Modelagem matemática aplicada à produção de 6-APA por hidrólise enzimática da penicilina G em reator batelada

O ácido 6-aminopenicilânico (6-APA) é um intermediário beta-lactâmico de grande relevância industrial, com mercado estimado em USD 65,22 bilhões para 2029, sendo fundamental para a síntese de antibióticos semissintéticos. Sua produção pode ser realizada pela rota enzimática, que apresenta vantagens ambientais e econômicas, além de possibilitar o controle de parâmetros operacionais. O uso de enzimas imobilizadas nessa rota assegura maior proteção contra desnaturação, possibilidade de reutilização, manutenção da atividade catalítica e maior estabilidade térmica e química. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a análise de um modelo matemático para a produção de 6-APA por meio da hidrólise enzimática heterogênea da penicilina G em reator batelada, catalisada pela penicilina G acilase (PGA) imobilizada em suportes esféricos. O modelo contempla os balanços de massa nas fases sólida e líquida, incorporando efeitos difusivos e convectivos sobre a cinética da reação. Três metodologias foram aplicadas para a resolução do sistema de equações diferenciais: Método das Linhas (MOL), Aproximação Clássica e a Técnica das Integrais Acopladas com aproximação H₁,₁ (CIEA). A análise de convergência definiu a malha necessária para a resolução via MOL, enquanto a comparação entre os resultados obtidos pelas três metodologias evidenciou forte concordância, demonstrando a consistência do modelo. As simulações indicaram que o número de Biot mássico (Bim) influencia significativamente o desempenho da reação, sendo que a conversão completa ocorre mais rapidamente para Bim = 10. Os resultados confirmam a robustez do modelo e a eficiência das técnicas numéricas utilizadas, contribuindo para a compreensão e a otimização de processos enzimáticos heterogêneos em escala industrial.