蒸發濃縮工藝的使用范圍覆蓋化工、制藥、食品、生物等領域。蒸發操作的主要目的是濃縮溶液、制取和回收純溶劑。嬰幼兒配方乳粉的生產同樣也需要蒸發濃縮工藝。利用設備的加熱作用，使原料乳中的水分在其沸點時汽化，并將汽化產生的二次蒸汽排除，從而使原料乳濃度不斷提高，直至達到預定濃度，由于真空時原料乳的沸點降低，所以蒸發的過程一般是抽真空和加熱同時存在的，又稱為真空濃縮，不同的嬰幼兒配方乳粉產品營養配方組成不同，在生產過程中不僅要滿足質量、營養等成分組成和總能量需求，還要保留營養成分的功能性。為此，本文以嬰幼兒配方乳粉的加工為例，重點描述了蒸發濃縮工藝的原理、流程及重點注意事項。
蒸發是指使含有不揮發性溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作，通過外部加熱使液體達到沸點，從而將水轉化為水蒸氣的過程，水蒸氣從液體表面逸出，蒸發速率主要取決于：（1）從加熱表面到液體中的熱傳遞速率；（2）暴露于加熱表面的液體表面積；（3）從液體表面移除水蒸氣的速率。
原料乳在-900 mbar左右環境下經過50℃左右預熱，再經過一定溫度、一定時間的殺菌保溫，蒸發脫去其中一部分水分，形成濃縮乳，從而滿足后續噴霧干燥所需濃度。具體為：原料乳從儲存罐輸送至平衡缸（A），泵送至預熱器（B）中預熱到45～60℃，泵送至閃蒸上（C），輸送至蒸汽噴射（D），殺菌后的原料乳經過保溫管（E），通過背壓閥進入閃蒸罐下（F），再離開閃蒸下（F）進入效體（一效G）頂部，通過效體分配盤，分布至列管內，形成向下流動的薄膜，開始蒸發水分，隨后再依次進入效體（二效H）和效體（三效I）依次蒸發濃縮，當達到噴霧干燥所需濃度后，泵送至濃奶罐，再進行噴霧干燥（圖1）。
原料乳從儲存罐輸送至平衡缸，即銜接前處理來料和向蒸發器供料。作用包括：（1）吸收前處理供料產生的壓力，緩沖供料不穩定形成的脈沖；（2）為蒸發器提供穩定的物料輸入；（3）回收蒸發濃縮階段因殺菌溫度不足或出料密度不足的物料，保證產品質量。
平衡缸在工作中需要通過其內的液位調節閥控制其中的料液量始終維持在60%的水平，確保料液能夠穩定地向蒸發器供料。如果液位過低，空氣會進入料液形成泡沫，泡沫進入蒸發系統會影響蒸發效果；如果液位過高，平衡缸上部物料在平衡缸中停留時間過長，易造成原料乳菌落總數升高。
平衡缸中的物料從預熱器頂部被泵送至預熱器中，物料管道在預熱器中以垂直“蛇形”平行排列，形成較大的換熱表面，預熱器內物料的加熱介質是由末效氣液分離室分離出來的二次蒸汽從預熱器底部進入預熱器，給預熱器中物料進行預熱。預熱器蒸汽調節閥與預熱溫度相關聯，可通過調節預熱器蒸汽調節閥的開度，來控制預熱器內物料所要達到的溫度。
預熱器工作溫度一般在40～50℃，特別適合中性嗜熱菌的生長繁殖，產生亞硝酸鹽和孢子，而且長時間運行會形成生物膜，影響產品質量。因此，在蒸發濃縮過程中應重點關注預熱器溫度，一般情況下蒸發器連續運行10 h左右就要進行一次清洗。
將飽和食品級純水熱蒸汽直接噴射入原料乳中，使其溫度迅速升高，從而達到殺菌的目的。
殺菌最大的缺點是蒸汽噴射入原料乳中會瞬間釋放巨大的相變潛熱，導致受熱不均勻，局部過熱，乳清蛋白變性，對終產品沖調效果產生不利影響。因此殺菌在設計上采取將飽和蒸汽垂直切線射入原料乳中，即蒸汽是沿切線方向射入原料乳中，和原料乳的流動方向垂直，以使原料乳在殺菌器中成翻滾前進狀態，受熱均勻，避免了局部過熱而產生的殺菌不均勻、乳清蛋白變性等問題。
與殺菌配套的設備還有蒸汽加水管、蒸汽調節閥、保溫管、背壓閥，均在殺菌器運行過程中發揮重要作用。
