作为石油化工行业中重要的有机原料和产品,苯甲酸广泛用于生产医药中间体、食品添加剂、化妆品及化工产品。甲苯液相直接氧化法以其反应条件温和、生产工艺简单和安全性高等优点成为生产苯甲酸现行的主要方法。但是,石油甲苯价格偏高、现行工艺中甲苯反应器效率低、以及产品纯化体系不完善等问题制约着苯甲酸的发展,因此开展该工艺过程的优化具有重要的现实意义;另外,随着焦化行业的迅速发展,焦化甲苯产量逐年增加,研究以焦化甲苯为原料生产苯甲酸的过程,实现对石油甲苯的替代,将具有较大的经济效益。本论文以精制焦化甲苯为原料,探讨液相直接氧化法制备苯甲酸反应特点及最佳反应条件。研究结果表明,操作条件(温度、压力、氧分压)和催化剂对反应的影响较大,甲苯转化率随反应温度、系统压力和氧分压的增加而提高,而苯甲酸及苯甲醛选择性变小。以环烷酸钴或醋酸钴为催化剂,最适宜的催化剂添加量为0.18%(wt);添加引发剂和增大氧气分压会增加甲苯转化率,但苯甲酸及苯甲醛选择性均有所降低。最佳的反应条件为:反应温度165℃,反应压力0.65 MPa(G),催化剂用量0.18%(wt),氧分压为21%,引发剂苯甲醛用量0.1%(wt)。该反应条件与工业上石油甲苯生产苯甲酸基本相同,证明了以焦化甲苯为原料生产苯甲酸的可行性。以工业苯甲酸为原料,探究熔融结晶器的形式及结构、结晶工艺条件对苯甲酸提纯效果的影响。结果表明,结晶器形式对苯甲酸提纯有很大影响,翅片结晶器和板式结晶器的结晶分离度及产品纯度明显高于传统管式结晶器。适宜工艺条件为:苯甲酸熔融温度为124℃,降温速率为0.6~0.8℃/min,最优结晶终温为119℃,结晶率控制在60%~65%左右,发汗操作时间为50 min,发汗终温为122℃,得到的苯甲酸纯度达到99.5%。在上述实验的基础上,本论文进行了年产30000吨苯甲酸装置工艺包设计。首先对反应器等主要设备进行了改进,优化了工艺流程。并对各工段进行了物料热量衡算,绘制了物料流程图和管道及仪表流程图(PID);进行了设备计算及选型,确定了主要设备,汇总了设备一览表和设备特性表;编写了完整的技术工艺包。