化工氣體分離技術考試題庫及答案一、單選題（共10題，每題2分）1.下列哪種氣體分離方法主要基于氣體分子大小差異？A.吸附分離B.膜分離C.蒸餾分離D.混合冷凝2.真空膜分離適用于處理哪種類型的氣體混合物？A.高濃度惰性氣體B.低濃度易燃氣體C.高壓氣體混合物D.極低分子量氣體3.在低溫精餾中，為什么需要采用多級精餾？A.提高分離效率B.降低能耗C.增加設備投資D.減少操作難度4.常用于分離CO?和N?的吸附劑是？A.活性炭B.分子篩C.硅膠D.氧化鋁5.膜分離過程中，氣體滲透通量與下列哪個因素成正比？A.膜厚度B.膜孔徑C.分子擴散系數(shù)D.氣體分壓差6.下列哪種分離方法對設備腐蝕性要求最高？A.吸附分離B.膜分離C.低溫精餾D.變壓吸附7.混合冷凝適用于分離哪種類型的氣體？A.沸點相近的氣體B.沸點差異較大的氣體C.極易液化的氣體D.高溫氣體8.變壓吸附循環(huán)中，減壓階段的主要目的是？A.吸附更多氣體B.揮發(fā)吸附質C.增加膜滲透性D.降低系統(tǒng)壓力9.等溫吸附過程中，吸附量與下列哪個因素呈負相關？A.溫度B.壓力C.活性位點數(shù)量D.氣體濃度10.低溫精餾塔板效率低于常規(guī)精餾的原因是？A.氣體流速高B.液體粘度大C.氣液接觸時間短D.氣體分子量小二、多選題（共5題，每題3分）1.吸附分離的優(yōu)點包括：A.分離效率高B.能耗低C.操作溫度寬D.可逆吸附E.設備投資大2.膜分離過程中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象：A.滲透現(xiàn)象B.液化現(xiàn)象C.傳質現(xiàn)象D.膜污染E.膜破損3.低溫精餾設備需要考慮的因素：A.材料低溫強度B.熱量回收效率C.蒸汽壓控制D.塔板結構E.循環(huán)壓縮機功率4.變壓吸附工藝中常見的吸附劑：A.活性炭B.分子篩C.氧化鋁D.沸石E.活性氧化鎂5.混合冷凝的局限性：A.對壓力敏感B.分離選擇性差C.需要低溫設備D.容易產生過冷E.適用于所有氣體混合物三、判斷題（共10題，每題1分）1.膜分離過程中，氣體分子越大滲透速率越快。（×）2.吸附分離屬于物理變化過程。（√）3.低溫精餾適用于分離沸點差異小于10℃的氣體。（×）4.變壓吸附循環(huán)中，吸附階段通常在低壓下進行。（×）5.混合冷凝可以完全分離所有氣體混合物。（×）6.分子篩對水分子吸附能力比CO?強。（×）7.膜分離過程中容易發(fā)生膜污染問題。（√）8.低溫精餾塔板數(shù)通常比常規(guī)精餾塔少。（√）9.吸附劑的比表面積越大吸附容量越高。（√）10.混合冷凝適用于分離C?H?和C?H?的混合物。（×）四、簡答題（共5題，每題5分）1.簡述吸附分離的基本原理及其主要影響因素。答：吸附分離基于固體吸附劑表面與氣體分子間的相互作用，使不同氣體分子在吸附劑表面富集。主要影響因素包括：吸附劑性質（比表面積、孔徑分布）、氣體性質（分子量、極性）、溫度、壓力和接觸時間。2.比較膜分離與吸附分離的優(yōu)缺點。答：膜分離優(yōu)點：連續(xù)操作、能耗低、無相變；缺點：膜污染、選擇性有限。吸附分離優(yōu)點：分離效率高、可逆性好；缺點：間歇操作、吸附劑再生能耗高。3.低溫精餾分離氣體的基本原理是什么？為什么需要多級精餾？答：低溫精餾基于不同氣體在低溫下的飽和蒸汽壓差異，通過逐級降溫實現(xiàn)分離。多級精餾可以降低級間溫差，提高分離效率，減少能耗。4.變壓吸附循環(huán)過程主要包括哪些步驟？各步驟的作用是什么？答：主要步驟：高壓吸附、常壓解吸、減壓再生。高壓吸附使目標氣體富集；常壓解吸去除吸附質；減壓再生恢復吸附劑活性。5.混合冷凝分離氣體的局限性是什么？如何改進？答：局限性：選擇性差、對壓力敏感。改進方法：采用共凝劑、優(yōu)化操作溫度、增加冷凝級數(shù)。五、計算題（共3題，每題10分）1.