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精对苯二甲酸(Purified Terephthalic Acid，PTA)的生产是化纤工业的“龙头”。对二甲苯(p—Xylene，PX)液相氧化技术是整个PTA生产过程的关键，不同PTA生产工艺的核心技术和专利都围绕PX氧化反应器展开。本文运用实验研究和模拟计算相结合的方法，在PX液相氧化动力学、二次氧化过程、PX氧化过程建模以及PX氧化反应器结构探索等四个方面开展了研究，主要内容包括：
(1)考察了催化剂、温度、PX初始浓度和水含量等因素对PX液相氧化动力学的影响；基于自由基链式反应机理，简化了PX氧化反应路径，提出了含有6个参数的PX氧化动力学机理模型；从拟合效果、统计学检验和残差图分析等方面，对现已公开发表的各类PX氧化动力学模型进行了辨识；结果表明，本文提出的机理模型在外推性、参数置信区间、目标函数残差平方和以及拟合能力等方面优于现已公开的其他类型动力学模型；考察了PX氧化燃烧副反应动力学，结果表明，催化剂浓度和温度的增加会加剧燃烧副反应的速率和程度，而水含量的增加有利于抑制燃烧副反应；建立了燃烧副反应动力学模型，发现副反应的速率与主反应进程中产生的自由基浓度有关，副反应动力学模型对实验数据的拟合效果良好。
(2)研究了对甲基苯甲酸(p—Toluic Acid，p—TA)的液相氧化反应动力学；结果表明，1-1级动力学和机理模型对p—TA氧化动力学的拟合效果均令人满意；对固相粗对苯二甲酸(Crude Ferephthalic Acid，CTA)的溶解—反应—结晶过程进行了研究，考察了催化剂用量、CTA粒径、氧化温度和固含率等因素对溶解—反应—结晶过程的影响：结果表明，催化剂用量对纯化固相CTA的影响是通过改变液相氧化反应速率来实现的；粒径较小的CTA纯化速率更快；升高温度，纯化速率和纯化程度都明显提高：建立了固相CTA溶解—结晶速率的数学模型，得到了溶解—结晶速率的表观活化能为33.1 kJ/mol；通过实验测得的粒数分布数据对CTA晶体生长速率进行了估算，计算结果表明，CTA晶体生长速率远小于降温蒸发结晶过程的晶体生长速率。
(3)考虑复杂串联反应、燃烧副反应、气—液传质、液相蒸发、反应放热等因素，建立了PX氧化反应器的全混流模型；针对现有不同PTA生产工艺PX氧化反应器的模拟表明，计算结果与反应器实际出口指标符合良好；对PX氧化反应器内的传质状况做了分析，计算了不同工艺下PX氧化反应器内传质区—反应区的范围：通过求解液膜方程，得到了各个液相组分在液膜内的浓度分布；通过建立气相的轴向返混模型，模拟了反应器内气相的流型和气相组分在反应器内的浓度分布；结果表明，气相各组分的分压和流量在全塔内的分布差异不大。
(4)对工业二次氧化过程进行了模拟计算，探讨了二次氧化过程对产品指标的影响；模拟结果显示，二次氧化可有效地降低液相中和固相CTA中主要杂质p—TA和对羧基苯甲醛(4-Carboxybenzaldehyde，4-CBA)的含量，提高对苯二甲酸(TerephthalicAcid，TPA)收率。 (5)通过分析PX液相氧化动力学实验的结果，发现PX氧化反应呈现出典型的“自催化反应”特征：模拟计算了单个反应器内全混流与平推流区域相对大小对反应结果的影响，表明平推流区域所占的体积分率保持在10％～20％之间不但可以有效改善出口指标，并且可使反应器内的温度波动保持在相对较小的范围；模拟计算和动力学实验结果均表明，微观混合效果好有利于加快PX氧化反应速率；最后，提出了改进的PX氧化反应器结构设计。