针对间歇操作的溶液冷却结晶和超临界SAS（Supercritical Fluid Anti-solvent，简称SAS）结晶过程，为改善与提高产品的粒度品质或产量指标，分别围绕着晶种添加量及操作产率的优化与定量，在文献调研的基础上，开展了相关的装置研制、实验测定及数学建模研究。 为优化溶液结晶操作的晶种添加量，借助粒数衡算理论、Beer-Lambert定律和McCabes△L定律，采用光学关联的方法，推导了包含固相透光率变量的添加晶种结晶的参数估计模型，从而较好避免了以往模型单靠液相浓度数据求取结晶动力学参数的不确定性。在对所建模型基于文献数据验证的基础上，以KNO3-H2O溶液为对象，开展了旨在考察晶种添加量对于结晶成核与晶体生长影响的动力学实验。利用所测的浓度和透光率等数据，结合估计得到的成核与生长动力学参数，通过对模型的回代计算与分析，发现随着晶种添加量的提高，结晶体系的成核效应减弱、生长效应增强，产品的粒度分布更趋均匀，但与此同时，单个晶体的线性生长速率却有所下降，易导致产品的平均粒度减小。针对这一状况，在进一步动力学分析的基础上，提出了一晶种定量添加的优化方案，并实施了相应的实验考察。结果表明，依据该方案进行结晶操作，不仅所制产品的粒度分布更趋集中，且粒度大小亦未见明显减小。 对于未添加晶种的溶液结晶过程，仍以KNO3-H2O溶液为对象，通过与添加晶种结晶过程的动力学类比，亦推导了相似的数学模型。实验与计算的结果表明，所得模型不仅可较好描述体系历经初级成核后的中后期动力学，且计算结果本身亦可为添加晶种结晶的晶种量设计提供有益参考。 欲获取晶种量优化与设计更为直接的理论依据，基于晶体数目和粒度的变化对于晶体粒度分布二阶与三阶矩量影响程度的不同，结合新定义两无因次变量K与K*，建立了一包含浓度和透光率变量的判据识别模型。通过对KNO3-H2O溶液的模拟计算表明，运用K与K*两变量于成核段减小、生长段增大的变化特性，由所建模型可对结晶成核与晶体生长两操作区间进行定量地识别，且识别结论与前述参数估计模型的分析结论较好吻合，从而为晶种量的优化与设计提供了一种更为快捷、高效的指导依据。 针对部分透光率数据难以测取的体系结晶过程，为计算其成核与生长动力学参数，进而开展晶种量的优化设计，采用分段归纳的建模方法，推导了晶体粒度分布各阶矩量的关联式，并据此构建了基于文献模型的新型算法。通过对KNO3-H2O、Vc-H2O及混二甲苯体系结晶的模拟与计算发现，运用该算法求取的动力学参数值不仅与传统矩量变换法的计算结果相近，且还无需已知体系结晶的总传热系数和透光率数据。在此基础上，为进一步验证所建算法的可靠性，及更加清晰地阐明基于该算法开展品种量优化的具体步骤，以扬子石化公司提供的混二甲苯体系为例，实施了多组添加晶种的深冷结晶实验，控温低限分别达-46℃和-65℃。实验与计算的结果表明，利用新建算法获取的体系结晶动力学参数值，结合前文所提的K判据，估算得到的晶种优化量与实测考察值间的相对误差仅约15％。 就近年来逐渐兴起的超临界SAS结晶技术，针对其实验装置多依赖进口的现状，基于国产零部件，结合间壁传热与器壁强度的理论计算，以超临界CO2为抗溶剂，设计并加工了一套可适于生化及抗生素类物系结晶的间歇小试装置。该装置的核心组件主要包括高压结晶釜、低温冷冻槽、恒温水浴及柱塞往复泵等，其中高压结晶釜的有效容积1L、最高工作压力15 MPa。建毕后的水压试验结果表明，所建装置不仅加压过程安全、平稳，且整个系统的密封性能良好。 利用所建的SAS装置，围绕着产率指标的优化与提高，以柠檬酸-丙酮-CO2为模型体系，开展了SAS结晶产率的单因素实验考察，发现产率随操作温度的增加而先增大后减小，随溶液初始浓度、操作压力或保压时间的增加而增大，但后期增幅逐渐趋缓。在此基础上，借助均匀设计的实验安排法，获得了基于产率优化的工艺参数组合，即溶液初始浓度0．35 g·mL-1、温度33℃、压力12．5 MPa及保压时间3．5 h，对应的产率值约达86％；与此同时，研究亦获知了各试验因素对于产率指标的主次影响顺序，依次为溶液初始浓度>操作压力>操作温度>保压时间。 在SAS实验考察的基础上，为定量计算该类结晶操作的晶体产率，基于釜内工作压力、温度、体积、密度、平衡浓度间的彼此对应关系，推导了可用于产率预测的定量计算式，并借助柠檬酸-丙酮-CO2体系给予了初步实验验证。结果发现，计算得到的产率预测值与实验实测值间的最大偏差不超过17％，从而较好表明了所建计算式的良好适用与可靠性。