Advanced

Modeling and Calibration of Preparative Chromatography

Borg, Niklas LU (2013)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Det mesta i min avhandling handlar om utveckling av uppreningsprocesser i

läkemedelsindurstin. Den stora kostnaden för läkemedelsföretagen ligger oftast

inte i att producera ett läkemedel, utan att ta fram en produkt. Det är också

långt ifrån alla kandidater till läkemedel som till slut blir en produkt. Detta kan

till exempel bero på att kandidaten inte var tillräckligt effektiv mot det den skulle

behandla eller att den visade sig ha allvarliga bieffekter. Försäljningen av den

produkt som faktiskt når marknaden måste därför täcka kostnaden, inte bara

för den produktens utveckling, utan även för de som inte når marknaden. Ett

... (More)
Popular Abstract in Swedish

Det mesta i min avhandling handlar om utveckling av uppreningsprocesser i

läkemedelsindurstin. Den stora kostnaden för läkemedelsföretagen ligger oftast

inte i att producera ett läkemedel, utan att ta fram en produkt. Det är också

långt ifrån alla kandidater till läkemedel som till slut blir en produkt. Detta kan

till exempel bero på att kandidaten inte var tillräckligt effektiv mot det den skulle

behandla eller att den visade sig ha allvarliga bieffekter. Försäljningen av den

produkt som faktiskt når marknaden måste därför täcka kostnaden, inte bara

för den produktens utveckling, utan även för de som inte når marknaden. Ett

läkemedelspatent varar i ett antalår. För att täcka utvecklingskostnaderna är det

därför viktigt att produkten når marknaden så snabbt som möjligt.

Före en storskalig process framställsningsprocess av läkemedlet är designad,

finns det en begränsad mängd av det. Genom att anpassa en matematisk modell

till ett fåtal experiment kan man förutsäga vad som troligen skulle hända om man

gjorde andra experiment. Fördelen är att efter att modellen har blivit anpassad

går det inte åt mer läkemedel och en simulering får ett svar mycket snabbare

än från experiment. Detta gör att vi kan testa en mycket stor mängd möjliga

processalternativ för att hitta något som verkar lovande. De kombinationer som

verkar lovande kan sedan valideras med experiment.

Vi kan även utvärdera vad som händer med processen om den utsätts för

störningar. I mitt fall är det mest effekter av att processen varierar som unders

ökts. Det kan till exempel innebära att temperaturen inte behöver vara exakt

samma varje gång, utan kan variera lite som den ofta gör i en fabrikslokal. Jag tittar

också på vad som händer om den storskaliga processen inte är lika kontrollerad

som ett experiment i ett laboratorium. Om produkten inte är tillräckligt ren kan

läkemedelsföreget inte sälja det de har producerat. Det innebär en förlust i både

tid och resurser. Om det finns en risk för att mängden föroreningar blir för hög kan

lösningar på hur denna risk minimeras föreslås. Med modellen kan man utvärdera

vilken effekt det får att till exempel temperaturen är lite högre och att saltkoncentrationen

är lite lägre än vad som vore optimalt. Man kan förutsäga hur mycket

mer föroreningar produkten kommer innehålla och hur mycket av produkten som

kommer gå förlorad. (Less)
Abstract
In my thesis, I have modeled adsorption chromatography and simulated, calibrated, and analyzed models of adsorption chromatography.

While my main focus has been modeling and calibration of the models by estimating the parameters, the models used have been partly new.

The simulations are differentiated from the modeling in that the modeling describes the partial differential algebraic equation, while the simulation describes the discretization and solution of the model.



When a model is calibrated, the model parameters are estimated to replicate experimental data. While there are many methods to do this sequentially, the method I have used is the inverse method, where all parameters are estimated... (More)
In my thesis, I have modeled adsorption chromatography and simulated, calibrated, and analyzed models of adsorption chromatography.

While my main focus has been modeling and calibration of the models by estimating the parameters, the models used have been partly new.

The simulations are differentiated from the modeling in that the modeling describes the partial differential algebraic equation, while the simulation describes the discretization and solution of the model.



When a model is calibrated, the model parameters are estimated to replicate experimental data. While there are many methods to do this sequentially, the method I have used is the inverse method, where all parameters are estimated simultaneously.

It is sometimes harder to converge, but potential errors in the estimation do not propagate.

I have developed a method to find how model parameters may depend on experimental errors.



The process I have worked most with is ion-exchange chromatography, operated in bind and elute mode, and the model I have used most to describe the adsorption process is the steric mass action model.



The calibrated model can then be used to find potential process parameters by optimization. The model can also be used to analyze how the process reacts to different kinds of variations. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Prof Seidel-Morgenstern, Andreas, Chemical Process Engineering at University of Magdeburg
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Chromatography, Modeling, Simulation, Calibration, Model based analysis
pages
163 pages
publisher
Lund University (Media-Tryck)
defense location
Lecture hall A at the Center for Chemistry and Chemical Engineering, Getingevägen 60, Lund University Faculty of Engineering
defense date
2013-11-22 13:15
ISBN
978-91-7473-682-3
978-91-7473-681-6
project
PICLU
language
English
LU publication?
yes
id
20db4579-5cd8-4a23-9cc8-341da40c1197 (old id 4128249)
date added to LUP
2013-10-30 07:32:48
date last changed
2016-09-19 08:45:14
@misc{20db4579-5cd8-4a23-9cc8-341da40c1197,
  abstract     = {In my thesis, I have modeled adsorption chromatography and simulated, calibrated, and analyzed models of adsorption chromatography.<br/><br>
While my main focus has been modeling and calibration of the models by estimating the parameters, the models used have been partly new.<br/><br>
The simulations are differentiated from the modeling in that the modeling describes the partial differential algebraic equation, while the simulation describes the discretization and solution of the model.<br/><br>
<br/><br>
When a model is calibrated, the model parameters are estimated to replicate experimental data. While there are many methods to do this sequentially, the method I have used is the inverse method, where all parameters are estimated simultaneously. <br/><br>
It is sometimes harder to converge, but potential errors in the estimation do not propagate.<br/><br>
I have developed a method to find how model parameters may depend on experimental errors.<br/><br>
<br/><br>
The process I have worked most with is ion-exchange chromatography, operated in bind and elute mode, and the model I have used most to describe the adsorption process is the steric mass action model.<br/><br>
<br/><br>
The calibrated model can then be used to find potential process parameters by optimization. The model can also be used to analyze how the process reacts to different kinds of variations.},
  author       = {Borg, Niklas},
  isbn         = {978-91-7473-682-3},
  keyword      = {Chromatography,Modeling,Simulation,Calibration,Model based analysis},
  language     = {eng},
  pages        = {163},
  publisher    = {ARRAY(0x8eccfe0)},
  title        = {Modeling and Calibration of Preparative Chromatography},
  year         = {2013},
}