فرآیندی که از نیتروژن به عنوان محیط کار منبسط کننده استفاده می کند، انبساط نیتروژن نامیده می شود. انبساط نیتروژن به دو دسته تقسیم می شود: انبساط نیتروژن خالص و انبساط نیتروژن زباله.
فرآیند انبساط نیتروژن خالص در شکل 12 نشان داده شده است. نیتروژن خالص از بالای ستون پایین و بالای سمت نیتروژن کندانسور اصلی استخراج می شود. بخشی از آن از طریق گذرگاه احیا کننده مبدل حرارتی معکوس، دوباره گرم می شود، سپس ترکیب شده و به توربو-بسط دهنده وارد می شود. پس از انبساط، نیتروژن به عنوان نیتروژن محصول از طریق مبدل حرارتی صفحه{4}} خارج می شود.
فرآیند انبساط نیتروژن زباله در شکل 13 نشان داده شده است. نیتروژن ضایعاتی حاوی تقریباً 1٪ اکسیژن از وسط ستون پایینی استخراج می شود. بخشی از آن از طریق گذرگاه احیاکننده مبدل حرارتی معکوس، دوباره گرم می شود، سپس ترکیب شده و به توربو{3}}بسط دهنده وارد می شود. پس از انبساط، نیتروژن زائد از طریق مایعساز ساب کولر-و مبدل حرارتی معکوس برای بازیابی انرژی سرد دوباره گرم میشود و پس از جذب گرمای تبخیری آب خنککننده در برج خنککننده تبخیری به اتمسفر تخلیه میشود.
از آنجایی که نیتروژن از ستون پایینی استخراج می شود، تراکم نیتروژن مایع در کندانسور اصلی کاهش می یابد. در نتیجه، مقدار نیتروژن مایع برگشتی که به ستون بالایی تغذیه میشود کاهش مییابد و اجازه میدهد نسبت رفلکس ستون تقطیر به مقدار معقولتری برسد. این به طور کامل از پتانسیل تقطیر ستون بالایی استفاده می کند و سرعت استخراج اکسیژن را بهبود می بخشد.
مزایا و معایب انبساط نیتروژن به شرح زیر است:
گاز پس از انبساط نیتروژن وارد ستون بالایی نمی شود. بنابراین، مستقیماً بر شرایط تقطیر ستون بالایی تأثیر نمی گذارد. سوپرهیت آن پس از انبساط می تواند بیشتر از انبساط هوا باشد و فشار پس از انبساط نیز می تواند کمی کمتر از انبساط هوا باشد. بنابراین، ظرفیت تبرید واحد بیشتر از انبساط هوا است. تحت یک تلفات سرمای خاص تجهیزات، مقدار انبساط مورد نیاز را می توان کاهش داد.
از آنجایی که گاز منبسط شده وارد ستون بالایی نمی شود و بار حرارتی کندانسور اصلی کاهش می یابد، مقدار گاز صعودی در ستون فوقانی کمتر از انبساط هوا است. در نتیجه، قطر ستون را می توان کاهش داد، و ساختار را می توان ساده کرد.
افزایش مقدار انبساط نیتروژن تأثیر خاصی بر اختلاف دمای کندانسور اصلی دارد که باعث افزایش محتوای اکسیژن در نیتروژن زباله و کاهش سرعت استخراج اکسیژن می شود. با این حال، تأثیر مستقیم آن بر خلوص اکسیژن قابل توجه نیست و تأثیر آن بر روی آرگون خام حتی کمتر است. گسترش نیتروژن قبلاً در واحدهای جداسازی هوا در مقیاس بزرگ در خارج از کشور استفاده شده است.
محیط کار انبساط نیتروژن تمیزتر از محیط انبساط هوا است. بنابراین، منبسط کننده می تواند تحت شرایط ایمن تر کار کند. دلیل آن این است که محیط کار انبساط نیتروژن از قسمت بالایی ستون پایینی استخراج می شود و نمی تواند دی اکسید کربن جامد یا سایر ناخالصی ها را حمل کند. در مقابل، محیط کار انبساط هوا از زیر اولین سینی درپوش حباب استخراج می شود و دی اکسید کربن موجود در هوا ممکن است به داخل منبسط کننده حمل شود و باعث سایش منبسط کننده شود. علاوه بر این، در طول انبساط نیتروژن، فشار پس از انبساط 0.12 مگاپاسکال است و قطرات مایع تا زمانی که دما به 78.7 K نرسد ظاهر نمی شود. بنابراین، مایع به راحتی در منبسط کننده تولید نمی شود.
از آنجایی که حداقل نسبت رفلاکس ستون پایینی بیشتر از بخش یکسوکننده ستون بالایی است-یعنی، مایع برگشتی در ستون پایینی مازاد کمتری نسبت به ستون بالایی دارد-میزان نیتروژن گازی قابل استخراج از ستون پایین کمتر از مقدار هوایی است که میتوان به ستون بالا تغذیه کرد. به طور معمول، مقدار انبساط نیتروژن از 16٪ مقدار هوای فرآوری شده تجاوز نمی کند، در حالی که مقدار انبساط هوا از 25٪ مقدار هوای فرآوری شده تجاوز نمی کند.
