15 zyxwvuts Techno-economic Optimization of Isomerization of Maleic Acid to Fumaric Acid Using Ammonium Bromide as a Soluble Catalyst JUAN R. GONZALEZ-VELASCO, MIGUEL A. GUTIERREZ-ORTIZ, JOSE I. GUTIERREZ-ORTIZ, M. PILAR GONZALEZ-MARCOS and JOSE A. GONZALEZ-MARCOS Departumento de ingenieria Quimica, Facultad de Ciencias, Universidad de1 Pais Vasco, Apdo. 444, 48080 Bilbao (Spain) (Received November 8, 1990) zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA Abstract The isomerization of maleic acid to fumaric acid employing ammonium bromide and ammonium persulphate as catalytic and oxidizing agents respectively is studied. A relationship between the yield of fumaric acid and the Br- and S2082- amounts and the temperature is established from a statistical analysis of a set of experiments according to a central composite design. Relative prices of the promoting agents are introduced in the analysis and a design nomogram which allows techno-economic optimization of the process is presented. Synopse Un metodo especialmente ventajoso para preparar acid0 fimcirico es la isomerizacion de cicido maleico empleando un catalizador soluble formado por un compuesto capaz de proporcionar el ion bromuro y un compuesto oxidante. En este trabajo se reahza un estudio tecnico-eco- ndmico de la isomerizacion llevada a cabo en la pre- sencia de bromuro amonico y peroxidisulfato ambnico en un reactor discontinue agitado de tipo tanque coma el representudo en la Fig. 2. La concentracibn initial de acido maleico en la mezcla reactante es 3,07mol I-‘, similar a la utilizada en la practica industrial, y una velocidad de agitation de 300rpm aseguraba un comportamiento de mezcla perfecta en el reactor. Para analizar el efecto de las concentraciones de Br- y SzOR2- y de la temperatura sobre la production de Licido fumbrico (Y) dejinida coma porcentaje produ- cido respect0 al acid0 maleico alimentado, se han realizado unu serie de 17 experimentos (Tubku 2) correspondientes a un diseiio compuesto central rota- cional. El modelo estimado para la super$cie de res- puesta viene drfinido por Iu ecn. (6) con 10s &ores de 10s coejicientes mostrados en la ecn. (7). La Fig. 3 representa las superficies de respuesta obtenidas para cuatro dtferentes temperaturas a las que se desarrolla la isomerizacion. De aqui puede deducirse que las concentraciones de Br - y S,0,2- a utilizar coma agentes cataliticos dependen en gran manera de la temperatura, necesitandose una relation [Br -]/[Ss,0,2-] haja a bajas temperaturas (343 K) y una relacibn zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPO [Br zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTS -]/[S,O,‘-] alta para elevadas tem- peraturas (3.58 K). Tambien se observa una dtferente sensibilidad al cambio de concentraciones dependiendo de la temperatura de operation. El Iugar geometrico de lus condiciones de operation que maximizan la produccidn se ha representado en la Fig. 5, obteniendose en todos 10s cases valores simi- lares de production, de1 orden de1 96% (Fig. 4). La eleccidn de1 punto espectjko de la curva de la Fig. 5 que corresponde a la operation mas economica se deduce introduciendo 10s castes de la energiu y agentes catalitico y oxidante en el analisis. La ecn. (9) expresa una relacidn lineal entre las concentraciones de S20a2- y zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQ Br - cuya pendiente es la relacibn entre 10s precios de ambos agentes. El punto de tangencia entre la curva de la Fig. 5 y la recta de caste mas prbxima al origen de coordenadas indica Ias cantidades de agentes que minimizan ei caste de1 proceso. Introduction Fumaric acid is a commercially valuable product which may be obtained by the isomerization of maleic acid at elevated temperature or in the pres- ence of certain catalytic materials. There are many methods related to the isomerization of maleic acid to fumaric acid. Although these methods are quite effective, an especially advantageous method for preparing fu- maric acid involves the isomerization of maleic acid zyxwvuts 0255-2701/91/$3.50 Chew. Eng. Process.. 30 (1991) 15-21 Q Elsevier Sequoia/Printed in The Netherlands