芳香醛和芳香酸是一类重要的化工产品,也可作为中间产品合成医药、农药、染料等领域的精细化学品,需求量与日俱增。在众多合成芳香醛和芳香酸的方法中,以甲基芳香烃为原料,通过氧气或空气将其选择性氧化制备特定产物的方法有着原子经济性高、绿色环保的天然优势。相较于气相氧化的高温高压条件带来严苛的设备要求,液相氧化则因其反应的温和性更具优势,其操作温度不高,所需能耗较低因此更适合工业生产。以Co/Mn/Br为主要组成的MC（Mid-Century）催化剂在甲基芳烃液相氧化工艺中应用较早,工艺成熟。从催化剂价格、获取难易程度、催化效果、回收效率等因素综合考虑,MC催化剂仍是甲基芳烃选择性氧化工艺的最佳选择,但也需要根据需求选择合适的反应条件和助催化剂,以获得合适的选择性和收率。因此,本文以MC催化剂为主要催化剂,在反应物取代甲苯的选择上,选择具有代表性的吸电子基团-Cl和给电子基团-CH3,因其对位甲基氧化难易程度的不同,将对氯甲苯和对二甲苯分别选择性氧化为对氯苯甲醛和对甲基苯甲酸,系统考察了溶剂体系、温度、压力、助催化剂等因素对其氧化过程的影响。在获得特定产物生产工艺流程的同时,对其它取代甲苯的氧化工艺也有参考价值。本论文的工作总结如下:1.挑选了醋酸钴、硫酸锰、溴化钾为主要催化剂,乙酸为溶剂,组成了对氯甲苯的选择性催化氧化实验体系,考察了溶剂用量、反应温度、催化剂用量、催化剂配比、引发剂用量、体系中含水量对实验的影响,得到了各项参数的最优条件。以催化剂用量、催化剂配比、反应温度、溶剂用量、助催化剂用量这五项参数设计五因素四水平正交试验,得到最佳工艺条件:反应温度90℃,催化剂用量4wt%,溶剂比1:2（体积比）,钴锰比3:1（质量比）,助催化剂用量为0.625wt%。在该反应条件下,对氯甲苯的转化率为31.42%,对氯苯甲醛的选择性为81.14%,产率达25.49%。2.以反应中对氯苯甲醛的选择性发生突变时对氯甲苯和对氯苯甲醛的浓度之比为耐受比。对最高耐受比之前的反应进行动力学常数的计算,在催化剂用量3wt%,溶剂比为1:2（体积比）,钴锰比为2:1（质量比）,不添加助催化剂的反应条件下,得到对氯甲苯氧化生成对氯苯甲醛再氧化得到对氯苯甲酸这两步反应在不同温度下的k1、k2值,计算得出反应的活化能Ea1为24.29 k J/mol,Ea2为108.5 k J/mol。3.模拟对氯甲苯反应后的原料、产物分离过程,选择NRTL物性方程,对精馏塔进行了严格核算,建立了两塔连续精馏模型,确定了较优的工艺参数,精馏塔1的理论塔板数为20,摩尔回流比为0.6,进料位置为第9块塔板;减压精馏塔2的理论塔板数为20,摩尔回流比为5,进料位置为第8块塔板。通过两塔连续精馏以及第二个精馏塔的侧线采出,实现了反应溶剂和原料的回收利用,得到对氯苯甲醛的纯度为99%,采出率为99%。4.在无溶剂条件下选择性液相氧化对二甲苯制备对甲基苯甲酸,比较了三种不同钴盐催化剂的优劣,考察了催化剂用量、反应时长、氧气流量等参数对反应效果的影响。最终得到的优化后反应条件为:催化剂为环烷酸钴,摩尔用量为0.1%,反应温度135℃,反应时长5 h,氧气流量100 m L/min,在最优反应条件下,反应的转化率为30.5%,对甲基苯甲酸的选择性达58.4%。