Ácido fumáricoé um ácido orgânico comum amplamente utilizado nas indústrias de alimentos, rações, farmacêutica, resina, poliéster insaturado e agentes de limpeza. Com o aumento da procura, surgiram diversas rotas sintéticas em diferentes países. Diferentes processos variam significativamente em termos de fontes de matéria-prima, rendimento, consumo de energia e requisitos ambientais. Abaixo está um resumo dos atuais processos de produção convencionais de uma perspectiva industrial.
1. Método de destilação de hidrogênio (anidrido fenílico → ácido maleico → ácido fumárico)
Esta é atualmente a rota industrializada mais comum em todo o mundo, com tecnologia madura, alto rendimento e alta pureza do produto.
Fluxo do Processo:
Butano ou benzeno são oxidados para produzir anidrido maleico;
O anidrido mássico é hidrolisado para produzir ácido maleico;
O ácido maleico é então convertido em ácido fumárico através de hidrogenação catalítica ou isomerização;
O produto é obtido por filtração, descoloração, cristalização e secagem.
Vantagens: Tecnologia madura, alto grau de continuidade, adequada para produção em-grande escala.
Desvantagens: Os custos das matérias-primas são afetados pelas flutuações nos preços petroquímicos e é necessário um sistema de tratamento de gases residuais.
2. Método de Isomerização Catalítica (Ácido Maleico → Ácido Fumárico)
Este método utiliza o ácido maleico como principal matéria-prima, obtendo diretamente o ácido fumárico através de uma reação de isomerização catalítica. Sais de metais alcalinos, resinas fracamente ácidas e catalisadores à base de molibdênio-são comumente usados.
Características:
Condições operacionais amenas;
Alta taxa de conversão, baixas impurezas;
Adequado para empresas de grande e médio- porte expandirem a produção ou para co{1}}produção com fábricas de anidrido maleico.
A chave aqui é o controle da reação, exigindo otimização da formulação do catalisador, valor do pH e temperatura para evitar a formação de subprodutos como o ácido málico.
3. Método de desidratação de ácido málico (L-ácido málico → ácido fumárico)
Esta rota depende da reação de desidratação do ácido málico para produzir ácido fumárico sob a ação de um catalisador ácido (como ácido sulfúrico, carvão ativado que suporta grupos ácidos ou ácido sólido).
Vantagens:
Rota simples, reação controlável;
Adequado para a produção de ácido fumárico de grau alimentício-ou farmacêutico-(alta pureza).
Desvantagens:
Os preços das matérias-primas são mais elevados do que o ácido maleico, tornando-o menos competitivo-em termos de custo;
Usado principalmente em fábricas-de pequeno e médio porte ou para aplicações especiais.
4. Método de bio-fermentação (fonte de carbono renovável → ácido fumárico)
Com a promoção da química sustentável, os-métodos de base biológica se tornaram um ponto importante de pesquisa global. Microrganismos comuns incluem fungos filamentosos como *Rhizopus oryzae* e *Rhizopus arrhizus*.
Processo de produção:
Usa glicose, hidrolisado de amido, melaço ou açúcares de lignina-celulose como matéria-prima;
O controle das concentrações de pH, oxigênio dissolvido e sal de cálcio promove o acúmulo de ácido fumárico;
Usa separação por membrana, cristalização ou eletrodiálise para extrair o produto.
Vantagens:
Utiliza recursos renováveis;
Processo verde com baixas emissões de carbono;
Não há necessidade de oxidação-em alta temperatura e tratamento de gases de escape como nas rotas petroquímicas.
Desvantagens:
O rendimento e a escalabilidade ainda são limitados;
As rotas industriais-de base biológica-de nível industrial ainda não foram totalmente adotadas em alguns países.
Os métodos-de base biológica são uma tendência internacional, atraindo atenção principalmente nas indústrias de alimentos e rações porque seu rótulo de origem natural tem maior valor de mercado. 5. Método de Oxidação Química (Massene → Sistema de Anidrido Maleico)
Algumas plantas usam buteno e n-butano como matérias-primas, oxidando-os seletivamente para produzir produtos intermediários, que são então hidrolisados e isomerizados para obter ácido fumárico. Isso faz parte do sistema petroquímico tradicional, semelhante ao método de destilação do hidrogênio, apenas as matérias-primas na fase de oxidação são diferentes.
Características:
Depende de um sistema maduro de matérias-primas petroquímicas;
Adequado para processamento prolongado em conjunto com plantas de anidrido maleico;
Menor custo, mas requer alto consumo de energia e tratamento rigoroso de resíduos.
6. Outras rotas emergentes (estágio experimental ou em pequena{1}escala)
Síntese Eletroquímica: Utiliza eletrocatálise para converter diretamente sais de maleato em ácido fumárico; ainda em fase de testes laboratoriais e semi{0}}industriais.
Processo de fluxo contínuo de catalisador sólido: melhora o rendimento e a segurança por meio de reatores de leito-fixo ou de microcanais; adequado para o futuro desenvolvimento de fábricas inteligentes.
Rota Fotocatalítica: Utiliza materiais fotossensíveis para promover a conversão; ainda em fase exploratória.
Tendências da indústria e direções futuras
Do ponto de vista do mercado global, a produção de ácido fumárico tende a ser mais ecológica, com menor consumo-de energia, maior-pureza e matérias-primas mais sustentáveis:
A rota petroquímica continuará dominante devido ao seu menor custo;
A rota-de base biológica se expandirá para os setores alimentício, farmacêutico e de materiais-de alta qualidade;
A tecnologia de catalisadores e os equipamentos de produção contínua reduzirão significativamente o consumo de energia e a descarga de águas residuais;
Novos processos darão maior ênfase à economia circular, como a integração de sistemas simbióticos, recuperação de catalisadores e utilização de subprodutos.