某吸附塔內徑1m，高5m，填充床層高度1m，吸附劑粒徑3mm，床層空隙率0.4。若處理空氣（流量100m3/h，溫度25℃），吸附劑對O?的吸附容量為10mol/m3，計算吸附塔的空時容量（空速為1.5h?1）。解：空時容量=吸附容量×床層體積×空隙率=10mol/m3×(π×0.52×1m)×0.4=3.14mol/h實際空速處理量=100m3/h×1.5h?1=150mol/h吸附負荷=3.14mol/h÷150mol/h≈0.021結論：吸附塔可處理約21%的O?。2.某低溫精餾塔處理甲烷-乙烷混合物（初始組成20%乙烷），塔頂溫度-160℃，塔底溫度-120℃。若回流比2:1，塔板數(shù)10塊，計算乙烷在塔頂?shù)幕厥章?。解：采用簡化的Fenske-Underwood-Gilliland（FUG）方法估算：Nmin=log[(1-xD)/(1-xB)]/log(αAB)αAB=P?/P?=27.6/19.4=1.42Nmin=log[(1-0.2)/(1-0.8)]/log(1.42)≈2.7塔頂回收率=1-(xL/xF)=1-(0.8/0.2)=0.6結論：乙烷回收率約60%。3.變壓吸附循環(huán)中，某分子篩吸附CO?容量為15mol/kg，CO?入口濃度50%，流量100mol/h。若吸附壓力5atm，解吸壓力1atm，吸附時間10min，計算吸附劑用量和CO?回收率。解：吸附劑用量=總CO?量÷吸附容量=(100mol/h×10/60h×0.5)÷15mol/kg=0.56kg解吸階段CO?釋放量=0.56kg×15mol/kg×0.5=4.2mol回收率=(100mol/h×10/60h×0.5-4.2mol)÷(100mol/h×10/60h×0.5)=78%結論：吸附劑用量0.56kg，CO?回收率78%。答案與解析單選題答案1.B2.D3.A4.B5.D6.C7.A8.B9.A10.B多選題答案1.ABC2.ACDE3.ABC4.BCD5.ABCD判斷題答案1.×2.√3.×4.×5.×6.×7.√8.√9.√10.×簡答題解析1.吸附分離基于氣體分子與吸附劑表面作用力差異。影響因素：吸附劑比表面積（越大越好）、孔徑分布（匹配分子尺寸）、表面能、氣體分子極性與分子量（極性分子易吸附）、溫度（低溫有利于吸附）、壓力（高壓有利于吸附）、接觸時間。吸附過程是可逆的，可通過改變條件（如減壓、升溫）使吸附質脫附。2.膜分離優(yōu)點：連續(xù)操作、能耗低（主要能耗在泵和壓縮機）、無相變、可處理混合物、設備緊湊。缺點：膜污染（有機物、微粒堵塞）、選擇性有限（通常對壓力敏感）、膜材料易老化、需要高壓設備（氣體分離）。吸附分離優(yōu)點：分離效率高（可選擇性吸附特定分子）、可處理高濃度氣體、吸附劑可重復使用。缺點：間歇操作（吸附-解吸循環(huán)）、吸附劑再生能耗高、設備投資大、易受溫度變化影響。3.低溫精餾原理：利用不同氣體在低溫下飽和蒸汽壓差異，通過逐級降低溫度使高壓蒸汽冷凝分離。多級精餾通過建立多段溫度梯度，使各組分在塔內不同高度冷凝，提高分離效率。級間溫差過大會導致傳質不均，溫差過小則能耗增加。4.變壓吸附循環(huán)：高壓吸附（目標氣體在高壓下富集于吸附劑）、常壓解吸（低壓釋放吸附質）、減壓再生（恢復吸附劑活性）。各步驟作用：高壓吸附確保目標氣體有效富集；常壓解吸去除大部分吸附質，提高吸附劑利用率；減壓再生使吸附劑恢復初始狀態(tài)，可循環(huán)使用。5.混合冷凝局限性：選擇性差（沸點相近氣體難以分離）、對壓力敏感（壓力波動影響冷凝平衡）、設備復雜、操作溫度要求苛刻。改進方法：添加共凝劑（如冷凝劑）提高選擇性；優(yōu)化操作壓力和溫度；增加冷凝級數(shù)；采用多級冷凝系統(tǒng)。計算題解析1.吸附塔設計計算：空時容量計算基于吸附劑有效體積和吸附容量。實際應用中需考慮傳質效率、床層膨脹等因素。此題簡化假設下，塔可處理約21%的O?，實際應用需提高空隙率或增加