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Tipo: Dissertação
Título: Modelagem de separação seletiva de compostos químicos baseada em sistema aquoso bifásico: abordagens mecanísticas e híbrida
Autor(es): Policarpo, Vítor Jucá
Orientador: Sant`Ana, Hosiberto Batista de
Coorientador: Lima, Álvaro Silva
Palavras-chave em português: Separação seletiva;Sistema aquoso bifásico;Modelagem híbrida;Massa - Transferência;Modelagem mecanística
Palavras-chave em inglês: Selective separation;Aqueous two-phase system;Hybrid modelling;Mass transfer;Mechanistic modelling
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Data do documento: 2025
Citação: POLICARPO, Vitor Jucá. Modelagem de separação seletiva de compostos químicos baseada em sistema aquoso bifásico: abordagens mecanísticas e híbrida. 2025. 131 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Este trabalho apresenta a modelagem matemática da separação seletiva de compostos de alto valor agregado em Sistemas Aquosos Bifásicos (SABs) do tipo álcool-sal. Trata-se da terceira etapa de uma pesquisa contínua, que previamente envolveu a avaliação de diagramas de fases e separações em batelada de vanilina e ácido ascórbico, seguido pelo estudo das condições experimentais de um extrator em operação contínua. Foram desenvolvidos três modelos mecanísticos, com complexidade progressiva, para representar a transferência de massa e o equilíbrio termodinâmico de fases. No entanto, suas limitações em prever a dinâmica em baixas concentrações evidenciaram lacunas nas abordagens tradicionais. Em resposta, uma nova abordagem foi proposta, associando equações mecanísticas com correlações fenomenológicas a partir de análise data-driven. Este modelo híbrido aumentou a acurácia ao capturar comportamentos não- lineares negligenciados pelos modelos puramente mecanísticos. A validação por meio da análise dos intervalos de confiança em diferentes protocolos operacionais, incluindo o ensaio em contracorrente, confirmou a capacidade preditiva do modelo híbrido, reduzindo os desvios padrão residuais em até 50% quando comparado com os melhores resultados dos modelos mecanísticos. Desafios persistem na previsão do particionamento do ácido ascórbico em sistemas com amostras alimentícias reais, devido a variações de pH e a introdução de biomoléculas com interações intermoleculares não previstas. O estudo aprofunda a compreensão dos mecanismos de particionamento em SABs e contribui para o avanço da modelagem destes sistemas, fornecendo uma base sólida para a aplicação futura sistemas contínuos mais complexos. A avaliação crítica dos modelos reforça a relevância de abordagens integradas no desenvolvimento de soluções aplicáveis à separação seletiva de biocompostos em escala laboratorial e potencialmente industrial.
Abstract: This work presents the mathematical modelling of the selective separation of high-value compounds in alcohol-salt type Aqueous Two-Phase Systems (ATPS). It represents the third stage of a continuous research effort, which previously involved the evaluation of phase diagrams and batch separations of vanillin and ascorbic acid, followed by the experimental study of a continuous extractor. Three mechanistic models of progressive complexity were developed to represent mass transfer and phase thermodynamic equilibrium. However, their limitations in predicting dynamics at low concentrations highlighted shortcomings in traditional approaches. In response, a new approach was proposed, combining mechanistic equations with phenomenological correlations derived from data-driven analysis. This hybrid model increased accuracy by depicting non-linear behaviours neglected by purely mechanistic models. Validation through confidence interval analysis under different operating protocols, including countercurrent operation, confirmed the predictive capability of the hybrid model, reducing residual standard deviations by up to 50% compared to the best mechanistic results. Challenges remain in predicting the partitioning of ascorbic acid in systems with real food samples, due to pH variations and the presence of biomolecules with unforeseen intermolecular interactions. This study deepens the understanding of partitioning mechanisms in ATPS and contributes to the advancement of modelling such systems, providing a solid foundation for future applications in more complex continuous operations. The critical evaluation of the proposed models reinforces the relevance of integrated approaches in developing solutions applicable to the selective separation of biocompounds at laboratory scale and with potential industrial implementation.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82956
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/6089902219479372
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0001-7558-3018
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/2092735974889850
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/3820562952937690
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DEQ - Dissertações defendidas na UFC

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