本发明提供了一种氧化反应装置及其在醛类化合物氧化反应中的应用。所述氧化反应装置包括管壳式反应器和气液分离器，气液分离器通过管路与管壳式反应器的顶部相连通。管壳式反应器从下向上依次分为原料液进料部分、氧气进料部分、反应部分、氮气进料部分，各部分的腔体内贯通设置有反应管且各腔体通过密封板相间隔。本发明通过多种手段使氧化反应充分进行并降低发生燃烧或爆炸的风险，此外，本发明能够以纯氧或富氧空气为原料进行氧化反应，反应速度比传统的空气氧化明显提高，可缓和反应条件、降低反应温度和压力、提高选择性；并且气体量的减少，可节省压缩空气的压缩功率及成本，还可有效减少因尾气夹带等原因导致的物料损失。