Diversas aplicações industriais relevantes envolvem os processos de adsorção, citando
como exemplos a purificação de produtos, separação de substâncias, controle de poluição e
umidade entre outros. O interesse crescente pelos processos de purificação de biomoléculas
deve-se principalmente ao desenvolvimento da biotecnologia e à demanda das indústrias
farmacêutica e química por produtos com alto grau de pureza. O leito móvel simulado (LMS)
é um processo cromatográfico contínuo que tem sido aplicado para simular o movimento do
leito de adsorvente, de forma contracorrente ao movimento do líquido, através da troca
periódica das posições das correntes de entrada e saída, sendo operado de forma contínua,
sem prejuízo da pureza das correntes de saída. Esta consiste no extrato, rico no componente
mais fortemente adsorvido, e no rafinado, rico no componente mais fracamente adsorvido,
sendo o processo particularmente adequado a separações binárias. O objetivo desta tese é
estudar e avaliar diferentes abordagens utilizando métodos estocásticos de otimização para o
problema inverso dos fenômenos envolvidos no processo de separação em LMS. Foram
utilizados modelos discretos com diferentes abordagens de transferência de massa, com a
vantagem da utilização de um grande número de pratos teóricos em uma coluna de
comprimento moderado, neste processo a separação cresce à medida que os solutos fluem
através do leito, isto é, ao maior número de vezes que as moléculas interagem entre a fase
móvel e a fase estacionária alcançando assim o equilíbrio. A modelagem e a simulação
verificadas nestas abordagens permitiram a avaliação e a identificação das principais
características de uma unidade de separação do LMS. A aplicação em estudo refere-se à
simulação de processos de separação do Baclofen e da Cetamina. Estes compostos foram
escolhidos por estarem bem caracterizados na literatura, estando disponíveis em estudos de
cinética e de equilíbrio de adsorção nos resultados experimentais. De posse de resultados
experimentais avaliou-se o comportamento do problema direto e inverso de uma unidade de
separação LMS visando comparar os resultados obtidos com os experimentais, sempre se
baseando em critérios de eficiência de separação entre as fases móvel e estacionária. Os
métodos estudados foram o GA (Genetic Algorithm) e o PCA (Particle Collision Algorithm) e
também foi feita uma hibridização entre o GA e o PCA. Como resultado desta tese analisouse
e comparou-se os métodos de otimização em diferentes aspectos relacionados com o
mecanismo cinético de transferência de massa por adsorção e dessorção entre as fases sólidas
do adsorvente. / Several important industrial applications involving adsorption processes, citing as an
example the product purification, separation of substances, pollution control and moisture
among others. The growing interest in processes of purification of biomolecules is mainly due
to the development of biotechnology and the demand of pharmaceutical and chemical
products with high purity. The simulated moving bed (SMB) chromatography is a continuous
process that has been applied to simulate the movement of the adsorbent bed, in a
countercurrent to the movement of liquid through the periodic exchange of the positions of
input and output currents, being operated so continuous, notwithstanding the purity of the
outlet streams. This is the extract, rich in the more strongly adsorbed component, and the
raffinate, rich in the more weakly adsorbed component, the method being particularly suited
to binary separations. The aim of this thesis is to study and evaluate different approaches
using stochastic optimization methods for the inverse problem of the phenomena involved in
the separation process in LMS. We used discrete models with different approaches to mass
transfer. With the benefit of using a large number of theoretical plates in a column of
moderate length, in this process the separation increases as the solute flowing through the bed,
i.e. as many times as molecules interact between the mobile phase and stationary phase thus
achieving the equilibrium. The modeling and simulation verified in these approaches allowed
the assessment and identification of the main characteristics of a separation unit LMS. The
application under consideration refers to the simulation of the separation of Ketamine and
Baclofen. These compounds were chosen because they are well characterized in the literature
and are available in kinetic studies and equilibrium adsorption on experimental results. With
the results of experiments evaluated the behavior of the direct and inverse problem of a
separation unit LMS in order to compare these results, always based on the criteria of
separation efficiency between the mobile and stationary phases. The methods studied were the
GA (Genetic Algorithm) and PCA (Particle Collision Algorithm) and we also made a
hybridization between the GA and PCA. This thesis, we analyzed and compared the
optimization methods in different aspects of the kinetic mechanism for mass transfer between
the adsorption and desorption of the adsorbent solid phases.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:UERJ:oai:www.bdtd.uerj.br:4323 |
| Date | 21 December 2012 |
| Creators | Kamilla Vogas Romualdo |
| Contributors | Antônio José da Silva Neto, Leôncio Diógenes Tavares Câmara, Rodrigo Otávio de Castro Guedes, Wagner Figueiredo Sacco, Francisco José da Cunha Pires Soeiro, Joaquim Teixeira de Assis |
| Publisher | Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, UERJ, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ, instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro, instacron:UERJ |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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