苯甲酸、苯甲醇和苯甲醛均是重要的化工产品或重要中间体,广泛应用于医药、农药、香料、染料、化妆品等领域。目前,生产这些产品的方法包括氯苄水解法和甲苯液相直接空气氧化法,由于氯苄水解法对设备要求较高,排出尾气污染环境,且所得产品中含有卤素氯,影响了其在医药、香料行业的应用,而甲苯液相直接空气氧化法是一种绿色环保生产工艺,反应条件温和、安全性好,因此成为其主要生产方法。但基于连串反应本身性质、反应条件和反应器结构的特点,甲苯液相直接空气氧化生产过程中苯甲酸的产量占到了总产量的95%以上,而苯甲醛的产量则很低,造成产品结构严重失衡,苯甲酸的价格一直走低,而苯甲醛的价格则居高不下。因此,深入研究甲苯液相直接空气氧化生产过程,改善产品结构,将对提高企业经济效益具有十分重要的意义。甲苯液相直接空气氧化生产过程的经典工艺是意大利SNIA工艺。催化剂系统主要为环烷酸钴系列或醋酸钴系列。虽然经过长径比、搅拌形式和换热方式的调整,该工艺反应器的形式采用气液鼓泡接触的釜式反应器,,该种反应器的流动状态接近全混流反应器,不利于中间产物苯甲醛选择性的提高。为此本论文提出采用管式反应器形式,在自主设计和制造的实验室管式反应器中开展甲苯液相直接空气氧化反应过程中产物随反应条件的变化,探索以管式反应器替代工业釜式反应器的可能性。所采用的管式反应器设计为首尾相接的4根1米长垂直安装内外夹套管组成,内管中装有静态混合器以增强气液相传质效果,在每根反应管出口设有取样口。以工业上常用的环烷酸钴作催化剂,苯甲酸作促进剂,进行实验研究。通过实验得出较优反应操作条件为:Co²⁺0.015 wt%、促进剂苯甲酸0.1 wt%、反应压力0.9 MPa、温度165℃、反应气体氧含量30%。将垂直反应管增至8根,延长反应物料停留时间、增加取样点后进行了实验研究。结果表明,甲苯转化率随甲苯在管式反应器中停留时间增长而增大,苯甲酸选择性逐渐升高,苯甲醛选择性先升高后降低,苯甲醛选择性最大值为43%,此时反应时间为10 min,甲苯转化率为4.2%。对苯甲酸的下游产品增塑剂二甘醇二苯甲酸酯合成进行了实验研究。将甲苯氧化反应与苯甲酸二甘醇酯化反应在管式反应器中同时进行,构建了反应-反应耦合过程。在单独进行的苯甲酸与二甘醇发生酯化反应实验中,酯化率达到94%以上,而在管式反应器中的反应-反应耦合过程实验中,发现由于两个反应的产物水未能及时移出,造成反应转化率不高的问题,需要开展进一步的实验探索。