反應(yīng)體系及裝置示意圖如下：

連續(xù)流動反應(yīng)系統(tǒng)： 

（a）康寧AFR微通道反應(yīng)器

（b）管式反應(yīng)器

（c）康寧AFR外接PTFE

（d）傳統(tǒng)的圓底燒瓶反應(yīng)裝置。

進料系統(tǒng)：原料TBA/H?SO?混合液（A液）和H?O?溶液（B液）分別由注射泵和HPLC泵精確輸送至反應(yīng)器

產(chǎn)物分析： 采用核磁共振波譜 (1H NMR, HSQC 2D 1H-13C NMR) 對產(chǎn)物組成進行定量分析，甲苯為內(nèi)標。

為確定康寧AFR微通道反應(yīng)器中合成TBHP的最佳條件，研究團隊系統(tǒng)考察了催化劑用量、反應(yīng)溫度、氧化劑用量及停留時間等參數(shù)的影響。

實驗條件：反應(yīng)溫度50°C，TBA:H?O?摩爾比1:1，改變H?SO?/TBA摩爾比 (0.8-1.2) 和停留時間 (0.49-4.9 min)。

結(jié)果：當H?SO?/TBA摩爾比為1.0，停留時間為0.98分鐘 (流速2.75 mL/min) 時，TBA轉(zhuǎn)化率達到約45.06%。在該條件下，TBHP產(chǎn)率約為42.4%，副產(chǎn)物DTBP產(chǎn)率約為1.7%。因此，選擇H?SO?/TBA摩爾比為1.0進行后續(xù)實驗。

實驗條件：H?SO?/TBA摩爾比1.0，TBA:H?O?摩爾比1:1，停留時間0.98分鐘，考察反應(yīng)溫度 (60°C - 70°C)。

結(jié)果：隨著溫度從60°C升高到70°C，TBA轉(zhuǎn)化率和TBHP產(chǎn)率均顯著提高。在70°C時，TBA轉(zhuǎn)化率達到85.87%，TBHP產(chǎn)率為73.77%，DTBP產(chǎn)率為8.2%。過高溫度可能導(dǎo)致TBHP分解。因此，70°C被選為最佳反應(yīng)溫度。

實驗條件：反應(yīng)溫度70°C，H?SO?/TBA摩爾比1.0，停留時間0.98分鐘，考察H?O?/TBA摩爾比。

結(jié)果：當H?O?/TBA摩爾比為0.8時，TBHP的產(chǎn)率和選擇性達到較優(yōu)平衡。原文結(jié)論中最佳H?O?/TBA摩爾比為0.8。在70°C，H?SO?/TBA為1:1，H?O?/TBA為0.8:1（即TBA:H?O?=1:0.8）的條件下，停留0.98分鐘，TBHP產(chǎn)率為73.77%。

總結(jié)AFR最佳工藝條件：反應(yīng)溫度70°C，H?SO?/TBA摩爾比1:1，H?O?/TBA摩爾比0.8:1，AFR反應(yīng)器內(nèi)停留時間0.98分鐘。

在確定的最佳原料配比 (H?SO?/TBA=1:1, H?O?/TBA=0.8:1) 和反應(yīng)溫度 (70°C) 條件下，對四種反應(yīng)器的性能進行了比較：

為深入理解反應(yīng)過程并驗證方法的可靠性，研究團隊對TBA的轉(zhuǎn)化進行了動力學(xué)研究。

隨停留時間及反應(yīng)時間的變化關(guān)系:

反應(yīng)級數(shù)：在60-70°C范圍內(nèi)，通過對不同停留時間下的TBA濃度數(shù)據(jù)進行擬合分析，結(jié)果表明TBA的轉(zhuǎn)化過程符合二級反應(yīng)動力學(xué)模型 (R2 = 0.9499)。

 活化能 (Ea)： 根據(jù)Arrhenius方程計算得到：

a)在康寧AFR反應(yīng)器中，反應(yīng)的活化能為 45.26 kJ/mol。

b)在AFR外接延長管路系統(tǒng)中，表觀活化能為 86.98 kJ/mol。

AFR反應(yīng)器表現(xiàn)出更低的活化能，表明其為反應(yīng)物提供了更有利的反應(yīng)環(huán)境，降低了反應(yīng)的能壘。

研究還評估了康寧AFR反應(yīng)器的傳熱性能，結(jié)果顯示AFR具有優(yōu)異的傳熱能力，其總傳熱系數(shù)得到了實驗驗證，并證明了其工藝具有良好的放大潛力。這對于控制強放熱反應(yīng)（如過氧化反應(yīng)）的溫度、避免熱點、提高反應(yīng)安全性至關(guān)重要。