Orientador: Francisco Mangeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-21T16:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RuizParedes_Roger_M.pdf: 10721166 bytes, checksum: 4ba0b45a5394a0e54b82fc1c3b5416a2 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: No processo total de obtenção de cephalosporin C, a purificação ocupa a segunda etapa, sendo a primeira fase a produção em meio de cultura pelo fungo Cephalosporium acremonium. O processo de purificação é efetuado em colunas de troca iônica. Neste trabalho foi proposto um modelo matemático para descrever o comportamento do processo de adsorção, obtido a partir de balanços de massa e equações cinéticas de adsorção por troca iônica, determinadas previamente em resina XAD-2, levando em consideração a resistência à transferência de massa externa e interna assim como a dispersão axial. As equações analíticas descritivas do processo foram transformadas em algoritmos numéricos aplicando os métodos numéricos de Crank-Nicholson para as equações diferenciais parciais e Runge-Kutta de 4ª ordem para as equações diferenciais ordinárias. O programa foi desenvolvido em linguagem Turbo-Pascal, para calcular a distribuição de concentração de cephalosporin na coluna, fase líquida e fase sólida, com o tempo, usando as equações numéricas. Verificou-se as influências dos parâmetros cinéticos e operacionais na eficiência da coluna, através de um estudo paramétrico, onde observou-se que a porosidade do leito, concentração da cephalosporin e diâmetro da coluna são os parâmetros de maior sensibilidade. Por outro lado, parâmetros como Qm (capacidade máxima de adsorção), KI e K2 (constantes cinéticas de adsorção) devem ser otimizados previamente, através da escolha do adsorvente e condições de adsorção adequadas. Verificou-se que o comprimento da coluna e a velocidade superficial, quando incrementados, melhoram a eficiência da coluna. Foi verificado que a dispersão axial, é desprezível e que o aumento tanto da difusividade efetiva como do coeficiente de transferência de massa, melhoram a eficiência do processo. Demonstrou-se igualmente que a coluna de adsorção de leito fixo apresenta considerável estabilidade, tendo em conta que nenhum parâmetro afeta significativamente a operação da coluna. Em outros termos, pode-se dizer que a eficiência do processo é relativamente pouco afetada dentro da amplitUde de alteração efetuada dos parâmetros. Com relação aos problemas de limitações do processo de adsorção dentro da coluna, observou-se que este é limitado pela transferência de massa interna, ou seja a difusão é a etapa limitante do processo. Finalmente a resina XAD-2 utilizada neste estudo apresenta uma baixa eficiência, sendo uma desvantagem de sua utilização na adsorção da cephalosporin C / Abstract: In the "cephalosporin C" production process, the purification is the second step, after the antibyotic been produced by Cephalosporium acremonium in submerged cultures. The purification is carried on in ionic exchange columns. In this work a mathematical model to describe the adsorption process is suggested. The model was obtained from a mass balance and kinetic equations for ionic exchange adsorption, previously determinated in XAD-2 resin. Resistance to the internal and external mass transfer and axial dispersion were also considered in the model. The analytic equations to describe the process were transformed to numeric algorithms using Crank-Nicholson method for the partial differential equations and the 4th order Runge - Kutta method for ordinary differential equations. The computer program was developed using Turbo Pascal language to calculate the distribution of cephalosporin in the column as a time function, both in the liquid phase and in the solid phase. The influence of kinetics and operation parameters in the column efficiency was verified by means of a parametric study. It was observed that the main parameters were the bed porosity, the cephalosporin concentration, and the column diameter. On the other hand, some parameters as Qm (maximum capacity of adsorption), Kl and K2 (kinetics constants of adsorption) must be previously optimized in terms of adsorbent selection and appropriated adsorption conditions. It was also verified that the increase in the column length and the superficial velocity intrances the column efficiency. lt was demonstrated that the fixed bed adsorption column is stable considering that there is no critical parameter for the column operation. It was verified that the axial dispersion is not significant, and the increase both in the effective diffusivity and in the mass transfer