级联生产稳定同位素18O的模拟优化研究

本工作利用已有的四塔级联设计方案,通过采用均匀设计方法对操作参数进行优化,并利用二项式逐步回归求取模型方程,同时利用遗传算法对模型进行了优化设计,综合分析了不同进料量及级间流量对¹⁸O产品丰度的影响,得到产品¹⁸O的丰度与进料量及级间流量和热量消耗与进料量及级间流量的数学关系式,并得出进料量与级间流量的单因素响应图。本研究采用的模拟优化方法可应用到¹⁸O的产业化生产及推广至传统精馏过程的优化设计中。     

低温精馏分离稳定同位素13C的模拟优化研究

研究建立了1座采用一氧化碳低温精馏分离稳定同位素¹³C的试验装置,精馏塔填料层高17.5m,其中,精馏段15m,提馏段2.5m,塔内径为45mm。首先利用试验结果对计算机模拟手段进行验证,在此基础上,采用计算机模拟代替试验,进行试验装置操作条件的优化设计。综合分析了塔压、进料量、回流比、出料量、再沸器功率等对产品的影响,通过计算机模拟结合均匀试验设计的数字试验方法,实现了试验装置的优化设计。结果表明,在再沸器功率为250W、塔压为54kPa、回流比为84时,可达到已建试验装置的最优化操作。本研究所采用的计算机模拟结合试验设计手段可应用到¹³C的产业化设计以及推广至传统精馏过程的优化设计中。     

稳定同位素~(13)C分离级联装置的模拟优化研究

本工作设计了一套利用CO低温精馏分离稳定同位素13 C的三级联装置,其填料层高度为38m,塔径分别为0.15、0.08和0.05m,塔内装填自主研发的高比表面PACK-13 C专用填料。采用均匀设计方法进行级联装置的优化设计,综合分析了不同的回流比、原料量和级间进料量对同位素13 C产品丰度和生产能耗的影响。对实验数据进行二次多项式逐步回归分析,获得了产品丰度与塔顶回流比、原料量及级间流量和能耗费用与回流比、原料量及级间流量的模型方程,并利用遗传算法对模型方程进行优化。模拟研究结果显示,优化后的三塔级联生产装置的各级间流量依次为18.056、236.50和32.400 mol/h,塔顶回流比为74.824,在此条件下可获得13 C丰度≥93%。与初始设计值相比较,优化后降低了能耗费用成本。本工作提出的模拟优化研究方法可应用到同位素13 C的产业化生产,以至推广到传统精馏过程的优化设计中。     

18F-FDG的稳定性及提高稳定性的方法

本工作研究了常规制备的大剂量、高浓度¹⁸F-FDG的稳定性,并在产品中添加稳定剂乙醇或对已部分分解的产品进行再纯化,以提高¹⁸F-FDG的放化纯度。结果显示,当¹⁸F-FDG产品浓度高于6 TBq/L时,放置4 h,其放化纯度＜95%;浓度大于7.4 TBq/L时,添加体积分数为0.1%的乙醇后,能明显降低¹⁸F-FDG的分解,6 h后放化纯度＞95%;已分解的¹⁸F-FDG经再纯化后,放化纯度＞99%。Micro PET/CT大鼠显像表明,采用已分解的¹⁸F-FDG对大鼠进行显像,其股骨有明显摄取;对其进行再纯化处理后对大鼠显像,大鼠股骨无放射性摄取。以上结果表明,高浓度的¹⁸F-FDG有效时间小于4 h;添加0.1%乙醇可明显减慢高浓度¹⁸F-FDG分解,而再纯化方法可以彻底除去分解的放射性杂质。为保证¹⁸F-FDG质量,将添加稳定剂和再纯化两种方法联合使用,保证产品放化纯度的同时还可提高¹⁸F-FDG的利用率。     

(N-[18F]氟甲基)胆碱的半自动合成和无菌型炎症PET显像评价

通过对现有的合成模块进行改进,实现了(N-[¹⁸F]氟甲基)胆碱（¹⁸F-FCH）的半自动合成,并用其进行了无菌型炎症PET显像。以CH₂Br₂为前体,经过氟化反应制备甲基化试剂¹⁸FCH₂Br,在柱与N, N-二甲基乙醇胺进行反应,并经过Sep Pak tC18和Sep Pak CM小柱联用纯化的方法,得到放化纯度大于95%的¹⁸F-FCH注射液,放化产率为12%±2%（n=3,按¹⁸F^-计算,未校正）,放化合成时间为35 min。PET显像表明,肌肉注射0.2 mL松节油,4天后形成的炎症模型具有¹⁸F-FDG最高摄取,而¹⁸F-FCH在炎症处具有轻度的放射性浓聚,因此在¹⁸F-FCH肿瘤显像时应考虑炎症的可能性。     

