精对苯二甲酸(PTA)是聚酯工业的原料，目前主要采用对二甲苯(PX)空气氧化法生产，该过程涉及气-液-固三相一系列复杂的气液传质、液相化学反应、固相结晶等多种耦合效应，机理十分复杂。本文以对二甲苯氧化生产对苯二甲酸的国产化开发为背景，按照将反应-成核-生长解耦的研究思路，系统研究了涉及该过程的若干科学和工程问题，在结晶热力学、反应动力学、结晶动力学、熟化动力学与工业过程模型化等方面取得了一系列新的研究成果。主要包括:　　1.PX氧化体系的固液相平衡研究　　PX氧化体系中的液固平衡数据是研究反应结晶和进行工业开发的一类重要的基础数据。本文利用建立的二套实验装置，测定了覆盖工业溶剂组成和温度范围的TA在HAc-H2O溶液中的溶解度和杂质4-CBA在HAc-H2O液相和CTA固相中的分配平衡常数，并提出了一个混合规则，用于对实验结果的关联。　　2.PX氧化反应动力学研究　　在原有的0.5升分批式反应装置的基础上，进一步新建了一套2.0升半连续式氧化装置，利用所开发的半连续式实验技术，详细地考察了反应物浓度、温度、含水量、尾氧浓度等各种因素对反应过程的影响，根据半连续式和分批式实验数据重新回归了反应动力学模型参数，得到了适用于连续、半连续和分批式反应器的PX氧化反应动力学模型及其模型参数。半连续实验在尾氧浓度和含水量影响两方面修正了原有的分批式动力学规律:1）.分批式实验给出的氧浓度对反应的影响相对比较敏感，而半连续实验给出的氧浓度对各步反应速率的影响不显著。半连续式实验进一步明确了氧浓度对化学反应速率的影响，降低了氧浓度的门槛值;2）.分批式实验给出的含水量对反应速率的影响不敏感，其变化趋势随温度和催化剂浓度的不同而不同。而半连续式实验给出的含水量对反应速率的影响十分显著，且呈单方向变化的趋势，水浓度的增加能明显降低氧化反应速率。　　3.CTA结晶动力学研究　　采用解耦研究的思路，通过设计特定的实验分别突出不同的结晶步骤，将CTA的成核与晶体生长分别进行研究:晶体生长动力学通过加入晶种的半连续实验进行确定，成核动力学则利用连续式工业反应器测定的粒度分布进行确定，由此建立了CTA晶体的成核与生长和杂质4-CBA的共结晶动力学模型，获得了成核与晶体生长的完整动力学，以及4-CBA与TA的共结晶关系，并实验考查了温度、含水量和过饱和度对结晶过程的影响。研究表明:影响CTA结晶速率的主要因素是液相中溶质的过饱和度和温度，温度越高及过饱和度越大，晶体生长速率越快;杂质4-CBA共结晶速率与液相4-CBA浓度和CTA的结晶速率成正比，共结晶速率常数与温度和水浓度有关，含水量的增加和温度的降低均引起共结晶速率常数的增加;成核速率与过饱和度的关系接近于5次幂，成核活化能为负值，与生长动力学相反。　　4.CTA的熟化动力学研究　　详细地考察了温度、含水量、催化剂浓度、尾氧浓度等各种因素对熟化过程的影响，分析了熟化机理，建立了描述CTA熟化过程的机理模型，获取了熟化动力学模型和参数。研究表明:CTA晶体高温熟化过程中的CSD变化符合Ostwald熟化规律，而且熟化过程中只有温度对粒径影响最敏感，其它因素都无明显影响;固相杂质4-CBA的熟化符合扩散-溶解规律，熟化过程中影响固相中4-CBA浓度降低速率的因素有温度、含水量和尾氧浓度;不同熟化条件下液相中主要杂质PT和4-CBA的浓度都很快趋于一个最低液相残留值;熟化过程中副反应的大小可用特征产物CO和CO2的生成速率来表示，这两种气相副产物的生成速率与液相中杂质4-CBA和PT酸的浓度变化趋势同步。　　5.工业过程建模与分析　　遵循化学反应工程的方法论，在以往工作基础上，从机理认识和基础数据库开发、工业过程的模型化两个方面对PX氧化反应结晶过程进行了系统的研究，建立并检验了工业氧化反应器、熟化器与结晶器的机理模型和基础数据库。　　在基础数据库方面，补充和完善了基本物性数据、气液传递参数、气液相平衡参数等的计算关联式;在反应器的模型化方面，补充了CTA结晶与杂质4-CBA共结晶方面的信息，考虑了4-CBA共结晶对液相反应的影响，以使模型化工作趋于完善，使反应器模型具备了预测反应器出口固相杂质浓度和CTA粒度分布的功能，并模拟讨论了富氧操作对氧化反应器操作的影响，分析了富氧进气对反应器操作的影响机理;针对CTA熟化过程的特点，建立了基于描述CTA颗粒分布演变的Ostwald熟化理论和描述杂质4-CBA溶出的扩散-溶解机理的熟化器机理模型;对典型的工业反应器与熟化器进行了数学模拟，模型预测的各项指标与工业数据符合良好。最后，对PTA工艺中的两类结晶器的作用进行了模拟研究。