本研究在已有的冷冻浓缩理论与实践基础上，优化了冷冻浓缩中试装置，以使中试装置能够平稳、高效运行。并在中试装置优化的基础上，建成了改进和扩大后的冷冻浓缩中试装置，对建成后的改进和扩大后的中试装置进行了以10°Bx糖水为原料的调试试验，同时对改进和扩大后中试装置进行了传热及传质计算，从而来判断中试装置改进和扩大效果，以及获得改进和扩大后的中试装置浓缩过程中的相关特性。最后，本研究对本课题组目前为止不同研究阶段的冷冻浓缩装置做了总结，以便分析冷冻浓缩装置改进和扩大研究过程中的成功和不足之处，总结经验，为冷冻浓缩的进一步研究以及最终进入工业化提供一定的理论依据和数据参考。本文的研究内容如下：（1）针对中试装置以往在运行过程中所出现的一些问题，通过优化冷冻浓缩中试装置主体和刮刀装置，增加融冰装置方法来尽可能解决中试装置所存在的这些问题，以使中试装置能够平稳、高效运行。同时进行了中试装置保冷研究，优化了中试装置保冷层厚度，得到了中试装置中各设备及管道的防止保冷层外表面凝露的保冷层厚度为：中试装置结晶罐、预冷罐、生长罐、载冷剂循环罐采用聚氨酯为保温材料，防止外表面凝露的保冷层厚度分别为60mm、43mm、56mm、65mm；载冷剂循环管道及物料循环管道采用橡塑海绵作为保温材料，防止外表面凝露的保冷层厚度分别为52mm、43mm。（2）在中试装置优化的基础上，通过改进结晶罐的内部结构建成了改进后的冷冻浓缩中试装置，扩大结晶罐而建成了扩大后的冷冻浓缩中试装置，并以10°Bx糖水为原料对建成后的改进和扩大中试装置进行了调试试验，试验结果如下：改进和扩大后的冷冻浓缩中试装置试运行总体正常、稳定；中试装置连续运行24h，运行稳定，没有出现任何故障；同时获得了改进和扩大后中试装置的一些基本性能：增大载冷剂流量可以增强改进和扩大后中试装置的结晶强度，但随着载冷剂流量的逐渐加大，流动阻力也相应的增加，结晶强度增加较慢；降低载冷剂温度，传热平均温度差增大，有利于增强改进和扩大后中试装置的结晶强度，但当载冷剂温度低于-19℃，载冷剂黏度可能加大，导致传热受影响，从而结晶强度增加缓慢；改进和扩大后的中试装置结晶强度都随着刮刀转速的加大而增强，但随着刮刀转速逐渐增大，耗能增大，从而导致结晶强度增加逐渐减慢。总体来说，改进和扩大后的中试装置与原中试装置相比，结晶强度增加明显，扩大后中试装置冰晶夹带率也有所降低，说明对冷冻浓缩中试装置的改进和扩大是有一定效果的。（3）对改进和扩大后中试装置进行传热计算的结果：原中试装置传热过程中总传热系数K主要由载冷剂侧对流传热系数α1所决定，要提高总传热系数K，关键在于提高载冷剂侧对流传热系数α1。相比原中试装置，改进后中试装置总传热系数提高了10³0%，改进后的中试装置传热效率提高约10%，从而可以进一步说明对原中试装置的改进是成功的；扩大后中试装置总传热系数K由176.86W·m^-2·K^-1增大到434.19W·m^-2·K^-1，而传热效率η的范围为0.327⁰.447，传热效率较低，有关扩大后中试装置的传热效率较低的原因还有待进一步研究。扩大后中试装置糖水一级冷冻浓缩物料损失率ξ为2.9%。对比改进后中试装置糖水一级冷冻浓缩和扩大后中试装置糖水一级冷冻浓缩，扩大后中试装置由于传热面积的增大，结晶强度增强，扩大后中试装置糖水一级冷冻浓缩冰晶生长速率较快。从物料损失率ξ来看，扩大后中试装置体积扩大，冰晶夹带率降低，有利于降低浓缩过程物料的损失。（4）通过对比和分析不同阶段冷冻浓缩装置，得到以下结论：下一步强化结晶罐传热研究重点应放在结晶罐结构上，以提高结晶罐单位体积传热效率；由实验室小型冷冻浓缩装置向冷冻浓缩中试装置的扩大是成功的；进一步说明了对原中试装置结晶罐的改进是成功的，从而说明在一定条件下，通过增大结晶罐传热面积来增强冷冻浓缩装置的结晶强度是可行的；冷冻浓缩装置的扩大有助于降低冰晶夹带率，从而降低浓缩过程中物料的损失。