防老剂RD(2,2,4-三甲基-1,2-H-二氢喹啉)是重要的橡胶助剂之一,由于它价格低廉、低毒无害并且具有较好的抗氧化性,目前广泛应用于橡胶工业生产中。防老剂RD由不同程度的聚合物组成,主要包括二聚体、三聚体和四聚体。二聚体的含量高低对防老剂RD性能有重要影响,提高二聚体含量可以获得更好的抗龟裂和抗氧化性。因此,要获得高质量的防老剂RD,关键就要提高二聚体的含量。本文采用计算机辅助分子设计(Computer-Aided Molecular Design,CAMD)方法,建立溶剂设计模型,寻找合适的溶剂,使之加入防老剂RD生产过程后,提高反应转化率或选择性,从而有效提高二聚体的含量。本论文内容主要包括以下方面:(1)获取防老剂RD反应的动力学数据。反应动力学数据是溶剂设计模型的重要参数,而目前已知文献或实验中缺乏相关数据。因此本文采用量子化学计算的方法,对防老剂RD反应机理和动力学数据进行研究,并通过静电势和平均局部离子化能对反应机理进行验证分析,说明结果的可行性。(2)建立溶剂设计框架和数学模型。针对防老剂RD的反应萃取溶剂设计问题,提出整体设计框架。根据产品特性和目标需求,把溶剂设计框架转化为混合整数非线性规划(Mixed-Integer Non-Linear Programming,MINLP)优化模型。模型中包括结构约束、性质约束和过程约束。结构约束考虑了链式脂肪族和芳香族分子等不同类型分子的结构可行性;性质约束描述了溶剂目标物性的可行区间;过程约束包括反应过程和溶剂回收过程的单元模型方程,采用常微分方程组解决了相转移平衡和化学反应同时发生的问题,同时利用COSMO-SAC(Conductor-like Screen Model for Segment Activity Coefficient,COSMO-SAC)计算体系内混合物组分的活度系数。加入过程约束有利于得到更好的溶剂设计结果,但同时也增加了求解难度。因此本文采用分解式算法,把MINLP模型分解成两个子模型进行求解,首先通过线性子模型生成候选分子,再由非线性子模型进一步筛选评价,最终得到最优的溶剂,可以提高30%以上的二聚体含量。(3)建立溶剂多指标评价体系。为了进一步综合考虑溶剂设计结果的优劣,对溶剂进行多指标评价。采用基于三角模糊数的FAHP(Fuzzy Analytic Hierarchy Process,FAHP)方法,综合考虑溶剂的各方面指标,包括二聚体含量、过程能耗以及溶剂的安全性、健康和对环境的污染程度等方面,对溶剂设计的结果进行评价,选择最合适的溶剂。