Acid fumariceste un acid organic comun utilizat pe scară largă în industria alimentară, furajeră, farmaceutică, rășină, poliester nesaturat și agenți de curățare. Odată cu creșterea cererii, au apărut diverse rute sintetice în diferite țări. Procesele diferite variază semnificativ în ceea ce privește sursele de materii prime, randamentul, consumul de energie și cerințele de mediu. Mai jos este un rezumat al proceselor de producție curente din perspectivă industrială.
1. Metoda de distilare a hidrogenului (anhidridă fenilică → acid maleic → acid fumaric)
Aceasta este în prezent cea mai comună cale industrializată la nivel global, cu tehnologie matură, producție ridicată și puritate ridicată a produsului.
Fluxul procesului:
Butanul sau benzenul este oxidat pentru a produce anhidridă maleică;
Anhidrida masivă este hidrolizată pentru a produce acid maleic;
Acidul maleic este apoi transformat în acid fumaric prin hidrogenare catalitică sau izomerizare;
Produsul se obține prin filtrare, decolorare, cristalizare și uscare.
Avantaje: tehnologie matură, grad ridicat de continuitate, potrivită pentru producția la scară mare{0}.
Dezavantaje: Costurile materiilor prime sunt afectate de fluctuațiile prețurilor petrochimice și este necesar un sistem de tratare a gazelor reziduale.
2. Metoda de izomerizare catalitică (acid maleic → acid fumaric)
Această metodă folosește acid maleic ca materie primă principală, obținând direct acid fumaric printr-o reacție de izomerizare catalitică. În mod obișnuit, se folosesc săruri de metale alcaline, rășini slab acide și catalizatori pe bază de molibden-.
Caracteristici:
Condiții de funcționare blânde;
Rată de conversie ridicată, impurități scăzute;
Potrivit pentru întreprinderile mari și mijlocii-pentru extinderea producției sau pentru co-producție cu instalații de anhidridă maleică.
Cheia aici este controlul reacției, care necesită optimizarea formulării catalizatorului, a valorii pH-ului și a temperaturii pentru a evita formarea de produse secundare, cum ar fi acidul malic.
3. Metoda de deshidratare a acidului malic (Acid L-Malic → Acid fumaric)
Această cale se bazează pe reacția de deshidratare a acidului malic pentru a produce acid fumaric sub acțiunea unui catalizator acid (cum ar fi acidul sulfuric, carbonul activat care susține grupările acide sau acidul solid).
Avantaje:
Traseu simplu, reacție controlabilă;
Potrivit pentru producerea de acid fumaric de calitate-alimentară sau farmaceutică-(puritate ridicată).
Dezavantaje:
Prețurile materiilor prime sunt mai mari decât acidul maleic, ceea ce face ca acesta să fie mai puțin competitiv-;
Folosit în mare parte în fabrici mici și mijlocii-sau pentru aplicații speciale.
4. Metoda de bio-fermentare (Sursă regenerabilă de carbon → Acid fumaric)
Odată cu promovarea chimiei durabile, metodele bazate pe bio-au devenit un punct fierbinte de cercetare globală. Microorganismele comune includ ciuperci filamentoase, cum ar fi *Rhizopus oryzae* și *Rhizopus arrhizus*.
Proces de productie:
Folosește ca materii prime glucoză, hidrolizat de amidon, melasă sau zaharuri de lignină-celuloză;
Controlul pH-ului, oxigenului dizolvat și concentrațiilor de sare de calciu promovează acumularea de acid fumaric;
Utilizează separarea prin membrană, cristalizarea sau electrodializa pentru a extrage produsul.
Avantaje:
Utilizează resurse regenerabile;
Proces verde cu emisii scăzute de carbon;
Nu este nevoie de oxidare la temperatură ridicată și de tratare a gazelor de eșapament ca în rutele petrochimice.
Dezavantaje:
Randamentul și scalabilitatea sunt încă limitate;
Rutele bazate pe bio-de calitate industrială nu au fost încă adoptate pe deplin în unele țări.
Metodele bazate pe bio-reprezintă o tendință internațională, atrăgând în special atenția în industria alimentară și a furajelor, deoarece eticheta surselor lor naturale are o valoare de piață mai mare. 5. Metoda de oxidare chimică (Massene → Sistem de anhidridă maleică)
Unele plante folosesc butenă și n{0}}butan ca materii prime, oxidându-le selectiv pentru a produce produse intermediare, care sunt apoi hidrolizate și izomerizate în continuare pentru a obține acid fumaric. Aceasta face parte din sistemul petrochimic tradițional, similar cu metoda de distilare a hidrogenului, doar materiile prime din etapa de oxidare sunt diferite.
Caracteristici:
Se bazează pe un sistem matur de materii prime petrochimice;
Potrivit pentru procesare extinsă în combinație cu plantele de anhidridă maleică;
Cost mai mic, dar necesită un consum mare de energie și un tratament strict al deșeurilor.
6. Alte rute emergente (Etapa experimentală sau-la scară mică)
Sinteză electrochimică: Utilizează electrocataliza pentru a transforma direct sărurile maleate în acid fumaric; încă în stadiul de testare de laborator și semi-industrială.
Proces cu flux continuu cu catalizator solid: îmbunătățește randamentul și siguranța prin reactoare cu pat fix-sau microcanal; potrivit pentru dezvoltarea viitoare a fabricii inteligente.
Ruta fotocatalitică: utilizează materiale fotosensibile pentru a promova conversia; încă în stadiu exploratoriu.
Tendințele industriei și direcțiile viitoare
Din perspectiva pieței globale, producția de acid fumaric are o tendință către materii prime mai ecologice, mai reduse{0}}energie-, puritate mai ridicată-și materii prime mai durabile:
Ruta petrochimică va rămâne dominantă datorită costului mai mic;
Traseul bazat pe bio-se va extinde în sectorul alimentar, farmaceutic și al materialelor-de ultimă generație;
Tehnologia catalizatorului și echipamentele de producție continuă vor reduce semnificativ consumul de energie și evacuarea apelor uzate;
Noile procese vor pune un accent mai mare pe economia circulară, cum ar fi integrarea sistemelor simbiotice, recuperarea catalizatorului și utilizarea produselor secundare.