氣體深冷操作工考試題庫匯總(附答案)一、選擇題1.深冷空分裝置中，空氣預(yù)冷系統(tǒng)的主要作用是（）。A.降低空氣溫度，減少水分含量B.提高空氣壓力C.增加空氣含氧量D.去除空氣中的灰塵答案：A?？諝忸A(yù)冷系統(tǒng)通過冷卻空氣，使其中的水分部分冷凝析出，從而降低空氣溫度并減少水分含量，為后續(xù)的凈化和精餾過程創(chuàng)造有利條件。提高空氣壓力一般由壓縮機(jī)完成；增加空氣含氧量是精餾系統(tǒng)的任務(wù)；去除空氣中的灰塵主要依靠過濾器。2.下列哪種氣體在深冷空分中屬于難冷凝組分（）。A.氧氣B.氮?dú)釩.氬氣D.氦氣答案：D。在深冷空分過程中，氦氣的沸點(diǎn)極低，相比氧氣、氮?dú)夂蜌鍤?，它更難冷凝。氧氣沸點(diǎn)約183℃，氮?dú)夥悬c(diǎn)約196℃，氬氣沸點(diǎn)約185.7℃，而氦氣沸點(diǎn)約268.9℃。3.膨脹機(jī)的主要作用是（）。A.提高氣體壓力B.降低氣體溫度并產(chǎn)生冷量C.分離氣體組分D.壓縮氣體答案：B。膨脹機(jī)是深冷裝置中獲取冷量的關(guān)鍵設(shè)備，氣體在膨脹機(jī)內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹，對外做功，從而降低自身溫度并產(chǎn)生冷量。提高氣體壓力是壓縮機(jī)的功能；分離氣體組分主要依靠精餾塔；壓縮氣體也是壓縮機(jī)的工作。4.分子篩吸附器的再生方式通常是（）。A.加熱再生B.減壓再生C.加熱減壓再生D.冷卻再生答案：C。分子篩吸附器在吸附一定量的雜質(zhì)后需要再生。一般先通過加熱的方式，使吸附在分子篩上的雜質(zhì)解吸，然后再進(jìn)行減壓操作，進(jìn)一步將解吸出的雜質(zhì)排出，以恢復(fù)分子篩的吸附能力。單純的加熱或減壓再生效果不如兩者結(jié)合。冷卻再生不符合分子篩再生的原理。5.深冷空分裝置中，精餾塔內(nèi)的氣液接觸方式是（）。A.逆流接觸B.并流接觸C.錯流接觸D.以上都不是答案：A。在精餾塔內(nèi)，上升的蒸汽和下降的液體呈逆流接觸，這種接觸方式有利于氣液之間的傳質(zhì)和傳熱，使易揮發(fā)組分不斷從液相轉(zhuǎn)移到氣相，難揮發(fā)組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相，從而實(shí)現(xiàn)混合物的分離。并流接觸不利于分離效果；錯流接觸一般不用于精餾塔內(nèi)的氣液接觸。二、判斷題1.深冷空分裝置開車前，必須對整個系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的氣密性檢查。（）答案：正確。氣密性檢查是深冷空分裝置開車前的重要環(huán)節(jié)。如果系統(tǒng)存在泄漏，不僅會導(dǎo)致冷量損失，影響裝置的制冷效率和產(chǎn)品純度，還可能引發(fā)安全事故，如低溫液體泄漏可能導(dǎo)致人員凍傷，可燃?xì)怏w泄漏可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸。2.膨脹機(jī)在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速越高越好。（）答案：錯誤。膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速有其合理的運(yùn)行范圍，并非越高越好。轉(zhuǎn)速過高可能會導(dǎo)致膨脹機(jī)的軸承磨損加劇、振動增大，甚至可能引發(fā)設(shè)備故障。同時，過高的轉(zhuǎn)速還可能影響膨脹機(jī)的效率和可靠性。必須根據(jù)膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際工況，將轉(zhuǎn)速控制在合適的范圍內(nèi)。3.分子篩吸附器對二氧化碳和水分有很好的吸附效果，但對乙炔等碳?xì)浠衔锏奈叫Ч^差。（）答案：錯誤。分子篩吸附器對二氧化碳、水分和乙炔等碳?xì)浠衔锒加辛己玫奈叫ЧＫ軌蛴行У厝コ諝庵械倪@些雜質(zhì)，防止它們在低溫設(shè)備中凍結(jié)或積聚，從而保證深冷空分裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.在深冷空分裝置中，液氧的排放可以隨意進(jìn)行。（）答案：錯誤。液氧是一種強(qiáng)氧化劑，且具有極低的溫度。隨意排放液氧可能會導(dǎo)致周圍環(huán)境溫度急劇下降，對人員和設(shè)備造成危害。同時，在排放過程中，如果液氧與可燃物質(zhì)接觸，可能會引發(fā)劇烈的燃燒甚至爆炸。因此，液氧的排放必須按照嚴(yán)格的操作規(guī)程進(jìn)行。5.精餾塔的塔板效率越高，分離效果越好。