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Publicação
Simulation, Optimization and Experimental Validation of an Improved Version of the Gradient Steady State Recycle (GSSR) Process
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.03 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Chromatography plays a major role in the downstream processing of biopharmaceu-
ticals. Due to its high specificity, is also one of the major expenses in the production
train, that is why it is a process in constant development. Continuous chromatography,
compared to batch, achieves the same degrees of purity and has much higher yields, with
the trade-off of having a higher investment cost and an increase in process complexity. The
Gradient Steady State Recycle (GSSR), developed by our research group, is a 3-column
semi-continuous process for central-cut separation of ternary and pseudo-ternary mix-
tures, comprised of 8 steps. This work aims to use state-of-the-art computational tools
to improve the GSSR process previously reported, to develop an experimental set-up
that can mimic any 3-column or less chromatographic process and to develop a control
and automation software in the Julia language. The numerical optimizations performed
showed that the GSSR can be simplified from 8 to 6 steps, and in certain conditions in
can be further simplified to only 4 steps. Furthermore, comparing to the original GSSR
problem, our optimizations predict a productivity increase of about 4-fold, a concentration
ratio increase of about 5-fold and a solvent consumption decrease of about 10-fold. Lastly,
we used a ternary mixture of Uridine, Guanosine and Tryptophan and tested our experi-
mental set-up using the 4-step GSSR process and show that the simulations predict the
experimental results with a good degree of accuracy, which further proofs the robustness
of the mathematical tools created in-house.
A cromatografia tem um papel crucial no processo a jusante de biofármacos. Devido à sua alta especificidade, é um dos processos mais custosos na linha de produção, o que faz com que esteja em constante desenvolvimento. Cromatografia contínua, comparada com descontínua, atinge os mesmo graus de pureza com graus de recuperação muito maiores, com a desvantagem do investimento inicial ser muito grande e a complexidade do processo ser maior. O Reciclo com Gradiente em Estado Estacionário (RGEE), desenvolvido pelo nosso grupo de investigação, é um processo de 3 colunas semi-contínuo para separação de corte central de misturas ternárias ou pseudo-ternárias, composto por 8 passos. Este trabalho tem o objetivo de utilizar avançadas ferramentas computacionais para melhorar o RGEE, desenvolver um protótipo experimental que consiga mimetizar qualquer processo cromatográfico composto por 3 ou menos colunas e desenvolver um software de controlo e automação de todos os equipamentos instalados no protótipo na linguagem Julia. As otimizações numéricas que foram feitas mostram que o RGEE pode ser reduzido de 8 para 6 passos, e em determinadas condições pode ser ainda reduzido para apenas 4 passos. Mais ainda, comparando com o problema original do RGEE, as nossas otimizações prevêem uma produtividade 4 vezes superior, um rácio de concentração 5 vezes superior e um consumo de solvente 10 vezes inferior. Por fim, utilizámos uma mistura ternária de Uridina, Guanosina e Triptofano e usámo-la para testar o nosso protótipo experimental usando a versão de 4 passos do RGEE e mostramos que as simulações desenvolvidas conseguem prever os resultados experimentais com um bom grau de precisão, o que valida a robustez das ferramentas matemáticas criadas no nosso grupo.
A cromatografia tem um papel crucial no processo a jusante de biofármacos. Devido à sua alta especificidade, é um dos processos mais custosos na linha de produção, o que faz com que esteja em constante desenvolvimento. Cromatografia contínua, comparada com descontínua, atinge os mesmo graus de pureza com graus de recuperação muito maiores, com a desvantagem do investimento inicial ser muito grande e a complexidade do processo ser maior. O Reciclo com Gradiente em Estado Estacionário (RGEE), desenvolvido pelo nosso grupo de investigação, é um processo de 3 colunas semi-contínuo para separação de corte central de misturas ternárias ou pseudo-ternárias, composto por 8 passos. Este trabalho tem o objetivo de utilizar avançadas ferramentas computacionais para melhorar o RGEE, desenvolver um protótipo experimental que consiga mimetizar qualquer processo cromatográfico composto por 3 ou menos colunas e desenvolver um software de controlo e automação de todos os equipamentos instalados no protótipo na linguagem Julia. As otimizações numéricas que foram feitas mostram que o RGEE pode ser reduzido de 8 para 6 passos, e em determinadas condições pode ser ainda reduzido para apenas 4 passos. Mais ainda, comparando com o problema original do RGEE, as nossas otimizações prevêem uma produtividade 4 vezes superior, um rácio de concentração 5 vezes superior e um consumo de solvente 10 vezes inferior. Por fim, utilizámos uma mistura ternária de Uridina, Guanosina e Triptofano e usámo-la para testar o nosso protótipo experimental usando a versão de 4 passos do RGEE e mostramos que as simulações desenvolvidas conseguem prever os resultados experimentais com um bom grau de precisão, o que valida a robustez das ferramentas matemáticas criadas no nosso grupo.
Descrição
Palavras-chave
chromatography continuous chromatography gradient steady state recycle GSSR mathematical optimization system modeling