Modeling and simulation of preparative chromatographic processes

Neste trabalho foi desenvolvido um programa computacional, com interface amigável ao usuário, que simula os processos cromatográficos de adsorção em tanque agitado, adsorção em coluna de leito fixo e exclusão molecular em coluna de leito fixo. O programa utiliza modelos de transferência de massa que consideram resistência à transferência de massa no filme, difusão dentro da partícula e, no caso de processos em coluna, dispersão axial. Nos processos de adsorção, o modelo utilizado pelo programa considera equilíbrio instantâneo entre a partícula e o líquido dentro da partícula. O modelo de equilíbrio usado é o modelo de Langmuir não competitivo. O programa foi utilizado para o estudo do processo de adsorção das proteínas do soro, α- lactoalbumina e β-lactoglobulina, por uma resina de troca iônica empacotada em uma coluna de leito fixo, e mostrou-se eficiente na simulação desse processo. Por meio do programa também foi possível simular, com boa precisão, o processo de purificação dessas proteínas por cromatografia de exclusão molecular após estas terem sido fracionadas por sistemas aquosos bifásicos. Além disso, o programa possibilitou a simulação da cinética de transferência de massa do processo de adsorção dessas mesmas proteínas por uma resina de troca iônica utilizando o modelo de adsorção em tanque agitado. A interface gráfica e a visualização do processo de separação ou de adsorção são características que tornam o programa especialmente atrativo para profissionais que trabalham com cromatografia preparativa.In this work was developed a computational program with a friendly user interface that simulates the chromatographic processes of adsorption in stirred tank, adsorption in fixed bed column and size exclusion in fixed bed column. The software uses mass transfer models that consider mass transfer resistance in the film, diffusion inside of the particle and, in the case of processes in column, axial dispersion. The models used for the software in the adsorption processes consider instantaneous equilibrium between the particle and the liquid inside of the particle. It was used the noncompetitive equilibrium model of Langmuir. The software was used for the study of the adsorption process of whey proteins, α- lactalbumin and β-lactoglobulin, by an ionic exchange resin packed in a fixed bed column, and the model revealed efficient in the simulation of this process. By means of the software also it was possible to simulate accurately the purification process of these proteins by size exclusion chromatography after these to have been fractionate by aqueous two-phase systems. Moreover, it was possible to simulate the mass transfer kinetic of the adsorption process of these same proteins by an ionic exchange resin using the adsorption model to stirred tank. The graphical interface and the visualization of the adsorption or separation processes are characteristics that become the software especially attractive to professionals who work with preparative chromatography.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai