甲苯甲醇烷基化反应是制备对二甲苯的一条重要工艺路线。目前,对二甲苯求大于供,而甲苯和甲醇相对生产过剩,故将二者转变为PX等高附加值的芳烃化学品成为石油化工和煤化工行业关注的热点。本文以甲苯-甲醇为研究体系,在水力空化场的强化下使甲苯甲醇发生烷基化反应。研究内容如下:首先,对该实验的核心装置斜孔孔板式空化反应器进行CFD流场模拟,获得其压力、流速、汽化率和湍动能等分布云图。结果表明,当液体流经孔板后,压力逐渐降低为负压,低于液体的饱和蒸汽压发生空化现象。结合水力学原理及部分模拟结果,进行了水力空化实验装置的设计和仪器仪表的选型,完成了装置的搭建工作。选择甲基紫褪色实验对装置的可靠性进行验证,经过空化后甲基紫褪色明显,说明该装置空化效果良好。并且对不同压力下的流速通过流量计测量和模拟结果对比,二者相对误差在5%以内,再次证明装置的可靠性。然后,推测了甲苯甲醇烷基化反应历程,主要如下:甲苯解离为苯基和甲基,甲醇解离为甲基与羟基;苯基与羟基发生反应生成苯酚,与此同时甲苯与其余的甲基发生加成反应生成二甲苯;二甲苯与游离出的氢自由基反应生成相应的二甲基环己烷;羟基自由基与氢自由基生成水。在水力空化场的强化下甲苯甲醇发生反应,生成二甲基环己烷,乙基环己烷,乙苯,对二甲苯和邻二甲苯。依据产物分布,结合Materials studio进行过渡态搜索解释了反应后无间二甲苯生成的原因,以及通过卡尔费休法和紫外全波长扫描证明了体系中苯酚与水的生成。之后对水力空化工艺条件进行优化,考察不同反应终温、入口压力、空化次数和甲苯加量对各产物选择性以及甲苯甲醇转化率的影响。结果表明在入口压力为0.5MPa,反应终温为45℃,空化次数约为168次,以及甲苯加量为37.5%时,甲苯甲醇的转化率达到最大,分别为36.57和15.43%。最后,对最佳工艺条件下的产物分布及各产物近期的市场均价进行经济核算后得出产出是投入的1.91倍。根据各产物的沸点不同选择不同的分离手段设计简单的分离单元。用普通精馏和加盐萃取-精馏单元分离出二甲基环己烷和苯酚;用分壁精馏单元将乙基环己烷与邻二甲苯分离开来;用吸附分离单元选择不同的吸附剂分离出对二甲苯和乙苯。