效率；

②降低进气温度，提高分离效率；

③优化制冷系统，降低分离温度；

④根据实际需求调整产能；

⑤加强设备维护，保证运行稳定

2.设计一套小型空气分离装置，要求制氧纯度为95%，制氮纯度为99%，设备占地面积不超过10m²，试简述设计思路和主要设备配置（25分）【答案】设计思路采用小型级联式空气分离装置，通过两级压缩、两级冷却、两级分离实现高效分离主要设备配置

①压缩机采用螺杆式压缩机，额定流量1000m³/h，出口压力

1.0MPa；

②冷却系统采用级联式制冷机组，制冷能力满足分离温度要求；

③分离塔采用两级分离塔，塔高8m，塔径1m，内装填料；

④提纯系统采用变压吸附技术提纯氧气，采用膜分离技术提纯氮气；

⑤控制系统采用PLC控制系统，实现自动化运行；

⑥辅助设备包括气体缓冲罐、安全阀、压力表等占地面积控制在10m²以内，通过优化设备布局和紧凑设计实现。