苹果酸又名2-羟基丁二酸,是一种重要的四碳有机酸,作为国际公认的安全添加剂广泛应用于食品、医药、化工等领域。工业生产DL-苹果酸主要以马来酸和水为原料,在高温高压下通过水合法生产,反应结束后体系中主要含有DL-苹果酸、富马酸、马来酸和水。目前该工艺存在的主要问题是DL-苹果酸颗粒大小参差不齐、边缘凹凸不平、透明度不好、存在假多晶型等,给产品的精制、分离、干燥、储存、使用等都带来了不便,并增加了生产成本,品质落后导致价格远低于进口产品。DL-苹果酸产品存在的这些问题主要是结晶过程的问题,成核机理不明确,缺乏过程参数。因此需要对DL-苹果酸结晶过程进行研究,为工业结晶工艺的改进提供基础数据和理论指导。本文主要研究内容和结果如下:初步研究了DL-苹果酸的晶体形态。考察了不同溶剂、搅拌速率、降温速率和养晶时间对DL-苹果酸结晶的影响,通过光学显微镜观察不同条件下所得产品的晶体形态。DL-苹果酸在乙腈溶液中、搅拌速率300 r·min-1、降温速率8.0℃·h-1、养晶时间0.5 h的条件下,结晶产品形态较好,晶体颗粒相对均匀且表面光滑。通过实验结果与MS（Materials Studio）分子模拟软件相结合,分析得出DL-苹果酸属于单斜晶系,空间群为C2/c,单位晶胞分子数为6,应用Morphology模块对DL-苹果酸晶体进行预测,EM（Equilibrium Morphology）模型的预测结果与样品较为接近。研究了DL-苹果酸的结晶热力学和动力学。采用酸碱滴定法测定了DL-苹果酸在水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙酸乙酯和乙腈纯溶剂中的溶解度。用修正的Apelblat方程、Van’t-Hoff方程、Buchowski-Ksiazczakλh方程、Wilson方程和NRTL方程关联DL-苹果酸的溶解度,相对平均偏差（RAD）和均方根偏差（RMSD）评估精度,结果表明这五个方程都可以用来关联DL-苹果酸在所选溶剂中的溶解度,具有较好的准确度。利用Van’t-Hoff方程得到了DL-苹果酸溶解过程的热力学性质ΔdisH、ΔdisS和ΔdisG,表明DL-苹果酸在这些溶剂体系中的溶解过程是吸热的、焓驱动或熵驱动。此外,基于Wilson方程计算出了实际溶液的混合吉布斯能ΔmixG○、混合焓ΔmixH○和混合熵ΔmixS○,DL-苹果酸在这些溶剂体系中的溶解过程是自发的、焓驱动或熵驱动。测定了DL-苹果酸在水中的介稳区宽度和过饱和度对诱导期的影响。通过经典的Nyvlt模型及改进的Nyvlt模型,计算得出成核级数m为3.1～5.2,所以DL-苹果酸比较容易形成稳定晶核;计算得到表面熵因子f均小于3.0,推断DL-苹果酸晶体的生长为连续生长模式。利用紫外光谱分析DL-苹果酸在水中的分子聚集倾向,发现DL-苹果酸在水溶液中可能形成二聚体或者是更大的聚集体。使用MS软件进行分子模拟,构建不同数量的DL-苹果酸分子的水盒子,对其进行分子动力学和均方位移（MSD）分析,得到不同溶质分子数下的DL-苹果酸体系的扩散系数。通过计算径向分布函数（RDF）发现在1.5?附近出现了强峰,说明双氢键二聚体是体系中DL-苹果酸分子聚集的主要形式,验证了实验结果。构建了DL-苹果酸+马来酸+水、DL-苹果酸+富马酸+水体系的三元固液平衡相图,得到了每个等温三元相图的一个共饱和点、两条饱和边界曲线和三个结晶区,根据Schreinemakers理论,利用数学外推间接计算了湿固相的组成。用Wilson方程和NRTL方程计算并关联二元和三元体系的溶解度数据,RAD和RMSD评估精度,结果表明两个方程都适用于该三元体系溶解度数据的描述和扩展。基于上述基础数据和理论分析,结合工业生产中的实际情况,构建了323.15 K时DL-苹果酸+马来酸+富马酸+水四元体系的等温相图。通过优化得到较优的放大实验工艺条件为:溶液初始浓度79.0%,搅拌速率150 r·min-1,起始温度70.0℃,60目～80目晶种用量3.0%,降温速率2.0℃·h-1,终点温度50.0℃,结晶时间大于36.0 h,在此条件下得到的DL-苹果酸产品收率较高、粒径较大、晶形较好。为工业生产中DL-苹果酸的结晶过程提供参考依据。