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由于藥品在冷凍干燥設備中會產生多種應力，對凍干藥品的藥性有很大的影響，因此對藥品冷凍干燥設備過程進行合理設計，對于減少凍干損傷和提高凍干藥品的質量有重大的意義。其中凍結方式不同，產生的冰晶的形態和大小就不同，而且會影響后繼的干燥速率和凍干藥品質量。根據凍結機理，可以把凍結分為全域過冷結晶和定向結晶兩類。

全域過冷結晶按凍結速率的快慢可分為慢速凍結和快速凍結。快速凍結的冰晶細小，而且沒有凍結濃縮現象，但是存在不完全凍結現象。相反，慢速冷卻產生較大的冰晶，并且存在凍結濃縮的現象。Thomas W Patapoff等人發現如果把藥品直接浸入液氮或干冰-乙醇溶液槽中（快速凍結），那么晶核首先在瓶壁產生，然后冰晶向中心擴散，再垂直向上擴散。由于長成的冰晶細小，而且有水平方向的結構，導致干燥階段的傳質阻力很大，升華速率降低。實驗證明，快速凍結導致升華速率低，解吸速率快，慢速凍結導致升華速率快，解吸速率慢。

凍結方式不同，產生的冰晶形態和大小就不同，后繼的干燥速率也不同。實驗證明，采用定向結晶方式的凍結藥品的干燥速率比全域過冷結晶的快。但是無論采用哪種凍結方式，藥品溶液必須部分或全部實現玻璃化凍結，以保護藥品藥性。退火是指把凍結藥品溫度升到共熔溫度以下，保溫一段時間，然后再降低溫度到凍結溫度的過程。

藥品冷凍干燥設備的干燥過程可以分為兩個階段，一次干燥和二次干燥。在一次干燥階段除去自由水，在二次干燥階段除去部分結合水。干燥過程占據了藥品冷凍干燥設備過程的大部分能耗，因此采取有效措施提高干燥速率顯得非常有意義。目前，大都采取控制擱板和藥品溫度、冷阱溫度和真空度的做法來實現干燥速率的提高。藥品溫度的控制。包括凍結層和已干層的溫度控制。控制凍結層溫度的原則是在保證凍結層不發生熔化（在低共熔點以下）的前提下，溫度越高越好。控制已干層溫度的原則是在不使物料變性或已干層結構崩塌的前提下、盡量采用較高的干燥溫度。而擱板溫度的控制是以滿足藥品溫度控制為標準。