天体物理重要反应13N(p,γ)14O的实验研究

¹³N(p,γ)¹⁴O是高温CNO循环中的关键反应,对恒星能量产生机制及其演化的研究具有重要意义。利用北京HI-13串列加速器次级束流线产生的13N放射性束测量了质心系能量为8.9MeV的¹³N(d,n)¹⁴O反应的角分布,导出了¹⁴O基态渐进归一化系数（ANC）为(29.4±5.3)fm^-1。此外,使用镜像核的电荷对称性,通过分析¹³C(d,p)¹⁴C反应的角分布,导出了与实验一致的¹⁴O基态质子ANC。使用最新开发出的R矩阵程序,导出¹³N(p,γ)¹⁴O反应在高温CNO循环中的天体物理S因子和反应率。将此数据代入核天体物理反应的网络程序进行计算,结果表明,新星中CNO循环产生的能量比原有的结果多5%,这可能会对新星的演化有一定的影响。     

PET显像剂18F-FLT的合成条件优化

以MTR-Nos-Boc-LT（3-N-Boc-5-DMTr-3-Nos-2-脱氧-β-D-胸腺嘧啶核苷）为前体,利用季铵盐为相转移催化剂,采用质子溶剂,摸索更优的¹⁸FLT合成方法。并就合成的¹⁸FLT进行肿瘤鼠的MicroPET扫描。研究结果显示,季铵盐可以取代K_2.2.2/K₂CO₃体系,将QMA柱上的¹⁸F洗脱,并且是很好的相转移催化剂,氟化反应中加入质子溶剂,¹⁸FLT的放化纯度大于95%,不矫正合成效率为50%。     

13C-甲醇的制备

采用自制的催化剂和自行设计的高效催化反应器,用催化加氢的方法,以Ba¹³CO₃为原料制备了¹³C-甲醇。所得甲醇水溶液在微型高效精馏反应器中进一步提纯后,得到的¹³C-甲醇化学纯度＞99.5%。实验设计的合成路线反应条件温和,同位素利用率＞90%。¹³C-甲醇经色质联用（GC-MS）和核磁（¹H NMR）检测,¹³C同位素丰度＞97%,¹³C-甲醇的同位素丰度与原料相比降低＜1%。以上结果表明,采用自制的催化剂和自行设计的高效催化反应器,成功地用催化加氢的方法,制备得到了¹³C-甲醇。     

Aspen 软件在低温精馏分离稳定同位素13C中的应用

本工作对低温精馏分离¹³C同位素的稳态模拟与动态模拟进行了研究。使用商用流程模拟软件Aspen Plus建立低温精馏过程的稳态模型,通过对比模拟数据与实验数据,验证物性参数和模型的可靠性。使用Aspen Dynamics建立低温精馏过程的动态模型,动态模拟结果与实验数据吻合良好。结果表明,可以使用Aspen Dynamics对碳同位素分离过程进行动态特性研究,并对精馏过程进行开车时间预测、控制方案分析、操作性分析和安全性分析等。     

取代杯[6]芳烃的制备及在18F-FET制备中的应用

本工作制备了相转移催化剂取代杯[6]芳烃：对磺酸杯[6]芳烃和对叔丁基杯[6]芳烃,并以其为催化剂进行了¹⁸F-FET的制备。结果表明,对磺酸杯[6]芳烃作催化剂不仅能够催化FET前体的¹⁹F取代反应,而且能够催化FET前体对（对甲苯磺酸酯）乙基苯甲酰（BOC）氨基酸酯的¹⁸F标记反应,放化产率为11%。而对叔丁基杯[6]芳烃对催化FET前体的¹⁹F取代反应和¹⁸F的标记反应均没有催化活性。对磺酸杯[6]芳烃的催化作用可能与它的磺酸基参与络合反应,增大了杯[6]芳烃极性等因素有关。虽然对磺酸杯[6]芳烃催化FET前体的放化产率远低于Kryptofix 2.2.2,但该研究对优化条件找出更好的取代杯[6]芳烃催化剂具有重要的指导意义。     

~(13)C同位素低温精馏过程动态模拟

为深入了解CO低温精馏分离13C系统的动态特性,建立了系统的动态模型,借助软件Aspen Dynam-ics对该系统的全回流、开车以及物料量发生扰动过程进行了动态模拟。塔釜热负荷和塔釜持液量对全回流过程的影响结果显示,全回流动态浓缩过程耗时约1周,稳定时塔釜13C16O摩尔分数约为3.9%。模拟研究结果显示,先浓缩后稳态出料的开工方案可大幅缩减装置动态开工时间,产品摩尔分数达到14.5%,耗时约需38.6 d;而对应的同时稳态进出料开车方案平衡时间需127.7 d;开发持液量低的填料可进一步缩短开工时间,降低产品成本。对进料扰动的计算表明,本工作采用的分离装置对物料量的波动具有较强的抗干扰能力,波幅50%、时间为4 h的进出料量波动对产品品质的影响可忽略。     

