结晶作为一种重要的分离提纯手段,在化学、物理、材料和生命科学领域中得到了广泛的应用。结晶过程不仅影响了产品纯度,粒度,还决定着晶体的晶型和晶习。工业结晶为了能够调控上述关键质量因素,通常采用在结晶区内实现操作。而结晶区与结晶热力学(溶解过程)和成核动力学(成核过程)息息相关。本文针对三种不同的结晶物系,双氰胺(典型小分子化合物),扑热息痛(典型药物分子并伴有多晶型特性),硫酸钾(典型无机盐),采用数值化模型对其进行研究。1)结晶热力学研究:热力学相平衡的研究表征了结晶过程的起点和极限,测定了三种体系(双氰胺、扑热息痛晶型Ⅰ,Ⅱ、硫酸钾)在不同温度下的溶解平衡。本文建立有机物,电解质溶液的相平衡关系,并根据活度系数方程和多晶型热性质有效的预测亚稳晶型溶解度。2)成核势能模型:建立了一个统一的模型关联初级成核动力学实验(介稳区和诱导期),以经典成核理论为基础,进行变量的分离与综合,推导了具有明确物理意义的成核势能模型。并通过双氰胺实验测定和调研49组初级成核数据验证模型的有效性。3)成核动力学研究:成核动力学表征了结晶区的边界,是实际结晶工艺的操作限度。本文测定了三种体系在不同温度下的介稳区,并采用成核势能模型关联其随温度变化的介稳区,探究成核过程机理,并且可与亚稳晶型相平衡耦合预测亚稳晶型成核区。该模型显示出卓越的应用前景。