本发明涉及一种混合气体净化分离回收系统，包括串接连接的预处理单元、气体分离单元以及纯净气体回收单元，预处理单元的上游端部具有用于与开关气腔连接的回收口，气体分离单元包括与预处理单元的下游端部连接的初级膜分离器，初级膜分离器的下游并联连接有第一、第二次级膜分离器，第一次级膜分离器与初级膜分离器的氮气出口连接，第二次级膜分离器与初级膜分离器的六氟化硫出口连接，第一次级膜分离器的氮气出口放空，六氟化硫出口通过回流管路连接预处理单元，第二次级膜分离器的氮气出口通过回流管路连接预处理单元，六氟化硫出口连接下游的纯净气体回收单元。使两路次级膜分离器分别用于专门分离出氮气与六氟化硫，提高了分离效果。