تسمى العملية التي تستخدم النيتروجين كوسيلة عمل للموسع بتمدد النيتروجين. ينقسم تمدد النيتروجين إلى فئتين: تمدد النيتروجين النقي وتمدد نفايات النيتروجين.
تظهر عملية تمدد النيتروجين النقي في الشكل 12. يتم استخراج النيتروجين النقي من أعلى العمود السفلي وأعلى جانب النيتروجين للمكثف الرئيسي. تتم إعادة تسخين جزء منه من خلال الممر المتجدد للمبادل الحراري العكسي، ثم يتم دمجه وتغذيته في الموسع التوربيني-. بعد التمدد، يتم سحب النيتروجين كمنتج نيتروجين من خلال لوحة المبادل الحراري ذات الزعانف-.
تظهر عملية توسيع نفايات النيتروجين في الشكل 13. يتم استخراج نفايات النيتروجين التي تحتوي على ما يقرب من 1٪ أكسجين من منتصف العمود السفلي. تتم إعادة تسخين جزء منه من خلال الممر المتجدد للمبادل الحراري العكسي، ثم يتم دمجه وتغذيته في الموسع التوربيني-. بعد التمدد، يتم إعادة تسخين نفايات النيتروجين من خلال مسيل المبرد الفرعي والمبادل الحراري العكسي لاستعادة الطاقة الباردة، ثم يتم تنفيسه إلى الغلاف الجوي بعد امتصاص الحرارة التبخرية لمياه التبريد في برج التبريد التبخيري.
وبما أنه يتم استخلاص النيتروجين من العمود السفلي، فإن تكثيف النيتروجين السائل في المكثف الرئيسي ينخفض. وبالتالي، يتم تقليل كمية النيتروجين السائل الراجع المغذي إلى العمود العلوي، مما يسمح لنسبة الارتجاع في عمود التقطير بالوصول إلى قيمة أكثر معقولية. وهذا يستغل بشكل كامل إمكانات التقطير للعمود العلوي ويحسن معدل استخلاص الأكسجين.
مزايا وعيوب التوسع النيتروجين هي كما يلي:
الغاز بعد تمدد النيتروجين لا يدخل العمود العلوي؛ وبالتالي، فإنه لا يؤثر بشكل مباشر على ظروف التقطير للعمود العلوي. يمكن أن تكون الحرارة الفائقة بعد التمدد أعلى من تمدد الهواء، كما يمكن أن يكون الضغط بعد التمدد أقل قليلاً من ضغط تمدد الهواء. وبالتالي فإن قدرة التبريد للوحدة أكبر من قدرة التمدد الهوائي. في ظل فقدان تبريد معين للمعدات، يمكن تقليل كمية التمدد المطلوبة.
وبما أن الغاز المتمدد لا يدخل إلى العمود العلوي ويقل الحمل الحراري للمكثف الرئيسي، فإن كمية الغاز الصاعد في العمود العلوي تكون أقل منها في تمدد الهواء. ونتيجة لذلك، يمكن تقليل قطر العمود، ويمكن تبسيط الهيكل.
إن زيادة كمية تمدد النيتروجين لها تأثير معين على اختلاف درجة حرارة المكثف الرئيسي، مما يؤدي إلى زيادة محتوى الأكسجين في نفايات النيتروجين وتقليل معدل استخلاص الأكسجين. ومع ذلك، فإن تأثيره المباشر على نقاء الأكسجين ليس كبيرًا، كما أن تأثيره على الأرجون الخام أقل. لقد تم بالفعل اعتماد توسعة النيتروجين في وحدات فصل الهواء واسعة النطاق-في الخارج.
إن وسط العمل لتمدد النيتروجين أنظف من وسط تمدد الهواء؛ ولذلك، يمكن أن يعمل الموسع في ظل ظروف أكثر أمانًا. وذلك لأن وسط عمل تمدد النيتروجين يتم استخلاصه من الجزء العلوي من العمود السفلي، ولا يمكنه حمل ثاني أكسيد الكربون الصلب أو الشوائب الأخرى. في المقابل، يتم استخراج وسط العمل لتمدد الهواء من أسفل صينية غطاء الفقاعة الأولى، وقد يتم حمل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء إلى الموسع، مما يتسبب في تآكل الموسع. علاوة على ذلك، أثناء تمدد النيتروجين، يكون الضغط بعد التمدد 0.12 ميجا باسكال، ولن تظهر قطرات السائل حتى تصل درجة الحرارة إلى 78.7 كلفن؛ ولذلك، لا يتم إنشاء السائل بسهولة في الموسع.
نظرًا لأن نسبة الارتجاع الأدنى للعمود السفلي أكبر من تلك الخاصة بقسم التصحيح في العمود العلوي-أي أن السائل الراجع في العمود السفلي أقل فائضًا من السائل الموجود في العمود العلوي- فإن كمية النيتروجين الغازي التي يمكن استخلاصها من العمود السفلي أقل من كمية الهواء التي يمكن تغذيتها إلى العمود العلوي. عادة، لا تتجاوز كمية تمدد النيتروجين 16% من كمية الهواء المعالج، بينما لا تتجاوز كمية تمدد الهواء 25% من كمية الهواء المعالج.