(1）蒸汽加水管
再生鍋爐內產生的蒸汽為純水蒸汽，純水蒸汽為過熱蒸汽，過熱蒸汽含有大量潛熱，直接噴射進入物料中，可能造成物料受熱過度，不利于殺菌溫度控制。因此在純水蒸汽進入物料前通過蒸汽加水管向純水蒸汽內注入純水與其混合，以保證噴射進入物料前的蒸汽為飽和蒸汽，有利于殺菌溫度的控制。
(2）蒸汽調節閥和保溫管
蒸汽調節閥可調節進入殺菌管中的蒸汽量，從而調節殺菌溫度。保溫管可以維持物料殺菌的溫度和時間，從而確保殺滅產品中特定的微生物。
(3）背壓閥
物料的殺菌溫度為95℃，該溫度下水的飽和蒸汽壓（絕壓）為0.845 bar，對應的表壓為-0.155bar，因此95℃的水在-0.155 bar壓力下便會沸騰，導致管道內出現氣泡，使物料在保溫管內非滿管運行，易造成掛垢，影響殺菌效果。在保溫管出口需要增加背壓閥，通過背壓閥調節維持管道內物料不出現沸騰現象。
經過預熱器預熱的原料乳從閃蒸罐頂部進入閃蒸罐上部，閃蒸罐下部經滅菌后的原料乳“閃蒸”產生的二次蒸汽對閃蒸罐上部進來的原料乳預熱，使其溫度升高，經過殺菌的高溫高壓原料乳，通過背壓閥進入處于真空狀態的閃蒸罐下部，這時物料會沸騰蒸發其中水分或不可凝氣體，使其溫度降低（此現象為“閃蒸”），閃蒸罐上部預熱后的原料乳進入殺菌，閃蒸罐下部降溫后的原料乳進入一效進行降膜蒸發。
閃蒸目的：（1）回收熱量，預熱物料，降低的蒸汽用量；（2）閃蒸會在很短時間內使物料溫度達到要求值，減少微生物在溫度增長區間的停留時間。需要注意：（1）閃蒸罐上部物料液位不能過高，防止閃蒸上部未殺菌的物料流入閃蒸下部已殺菌的物料中，造成污染。
料液從效體頂端進入效體后，首先進入到限流套筒內的分配盤上，分配盤有許多孔洞，料液在重力的作用下穿過孔洞向下流動，每個孔洞均位于加熱管間區域正上方，因此料液留到管板上后，沿加熱管內表面向下流動，形成物料薄膜，產生的二次蒸汽也會在加熱管內向下流動，并驅動物料薄膜向下流動。
經過濃縮的物料會進入效體下部物料室，蒸發形成的二次蒸汽攜帶一定量的物料液滴會沿切線進入氣液分離室內，形成旋風氣流，在離心力的作用下，物料液滴會脫離二次蒸汽向下流動，二次蒸汽向上走，進入下一效體。效體下部物料室及氣液分離室內分離出的物料，在泵的作用下循環蒸發或者進入下個效體蒸發。
(1）蒸發器在運行過程中要保證適當的流速及流量，流量過低會導致蒸發器內形成的物料膜不穩定、變干，嚴重時會導致管內掛垢，堵塞蒸發管。（2）二次蒸汽冷凝成的冷凝水需及時排出。一是若排出不及時，會影響冷凝器的冷凝效果，使得蒸發器內真空度降低，從而影響整體的蒸發效果；二是由于冷凝器的構造，冷凝水液位過高可能會倒灌進入末效氣液分離器內與分離出的物料混合，影響產品質量。
冷凝器在蒸發濃縮系統中的作用至關重要，是蒸發系統真空的維持者，三效二次蒸汽進入冷凝器中冷凝成水，這一過程瞬間使蒸發系統中壓力降低，來維持蒸發器內部真空度。
在日常設備巡檢中，要關注冷凝器中冷凝水的水位，一般水位在視鏡的1/3處為正常水平，水位過高影響冷凝效果，從而影響真空度，還會造成冷凝水倒流回三效氣液分離器內，影響產品質量。
總而言之，蒸發濃縮工藝在嬰幼兒配方乳粉的生產中占有重要地位，蒸發器運行過程中如何保持真空度是關鍵，也應關注預熱溫度一般40～50℃、上閃蒸與下閃蒸物料溫差<10℃、殺菌溫度以及末效分離溫度，如考慮蒸發器連續長時間穩定運行，建議在預熱器后端增加閃蒸式預熱器進行多段物料瞬間預熱，減少物料的受熱溫差，能夠延長蒸發器運行時長，同時其各個設備的維護和保養也極其重要。