稳定同位素~(13)C分离二塔级联耦合优化设计与实验研究

采用均匀实验与Aspen Plus模拟耦合的计算方法优化13 C分离二塔级联工艺操作参数。经实验验证,实验值与耦合优化的模拟值吻合较好,相对误差为6.5%;在不增大能耗费用的同时,优化实验得到二塔釜的13 C丰度为14.1%,较二塔级联初始实验结果提高25%以上。结果表明,建立的耦合优化设计方法经实验验证可行,可为13 C产业化级联工艺设计提供理论参考,也可为其他传统精馏工业优化设计提供指导。     

同位素~(13)C分离二塔级联模拟研究

利用Aspen数值模拟软件建立低温精馏分离稳定同位素~(13)C的二塔级联数值模拟平台;完成同位素组分的物性参数在Aspen数据库中的嵌入;结合前期的实验数据验证该模型的可靠性;对比模拟结果与实验结果,误差小于10%;分析进、出料量,级间传输以及操作压强对产品丰度的影响,为优化设计工作提供依据。     

硼同位素分离工艺与生产技术

在苯甲醚—三氟化硼体系中采用化学交换法,进行硼同位素分离生产性实验,可使~(10)B在液相富集,~(11)B在气相中富集。在此基础上,进行硼同位素分离试生产。获得交换塔和络合塔正常运行参数,开发在分解塔内将络合物成功分解的工艺技术,验证在交换塔内采用聚四氟乙烯丝网填料富集硼同位素可行性,探讨操作压力、流量等工艺参数对~(10)B富集的影响,为实现硼同位素分离工业化的正式投建提供依据。     

Abundance Analysis of13C Isotope Separation by Cryogenic Rectification Based on Dynamic Simulation

The carbon isotope (¹²CO/¹³CO) separation has a separation coefficient of only 1.007, which has typical characteristics of severe separation conditions and long equilibrium time. In order to reduce the operational risk of industrial devices, the theoretical prediction of the dynamic process of¹³C isotope enrichment is an urgent problem to be solved in industrial technology research. Therefore, the dynamic simulation of carbon isotope separation by CO cryogenic rectification was carried out by using Aspen Dynamics. Through the simulation, the abundance distribution of¹³C isotope was obtained under the conditions of total reflux, concentration and continuous rectification operation, and the visualization of the abundance change of the¹³C isotope in the two dimensions of space and time was realized. On the other hand, comparing the dynamic simulation values with the experimental data, the results show that they are agree well, and the relative errors of the enrichment equilibrium abundance and equilibrium time are both less than 15%, which indicate that the accuracy of the dynamic simulation calculation method of¹³C isotope for cryogenic rectification separation is verified, which can be further used to theoretically predict the abundance enrichment process in the production plant of high abundance¹³C isotope.     

基于动态模拟计算的低温精馏分离13C同位素丰度分析

低温精馏法分离碳同位素（¹²CO/¹³CO）的分离系数仅为1.007,且分离操作工况苛刻,富集平衡时间长,为降低工业化装置运行风险,实现¹³C同位素富集的动态过程理论预测是工业化技术研究中亟需解决的问题。为此,本文通过采用Aspen Dynamics模拟研究CO低温精馏分离碳同位素的动态过程,获取¹³C同位素在全回流、浓缩富集、连续精馏操作条件下的丰度分布等值图,实现¹³C同位素在时间和空间两个维度内丰度变化过程的可视化。将上述操作条件下的动态模拟值与试验值进行对比分析,结果显示,两者吻合较好,且富集平衡时塔底¹³C丰度和富集平衡时间的相对误差均在15%以下,验证了所建立的低温精馏分离¹³C同位素动态模拟计算方法的准确性,可进一步用于高丰度¹³C同位素生产装置中丰度变化过程的理论预测。     

轻同位素分离级联系统的简捷设计

为了寻求基于实验设计的轻同位素分离级联系统的简捷设计方法,以级联系统的年总费用为考察指标,以各分离级的相对抽取率、关键组分的富集倍数为决策变量,采用均匀设计法对低温精馏分离稳定同位素13CO的三级联系统进行了优化设计。通过对均匀实验的结果进行回归分析,得到了级联系统的年总费用与各决策变量之间关系的数学模型,从而得到当年总费用最低时级联系统的各决策变量,以此进行各分离级的工艺设计。通过使用DPS软件数据处理系统对均匀实验结果进行回归分析,得到了级联系统年总费用对各级联参量的数学模型,并得到了年总费用达到最小值时的各级联参量值。