冷凍干燥或凍干是將溶劑和/或混懸介質在低溫條件下結晶，然后將其由固態直接升華為氣態的一種干燥過程。冷凍干燥通常應用于以水為溶劑的情況。圖1所示為水的相圖，其中顯示了可將水從固態轉化為氣態的區域。
圖1：水的相圖
溫度/℃ | 壓力 | |
mTorr | mbar | |
0 | 4579 | 6.108 |
-4 | 3280 | 4.372 |
-8 | 2326 | 3.097 |
-12 | 1832 | 2.172 |
-16 | 1132 | 1.506 |
-20 | 930 | 1.032 |
-24 | 526 | 0.6985 |
-28 | 351 | 0.4669 |
-32 | 231 | 0.3709 |
-36 | 150 | 0.2020 |
-40 | 96.6 | 0.1238 |
-44 | 60.9 | 0.0809 |
-48 | 37.8 | 0.0502 |
-52 | 23.0 | 0.0300 |
-56 | 13.8 | 0.0183 |
-60 | 8.0 | 0.0107 |
-64 | 4.6 | 0.0061 |
-68 | 2.8 | 0.0034 |
-72 | 1.4 | 0.0018 |
表1：水的蒸氣壓力
表1所示為水蒸氣的壓力（mTorr和mbar)與溫度（℃ ）之間的關系。
冷凍干燥這一步驟對于純水而言相對簡單。如果產品在溶液或混懸液中含有兩種或兩種以上成分，則情況可能變得復雜，必須使用簡化模型物質，使此過程更易于理解。這種復雜系統在生物物質中廣泛存在。
干燥過程將非晶相的冰或水轉化為水蒸氣。如圖2所示 ，因為冰的蒸汽壓較低，所以水蒸氣的體積會變大。在干燥的第二階段，吸附于固體上的水被解吸出來。
圖2：水蒸氣體積-壓力曲線
此圖中水蒸氣的溫度為冰的溫度
冷凍干燥是為了獲得具有良好儲存穩定性且在復水后不發生變化的物質，當然這在很大程度上也取決于此工藝的最后一步：包裝和儲存條件。
冷凍干燥的優點可總結如下：
在低溫條件下干燥可減少熱敏性產品的降解。
液體產品可進行準確加料 。
可在過程中控制最終產品的含水量。
冷凍千燥后產品可具有較好的物理形狀。
冷凍干燥產品比表面積大，可快速復水。
其缺點如下：
投資、運轉和維護費用高。
工藝及設備復雜，需要有經過長期培訓具備熟練技能的合作者。
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