（）答案：正確。塔板效率反映了精餾塔內(nèi)氣液傳質(zhì)的實(shí)際效果與理想情況的接近程度。塔板效率越高，說明氣液在塔板上的傳質(zhì)越充分，易揮發(fā)組分和難揮發(fā)組分的分離越徹底，從而使精餾塔的分離效果越好。三、簡答題1.簡述深冷空分裝置的基本工藝流程。答：深冷空分裝置的基本工藝流程主要包括以下幾個步驟：空氣過濾與壓縮：原料空氣首先通過過濾器去除其中的灰塵等機(jī)械雜質(zhì)，然后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，提高空氣壓力?？諝忸A(yù)冷：壓縮后的空氣進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)，通過冷卻介質(zhì)（通常是水）將空氣溫度降低，同時使部分水分冷凝析出，減少空氣的水分含量。空氣凈化：預(yù)冷后的空氣進(jìn)入分子篩吸附器，去除其中的二氧化碳、水分和乙炔等碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)，防止這些雜質(zhì)在低溫設(shè)備中凍結(jié)或積聚。換熱與制冷：凈化后的空氣進(jìn)入主換熱器，與返流的低溫氣體進(jìn)行熱交換，被冷卻到接近液化溫度。同時，部分空氣進(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)行絕熱膨脹，對外做功，降低溫度并產(chǎn)生冷量，為裝置提供制冷量。精餾分離：冷卻后的空氣進(jìn)入精餾塔，在精餾塔內(nèi)，利用各組分沸點(diǎn)的差異，通過氣液逆流接觸進(jìn)行多次傳質(zhì)和傳熱，實(shí)現(xiàn)氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾冉M分的分離。產(chǎn)品收集與儲存：分離得到的氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾犬a(chǎn)品，經(jīng)過進(jìn)一步的提純和調(diào)節(jié)參數(shù)后，分別進(jìn)行收集和儲存，以備后續(xù)使用。2.膨脹機(jī)運(yùn)行過程中需要注意哪些事項(xiàng)？答：膨脹機(jī)運(yùn)行過程中需要注意以下事項(xiàng)：啟動前檢查：檢查設(shè)備的潤滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)等是否正常，確保各連接部位牢固，無泄漏現(xiàn)象。同時，檢查膨脹機(jī)的進(jìn)出口閥門是否處于正確的開啟或關(guān)閉狀態(tài)?？刂妻D(zhuǎn)速：嚴(yán)格控制膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速在規(guī)定的范圍內(nèi)，避免轉(zhuǎn)速過高或過低。過高的轉(zhuǎn)速可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，過低的轉(zhuǎn)速則會影響制冷效果。監(jiān)測參數(shù)：密切監(jiān)測膨脹機(jī)的進(jìn)出口壓力、溫度、流量等參數(shù)，以及振動、噪音等運(yùn)行狀態(tài)。如發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常或有異常振動、噪音，應(yīng)及時分析原因并采取相應(yīng)措施。防止帶液：確保進(jìn)入膨脹機(jī)的氣體中不含液體，否則會對膨脹機(jī)的葉輪等部件造成損壞?？梢酝ㄟ^設(shè)置氣液分離器等設(shè)備來防止帶液現(xiàn)象的發(fā)生。潤滑與密封：保證潤滑系統(tǒng)和密封系統(tǒng)的正常運(yùn)行，定期檢查潤滑油的油位、油溫、油壓等參數(shù)，及時補(bǔ)充或更換潤滑油。同時，檢查密封件的密封效果，防止泄漏。停車操作：停車時要按照操作規(guī)程逐步進(jìn)行，先降低負(fù)荷，然后關(guān)閉進(jìn)出口閥門，最后停止驅(qū)動設(shè)備。停車后要對設(shè)備進(jìn)行必要的維護(hù)和保養(yǎng)。3.分子篩吸附器再生不徹底會帶來哪些危害？答：分子篩吸附器再生不徹底會帶來以下危害：吸附能力下降：再生不徹底會導(dǎo)致分子篩上仍殘留有一定量的雜質(zhì)，從而使其吸附能力降低。在后續(xù)的吸附過程中，無法有效地去除空氣中的二氧化碳、水分和乙炔等雜質(zhì)，影響空氣的凈化效果。