结晶工序是多数产品生产工艺流程中的关键单元操作。结晶器作为结晶工艺技术实现的载体,近几十年在理论研究、高新技术的应用及制造工艺方面得到了迅猛的发展。这对实现化工及生物制品所要求的质量、生产工艺规模和收率等方面,提供了科学的物质基础。为了保证产品生产的质量和产率,许多中外生物技术公司和研究机构都在用高新技术对结晶器进行不断更新,其中包括对结晶的理论研究和新技术的采用,如建立分子模型,进行结晶热力学和动力学的深入研究,用于解释和预测有机杂质对特殊结晶面生长的影响,从而改变晶体习性,其中一个重要的应用是在结晶器中模拟晶体悬浮行为,用来控制晶体的生长和晶粒大小的分布规律,这些研究为结晶过程的设计和结晶设备的放大提供了理论依据。变多级(容积)恒温差盘管振动式连续冷却结晶器是生物化工领域应用的新型技术单元装置,国内还没有相类的设备研究,因此对此类型结晶装置的研究并建立相应的数学模型奠定理论基础可极大的提高我国结晶技术的发展,并对行业的技术进步有着较大的促进作用。本文的主要研究内容是应用变多级(容积)恒温差结晶理论,开发设计了一种连续冷却结晶器,并建立了相应的数学模型,为此类装置应用于实际提供理论依据。同时,为实现该类型结晶器的性能评价和设计优化,文中依次阐述了结晶器不同的评价、优化方法和以物料的结晶过程特征分析为基础的性能分析方法；基于冷却单元组的传热性能与结构尺寸间的关系,在使结晶器结晶效果最佳的前提下,导出结晶换热级数的最佳匹配准则；针对结晶过程,给定物性参数,获得最佳产品质量和产率,进而导出结构尺寸关系式。此外针对文中提出的结晶器结构特征和优化设计方法,提出了驱动机构模式与参数计算方法及其结晶冷却换热控制系统的设计方法,在该方法的指导下达到结晶器最佳的运行参数。基于以上的理论研究及实际验证,作为第一设计者,为企业开发研制了系列化的用于一水Q葡萄糖、糖醇结晶用的变多级(容积)恒温差盘管振动式连续冷却结晶器,如110m3和178m3结晶器,取得了较大的经济效益和社会效益。