coefficient gives a better process efficiency. It was observed that the adsorption process limitation in the column is caused by internal mass transfer, that is the diffusion is the process critical step. Finally, the XAD-2 resin used in this work show low efficiency. Which is a disadvantage in the cephalosporin C adsorption process / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-23T11:18:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Burkert_CarlosAndreVeiga_M.pdf: 3149742 bytes, checksum: 25383c6fba6e203a2114052975f0f713 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A cefalosporina C é um importante antibiótico ß - lactâmico, obtida por cultivo de fungos do gênero Cephalosporium, constituindo a matéria-prima para a síntese de inúmeros antibióticos de largo espectro de ação microbiana, sendo que sua recuperação e purificação constitui a etapa mais onerosa do processo. Neste trabalho realizou-se um estudo experimental a respeito da separação de cefalosporina C em coluna de leito fixo contendo Amberlite XAD-2 como adsorvente, verificando o comportamento das curvas de ruptura em diferentes condições geométricas e operacionais (relação comprimento do leito - diâmetro da coluna L/?, relação diâmetro da partícula - diâmetro da coluna dp/?, velocidade superficial v), bem como o efeito destas variáveis sobre a eficiência de utilização do leito da coluna, quantidade de cefalosporina C adsorvida e produtividade, através da determinação do fator de sensibilidade. Foi proposto um modelo matemático para a adsorção de cefalosporina C em coluna de leito fixo que considerou a resistência externa e. interna à transferência de massa, assim como a dispersão axial. Este modelo foi obtido a partir de balanços de massa e equações cinéticas de adsorção (isoterma de Langmuir), com resolução numérica através do método de Crank¬Nicolson para as equações diferenciais parciais, utilizando matrizes tridiagonais, e do método de Runge-Kutta de 4ª ordem para as equações diferenciais ordinárias. Para o ajuste dos parâmetros do modelo matemático aplicou-se o método simplex geométrico flexível de NELDER & MEAD (I965), conhecido como método dos poliedros flexíveis ou simplex modificado. Os resultados experimentais mostraram que o aumento de L/O e a redução de dp/? e v melhoraram a eficiência de utilização do ,leito da coluna e a quantidade de cefalosporina C adsorvida no tempo de ruptura. A produtividade foi incrementada com o aumento de L/O e v, e com a redução de dp/?. Além disso, foi observado que o processo de adsorção é limitado pela transferência de massa interna, sendo que a difusão intraparticular é a etapa limitante do processo. Finalmente, o ajuste dos parâmetros do modelo matemático mostrou que as estimativas iniciais adotadas para as constantes cinéticas e de equilíbrio da isoterma de Langmuir foram satisfatórias e, que a curva de ruptura foi muito afetada pela difusividade efetiva e porosidade do leito. / Abstract: Cephalosporin C is a ß - lactam antibiotic, produced by Cephalosporium in submerged culture, constituting the raw material of several synthetic antibiotics. Its purification is the most expensive step of the process. In this work, an experimental investigation on cephalosporin C separation in fixed bed column with Amberlite XAD-2, describing the behavior of breakthrough curves at different conditions (bed depth - column diameter ratio L/e, particle size - column diameter ratio dp/? , superficial velocity v), was carryed out. The effect of these variables in the bed utilisation efficiency, adsorbed cephalosporin C and productivity was analyzed using the sensitivity factor. A mathematical model for the cephalosporin C adsorption in fixed bed column was suggested, considering internal and external mass transfer resistances and axial dispersion. This model was obtained from a mass balance and kinetic equations of adsorption (Langmuir isotherm). The numerical resolution was obtained using Crank-Nicolson method for the partial differential equations and 4th order Runge-Kutta method for the ordinary differential equations. The model parameters fitting was performed using simplex method (NELDER & MEAD, 1969). The experimental results showed that an increase in L/ ? and a decrease in d/e and v lead to an improve in the bed utilisation efficiency and in adsorbed cephalosporin C at the time to breakthrough. Productivity was increased with an increase in L/ ? and v, and with a decrease dp/?. Moreover, it was observed that adsorption process is limited by internal mass transfer. Intraparticle diffusion is the process critical step. The fitted parameters showed that the initial estimates for the kinetics and equilibrium constants according to a Langmuir isotherm were satisfactory. Finally, the effective diffusivity and bed porosity affected considerably the breakthrough curves. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-24T16:52:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barboza_Marlei_D.pdf: 9565363 bytes, checksum: ed8d36a68ddb2eda52aae98c1e609714 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: As cefalosporinas assim como as penicilinas fazem parte de um grupo de antibióticos ß-lactâmicos produzidos por microrganismos. A cefalosporina C é produzida por mutantes do fungo Cephalosporium acremonium, e tem como característica determinante para seleção de processos de purificação, sua natureza hidrofílica, que dificulta sua extração por intermédio de compostos orgânicos. Desta forma, uma das técnicas mais utilizadas para purificação de cefalosporina C é adsorção cromatográfica. Através de simulações em computador, foi avaliado neste trabalho, um processo não convencional para purificação de cefalosporina C. O processo consiste basicamente em dois tanques agitados interligados por um reciclo, onde num primeiro estágio ocorre a adsorção e no segundo estágio a eluição do produto. Para realização deste objetivo, foi necessário estudar experimentalmente o comportamento cinético de adsorção e dessorção de cefalosporina C em resina polimérica, Amberlite XAD-2. O efeito da temperatura e do eluente (etanol) em solução foi verificado, sendo que o abaixamento da temperatura favorece a adsorção. Foram classificadas as isotermas e a cinética de adsorção na presença de etanol nas temperaturas de 10°C, 15°C e 25°C. Ensaios de adsorção em tanque agitado, permitiram determinar as constantes cinéticas, a difusividade efetiva da cefalosporina C no interior da resina e coeficiente de resistência à transferência de massa externo. Com o modelo matemático do processo contínuo e os dados cinéticos obtidos, foram realizadas simulações a respeito da dinâmica de operação, definindo-se as variáveis mais influentes. O processo foi avaliado, com base nas respostas fornecidas, sendo elas: fator de concentração (FC); fator de purificação (FP) e porcentagem de recuperação (%RC). A otimização foi feita pelo método de análise de superfície de resposta, fornecendo modelos empíricos, para os cálculos de %RC, FP e FC, dentro das faixas de operação estudas. O processo apresentou recuperação em tomo de 80%, um produto 10 vezes purificado, saindo no 2° estágio 1,6 vezes mais concentrado. Estes valores indicam, o potencial de aplicação do processo para purificação de cefalosporina C. / Abstract: The cephalosporins and penicilins are constitued of the ß-lactam antibiotics group produced by microorganism. The cephalosporin C is produced by Cephalosporillm acremollillm a mutant strain, and its hidrophilic nature make the extraction process by organic compounds more difficult, so the chromatographic adsorption is a good technique to be applyied in cephalosporin C purification process with a large potential of success. Cephalosporin C purification by non-conventional process: was evaluated using computer simulation. The process is composed for two stirred tank reactors with recycle system, the adsorption occurs in the first stage and the elution of the product takes place in the second stage. The cephalosproin C adsorption and desorption kinetics in non-polar polystyrene macroporous resin were studied to achieve this aim. The temperature and eluate (ethanol) effects in solution were verified and it was noted the adsorption process is more efficient decreasing the temperature. The isotherms and kinetic adsorption in the presence of ethanol was obtained at 10°C, 15°C and 25°C. Bath adsorption experiments allows to determine the kinetic constants, the effective pore diffusion coefficient of the cephalosporin C in the particle as well as the mass transfer coefficient. The most influent parameters were defined through dynamic simulation performed by a deterministic mathematic model of the continuous process and the kinetics data. Based in the concentration factor (CF), purification factor (PF) and recovery yield (%RC) the process performance was evaluated. The surface response analyse was used for the otimization and generates the supplying %RC, PF and CF model which are valid in the considered ranges. The process shown more than 80% for RC, 10 for PF and 1,6 for FC. These values shows a promising potential of the proposed technique to cephalosporin C purification. / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos