Problemas direto e inverso de processos de separação em leito móvel simulado mediante mecanismos cinéticos de adsorção

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.

Simulação de processos de adsorção recorrendo ao Aspen Chromatography

As operações de separação por adsorção têm vindo a ganhar importância nos últimos anos, especialmente com o desenvolvimento de técnicas de simulação de leitos móveis em colunas, tal como a cromatografia de Leito Móvel Simulado (Simulated Moving Bed, SMB). Esta tecnologia foi desenvolvida no início dos anos 60 como método alternativo ao processo de Leito Móvel Verdadeiro (True Moving Bed, TMB), de modo a resolver vários dos problemas associados ao movimento da fase sólida, usuais nestes métodos de separação cromatográficos de contracorrente. A tecnologia de SMB tem sido amplamente utilizada em escala industrial principalmente nas indústrias petroquímica e de transformação de açúcares e, mais recentemente, na indústria farmacêutica e de química fina. Nas últimas décadas, o crescente interesse na tecnologia de SMB, fruto do alto rendimento e eficiente consumo de solvente, levou à formulação de diferentes modos de operação, ditos não convencionais, que conseguem unidades mais flexíveis, capazes de aumentar o desempenho de separação e alargar ainda mais a gama de aplicação da tecnologia. Um dos exemplos mais estudados e implementados é o caso do processo Varicol, no qual se procede a um movimento assíncrono de portas. Neste âmbito, o presente trabalho foca-se na simulação, análise e avaliação da tecnologia de SMB para dois casos de separação distintos: a separação de uma mistura de frutose-glucose e a separação de uma mistura racémica de pindolol. Para ambos os casos foram considerados e comparados dois modos de operação da unidade de SMB: o modo convencional e o modo Varicol. Desta forma, foi realizada a implementação e simulação de ambos os casos de separação no simulador de processos Aspen Chromatography, mediante a utilização de duas unidades de SMB distintas (SMB convencional e SMB Varicol). Para a separação da mistura frutose-glucose, no quediz respeito à modelização da unidade de SMB convencional, foram utilizadas duas abordagens: a de um leito móvel verdadeiro (modelo TMB) e a de um leito móvel simulado real (modelo SMB). Para a separação da mistura racémica de pindolol foi considerada apenas a modelização pelo modelo SMB. No caso da separação da mistura frutose-glucose, procedeu-se ainda à otimização de ambas as unidades de SMB convencional e Varicol, com o intuito do aumento das suas produtividades. A otimização foi realizada mediante a aplicação de um procedimento de planeamento experimental, onde as experiências foram planeadas, conduzidas e posteriormente analisadas através da análise de variância (ANOVA). A análise estatística permitiu selecionar os níveis dos fatores de controlo de modo a obter melhores resultados para ambas as unidades de SMB.

Multimilligram enantioresolution of sulfoxide proton pump inhibitors by liquid chromatography on polysaccharide-based chiral stationary phase

The enantiomers of sulfoxide proton pump inhibitors - omeprazole, lansoprazole, rabeprazole and Ro 18-5364 - were enantiomerically separated by liquid chromatography at multimilligram scale on a poly saccharide-based chiral stationary phase using normal and polar organic conditions as mobile phase. The values of the recovery and production rate were significant for each enantiomer; better results were achieved using a solid-phase injection system. However, this system was applied just for the enantionteric separation of omeprazole to demonstrate the applicability of this injection mode at milligram scale. The chiroptical characterization of the compounds was performed using a polarimeter and a circular dichroism detector. The higher enantiomeric purity obtained for the isolated enantiomers suggests that the methods here described should be considered as a simple and rapid way to obtain enantiomeric pure standards for analytical purpose. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Albendazole sulfoxide enantiomers: Preparative chiral separation and absolute stereochemistry

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Resistive simulated weightbearing exercise with whole body vibration reduces lumbar spine deconditioning in bed-rest

STUDY DESIGN: Randomized controlled trial. OBJECTIVE: Determine the effectiveness a resistive exercise countermeasure with whole-body vibration in relation to lumbo-pelvic muscle and spinal morphology changes during simulated spaceflight (bed-rest). SUMMARY OF BACKGROUND DATA: Spinal lengthening, flattening of the spinal curves, increases in disc size, and muscle atrophy are commonly seen in spaceflight simulation. This may represent a risk for low back injury. Consideration of exercise countermeasures against these changes is critical for success of long-term spaceflight missions. METHODS: Twenty healthy male subjects underwent 8-weeks of bed-rest with 6-months follow-up and were randomly allocated to an inactive control or countermeasure exercise group. Magnetic resonance imaging of the lumbo-pelvic region was conducted at regular time-points during and after bed-rest. Using uniplanar images at L4, cross-sectional areas of the multifidus, lumbar erector spinae, quadratus lumborum, psoas, anterolateral abdominal, and rectus abdominis muscles were measured. Sagittal scans were used to assess lumbar spine morphology (length, sagittal disc area and height, and intervertebral angles). RESULTS: The countermeasure group exhibited less multifidus muscle atrophy (P = 0.024) and its atrophy did not persist long-term as in the control group (up to 3-months; P < 0.006). Spinal lengthening (P = 0.03) and increases in disc area (P = 0.041) were also reduced. Significant partial correlations (P < 0.001) existed between spinal morphology and muscle cross-sectional area changes. CONCLUSION: The resistive vibration exercise countermeasure reduced, but did not entirely prevent, multifidus muscle atrophy and passive spinal tissue deconditioning during bed-rest. Atrophy of the multifidus muscles was persistent long-term in the inactive subjects. Future work could consider closer attention to spinal posture during exercise and optimizing exercise dose.

Efficiently retrieving longest common route patterns of moving objects by summarizing turning regions

The popularity of online location services provides opportunities to discover useful knowledge from trajectories of moving objects. This paper addresses the problem of mining longest common route (LCR) patterns. As a trajectory of a moving object is generally represented by a sequence of discrete locations sampled with an interval, the different trajectory instances along the same route may be denoted by different sequences of points (location, timestamp). Thus, the most challenging task in the mining process is to abstract trajectories by the right points. We propose a novel mining algorithm for LCR patterns based on turning regions (LCRTurning), which discovers a sequence of turning regions to abstract a trajectory and then maps the problem into the traditional problem of mining longest common subsequences (LCS). Effectiveness of LCRTurning algorithm is validated by an experimental study based on various sizes of simulated moving objects datasets. © 2011 Springer-Verlag.

Mathematical model of COREX melter gasifier: Part I. Steady-state model

The COREX melter gasifier is a countercurrent reactor to produce liquid iron. Directly reduced iron (DRI), noncoking coal, and other additives are charged to the melter gasifier at their respective temperatures, and O-2 is blown through the tuyeres. Functionally, a melter gasifier is divided into three zones: a moving bed, fluidized bed, and free board. A model has been developed for the moving bed, where the tuyere region is two-dimensional (2-D) and the rest is one-dimensional (1-D). It is based on multiphase conservation of mass, momentum, and heat. The fluidized bed has been treated as 1-D. Partial equilibrium is calculated for the free board. The calculated temperature of the hot metal, the top gas, and the chemistry of the top gas agree with the reported plant data. The model has been used to study the effects of bed height, injection of impure O-2, coal chemistry, and reactivity on the process performance.

Tsunamis - a model of their generation and propagation

A general solution is presented for water waves generated by an arbitrary movement of the bed (in space and time) in a two-dimensional fluid domain with a uniform depth. The integral solution which is developed is based on a linearized approximation to the complete (nonlinear) set of governing equations. The general solution is evaluated for the specific case of a uniform upthrust or downthrow of a block section of the bed; two time-displacement histories of the bed movement are considered.

An integral solution (based on a linear theory) is also developed for a three-dimensional fluid domain of uniform depth for a class of bed movements which are axially symmetric. The integral solution is evaluated for the specific case of a block upthrust or downthrow of a section of the bed, circular in planform, with a time-displacement history identical to one of the motions used in the two-dimensional model.

Since the linear solutions are developed from a linearized approximation of the complete nonlinear description of wave behavior, the applicability of these solutions is investigated. Two types of non-linear effects are found which limit the applicability of the linear theory: (1) large nonlinear effects which occur in the region of generation during the bed movement, and (2) the gradual growth of nonlinear effects during wave propagation.

A model of wave behavior, which includes, in an approximate manner, both linear and nonlinear effects is presented for computing wave profiles after the linear theory has become invalid due to the growth of nonlinearities during wave propagation.

An experimental program has been conducted to confirm both the linear model for the two-dimensional fluid domain and the strategy suggested for determining wave profiles during propagation after the linear theory becomes invalid. The effect of a more general time-displacement history of the moving bed than those employed in the theoretical models is also investigated experimentally.

The linear theory is found to accurately approximate the wave behavior in the region of generation whenever the total displacement of the bed is much less than the water depth. Curves are developed and confirmed by the experiments which predict gross features of the lead wave propagating from the region of generation once the values of certain nondimensional parameters (which characterize the generation process) are known. For example, the maximum amplitude of the lead wave propagating from the region of generation has been found to never exceed approximately one-half of the total bed displacement. The gross features of the tsunami resulting from the Alaskan earthquake of 27 March 1964 can be estimated from the results of this study.

Análise da Eficiência de Nitrificação em Reatores Biológicos de Leito Móvel (MBBR) em escala de bancada utilizando efluente de Refinaria de Petróleo.

As atividades industriais petroquímicas, incluindo as refinarias de petróleo, são grandes consumidoras de água e, consequentemente, grandes geradoras de efluentes industriais contendo uma infinidade de contaminantes. No caso das refinarias de petróleo brasileiras, o nitrogênio amoniacal tem se tornado um componente crítico a ser tratado, o que tem sido feito através de processos de tratamento biológicos que utilizam a nitrificação como base. Neste trabalho, foi avaliada a operação de um reator de leito móvel (MBBR), em escala de bancada, utilizando suportes de polietileno com área específica de 820 m2.m-3, para tratar um efluente proveniente de uma refinaria brasileira com alta concentração de nitrogênio amoniacal. O efluente bruto apresentou demanda química de oxigênio entre 100 e 300 mg.L-1, teores de nitrogênio amoniacal entre 60 e 90 mg.L-1 e condutividade elétrica entre 1 e 2 mS.cm-1. Mesmo com variações da qualidade da alimentação da planta ao longo do estudo, como o aumento das concentrações de contaminantes, incluindo inibidores da nitrificação típicos dos efluentes de refinaria, a planta atendeu à Resolução CONAMA 430/2011 (BRASIL, 2011), que limita a concentração de descarte em 20 mg.L-1 para o contaminante nitrogênio amoniacal, em 93% das medições. Para o caso de uma fictícia legislação mais restritiva, que exigisse limite de 5 mg.L-1 desse contaminante, houve sucesso no tratamento em 83% do tempo, com eficiência média de nitrificação de 93,1%, evidenciando que há uma possibilidade real de utilização do processo MBBR em refinarias brasileiras.

喷流-移动床垃圾衍生燃料热解燃烧特性研究

垃圾的处置已成为全球性环境问题。与填埋法相比，焚烧、热解和气化等热处理法具有减容、减量和能源化利用等优点。如何控制垃圾焚烧过程中HCI、二恶英和未燃尽碳氢化合物等污染物的排放也引起越来越多国家的关注。采用先热解（或气化）再气相燃烧的方法以及对垃圾预处理保持垃圾组成相对稳定的RDF技术是减少二次污染的有效手段。喷动技术能够用相对较小气量流化较粗大颗粒，是进行RDF热解的较佳选择。但RDF具有密度小、流动性差等特点，考虑减少空气量和改善RDF流动性，在喷动床中水平引入辅助气，称为"喷流一移动床"。本论文首先在室温下对喷流一移动床的流体力学特性进行了研究。结果表明，水平辅助气的引入可以降低中心最小喷动气速，调控喷泉高度，提高环流区颗粒的流动速度，增大颗粒的循环流量。在此基础上，根据先部分燃烧部分热解后气相燃烧以及自热型的原则，设计了下部为喷流一移动床热解室上部为气相燃烧室的两段式RDF热解燃烧反应器，并利用实验室内制备的RDF对该反应器的运行特性进行了评价。论文对喷动空气量和辅助空气量对热解室温度分布、气体分布，二次空气对燃烧室温度分布以及CO和NOx的释放特性的影响进行了研究，然后对有机氯（PVC）和无机氯（NaCI）产生Hcl特性、Ca（OH）2对HCI的脱除特性及机理进行了研究。实验结果表明，RDF可以成功地进行自热型的先热解后气相燃烧，通过改变空气／燃料比可以控制热解室温度，水平辅助气的引入可以使热解室轴向温度分布更加均匀，热解室中可以得到O2含量低于2v％热解气体，热解气体在燃烧室中能完全燃烧。二次空气能够控制燃烧室温度以及Co和NOx的排放。PVC中氯能产生较大数量的HCI外,NaCl同样也可生成HCl；温度对PVC生成HCI量的影响很小，而对NaCI却起主要影响作用。漓温不利于钙化物与HCI反应的进仃，同时CaC12在高温时与石英砂(SiO2)、水蒸汽反应产生HCl，因此Ca（OH）2的脱氯效率会降低。