影響產(chǎn)品純度：由于空氣中的雜質(zhì)不能被充分去除，這些雜質(zhì)會隨著空氣進(jìn)入精餾塔等后續(xù)設(shè)備，從而影響氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾犬a(chǎn)品的純度，降低產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)備堵塞：殘留的雜質(zhì)可能會在低溫設(shè)備中凍結(jié)或積聚，導(dǎo)致設(shè)備堵塞，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。例如，二氧化碳和水分在低溫下會形成固體，堵塞管道和換熱器等設(shè)備，降低設(shè)備的傳熱效率和流通能力。安全隱患：如果乙炔等碳?xì)浠衔锊荒鼙挥行コ⒃谙到y(tǒng)中積聚，可能會在一定條件下引發(fā)爆炸等安全事故，威脅裝置的安全運(yùn)行和人員的生命安全。4.如何保證深冷空分裝置的安全運(yùn)行？答：保證深冷空分裝置的安全運(yùn)行可以從以下幾個方面入手：設(shè)備安裝與維護(hù)：在裝置建設(shè)階段，要確保設(shè)備的安裝符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證設(shè)備的質(zhì)量和性能。在日常運(yùn)行中，要定期對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備的故障和隱患。例如，對壓縮機(jī)、膨脹機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行定期的檢修和潤滑，對管道和閥門進(jìn)行泄漏檢查等。工藝操作管理：操作人員要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，控制好裝置的各項(xiàng)工藝參數(shù)，如壓力、溫度、流量等。在開車、停車和正常運(yùn)行過程中，要遵循正確的操作步驟，避免因操作不當(dāng)引發(fā)安全事故。同時，要加強(qiáng)對工藝過程的監(jiān)控，及時調(diào)整工藝參數(shù)，確保裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。安全防護(hù)措施：裝置應(yīng)配備完善的安全防護(hù)設(shè)施，如安全閥、爆破片、報(bào)警裝置等。安全閥可以在系統(tǒng)壓力過高時自動開啟，釋放壓力，防止設(shè)備超壓損壞；報(bào)警裝置可以及時發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員采取措施。此外，操作人員要佩戴必要的個人防護(hù)用品，如安全帽、防護(hù)手套、護(hù)目鏡等，防止受到低溫、高壓等危害。人員培訓(xùn)與教育：加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)和教育，提高他們的安全意識和操作技能。培訓(xùn)內(nèi)容包括裝置的工藝流程、設(shè)備性能、操作規(guī)程、安全知識等方面。通過培訓(xùn)，使操作人員熟悉裝置的運(yùn)行特點(diǎn)和安全要求，能夠正確處理各種突發(fā)情況。安全管理制度：建立健全安全管理制度，明確各級人員的安全職責(zé)，加強(qiáng)對裝置運(yùn)行的安全管理。制定應(yīng)急預(yù)案，定期進(jìn)行演練，提高應(yīng)對突發(fā)事件的能力。同時，要加強(qiáng)對裝置的安全檢查和隱患排查，及時消除安全隱患。5.深冷空分裝置中精餾塔的工作原理是什么？答：深冷空分裝置中精餾塔的工作原理基于混合物中各組分沸點(diǎn)的差異，通過多次的部分汽化和部分冷凝過程實(shí)現(xiàn)混合物的分離。具體如下：氣液逆流接觸：在精餾塔內(nèi)，上升的蒸汽和下降的液體呈逆流接觸。上升的蒸汽是由塔底再沸器加熱液體產(chǎn)生的，下降的液體是由塔頂冷凝器冷凝蒸汽得到的。部分汽化與部分冷凝：當(dāng)上升的蒸汽與下降的液體接觸時，蒸汽中的難揮發(fā)組分（如氧氣）會部分冷凝到液體中，而液體中的易揮發(fā)組分（如氮?dú)猓糠制秸羝小＿@種部分汽化和部分冷凝過程在每一塊塔板上都不斷進(jìn)行。傳質(zhì)與傳熱：在氣液接觸過程中，發(fā)生了傳質(zhì)和傳熱現(xiàn)象。傳質(zhì)是指易揮發(fā)組分從液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分從氣相向液相轉(zhuǎn)移；傳熱是指蒸汽的熱量傳遞給液體，使液體部分汽化。通過多次的傳質(zhì)和傳熱，易揮發(fā)組分在蒸汽中不斷富集，難揮發(fā)組分在液體中不斷富集。分離效果：經(jīng)過多級塔板的作用，在塔頂可以得到純度較高的易揮發(fā)組分（如氮?dú)猓?，在塔底可以得到純度較高的難揮發(fā)組分（如氧氣）。精餾塔的分離效果取決于塔板的數(shù)量、塔板效率、氣液流量比等因素。塔板數(shù)量越多，分離效果越好；塔板效率越高，氣液傳質(zhì)越充分，分離效果也越好。四、計(jì)算題1.已知進(jìn)入深冷空分裝置的空氣流量為50000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為78%，氬氣的體積分?jǐn)?shù)為1%。如果裝置生產(chǎn)的氧氣產(chǎn)品純度為99.6%（體積分?jǐn)?shù)），氮?dú)猱a(chǎn)品純度為99.9%（體積分?jǐn)?shù)），氬氣產(chǎn)品純度為99.99%（體積分?jǐn)?shù)），試計(jì)算理論上每小時可生產(chǎn)的氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾捏w積（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。解：首先計(jì)算空氣中各組分的體積：氧氣的體積：$V_{O_2入}=50000\times21\%=10500m3/h$氮?dú)獾捏w積：$V_{N_2入}=50000\times78\%=39000m3/h$氬氣的體積：$V_{Ar入}=50000\times1\%=500m3/h$然后計(jì)算理論上可生產(chǎn)的各產(chǎn)品體積：氧氣產(chǎn)品體積：$V_{O_2產(chǎn)}=\frac{10500}{99.6\%}\approx10542.2m3/h$氮?dú)猱a(chǎn)品體積：$V_{N_2產(chǎn)}=\frac{39000}{99.9\%}\approx39039.0m3/h$氬氣產(chǎn)品體積：$V_{Ar產(chǎn)}=\frac{500}{99.99\%}\approx500.05m3/h$答：理論上每小時可生產(chǎn)氧氣約10542.2m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），氮?dú)饧s39039.0m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），氬氣約500.05m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。2.某膨脹機(jī)進(jìn)口氣體壓力為0.5MPa（表壓），溫度為100℃，流量為8000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），出口壓力為0.1MPa（表壓），絕熱效率為80%。已知該氣體的等熵指數(shù)為1.4，試計(jì)算膨脹機(jī)的實(shí)際制冷量（單位：kJ/h）。解：首先將壓力轉(zhuǎn)換為絕對壓力：進(jìn)口絕對壓力$P_1=0.5+0.1=0.6MPa$出口絕對壓力$P_2=0.1+0.1=0.2MPa$根據(jù)等熵膨脹公式計(jì)算等熵膨脹后的溫度$T_{2s}$：$\frac{T_{2s}}{T_1}=(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{\gamma1}{\gamma}}$其中$T_1=100+273=173K$，$\gamma=1.4$則$\frac{T_{2s}}{173}=(\frac{0.2}{0.6})^{\frac{1.41}{1.4}}$解得$T_{2s}=173\times(\frac{0.2}{0.6})^{\frac{0.4}{1.4}}\approx127.7K$計(jì)算等熵膨脹的焓降$\Deltah_s$：對于理想氣體，$\Deltah_s=C_p(T_1T_{2s})$，假設(shè)該氣體的定壓比熱容$C_p=1.0kJ/(kg\cdotK)$先將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量$m$：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程$PV=nRT$，$n=\frac{PV}{RT}$，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下$P_0=0.1MPa$，$T_0=273K$，$V_0=8000m3/h$$n_0=\frac{P_0V_0}{RT_0}=\frac{0.1\times10^6\times8000}{8.314\times273}\approx353939mol/h$假設(shè)該氣體的摩爾質(zhì)量$M=29g/mol$，則質(zhì)量流量$m=353939\times29\times10^{3}\approx10264.2kg/h$$\Del