蒸发浓缩工艺的使用范围覆盖化工、制药、食品、生物等领域。蒸发操作的主要目的是浓缩溶液、制取和回收纯溶剂。婴幼儿配方乳粉的生产同样也需要蒸发浓缩工艺。利用设备的加热作用，使原料乳中的水分在其沸点时汽化，并将汽化产生的二次蒸汽排除，从而使原料乳浓度不断提高，直至达到预定浓度，由于真空时原料乳的沸点降低，所以蒸发的过程一般是抽真空和加热同时存在的，又称为真空浓缩，不同的婴幼儿配方乳粉产品营养配方组成不同，在生产过程中不仅要满足质量、营养等成分组成和总能量需求，还要保留营养成分的功能性。为此，本文以婴幼儿配方乳粉的加工为例，重点描述了蒸发浓缩工艺的原理、流程及重点注意事项。

蒸发是指使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作，通过外部加热使液体达到沸点，从而将水转化为水蒸气的过程，水蒸气从液体表面逸出，蒸发速率主要取决于：（1）从加热表面到液体中的热传递速率；（2）暴露于加热表面的液体表面积；（3）从液体表面移除水蒸气的速率。

原料乳在-900 mbar左右环境下经过50℃左右预热，再经过一定温度、一定时间的杀菌保温，蒸发脱去其中一部分水分，形成浓缩乳，从而满足后续喷雾干燥所需浓度。具体为：原料乳从储存罐输送至平衡缸（A），泵送至预热器（B）中预热到45～60℃，泵送至闪蒸上（C），输送至蒸汽喷射（D），杀菌后的原料乳经过保温管（E），通过背压阀进入闪蒸罐下（F），再离开闪蒸下（F）进入效体（一效G）顶部，通过效体分配盘，分布至列管内，形成向下流动的薄膜，开始蒸发水分，随后再依次进入效体（二效H）和效体（三效I）依次蒸发浓缩，当达到喷雾干燥所需浓度后，泵送至浓奶罐，再进行喷雾干燥（图1）。

原料乳从储存罐输送至平衡缸，即衔接前处理来料和向蒸发器供料。作用包括：（1）吸收前处理供料产生的压力，缓冲供料不稳定形成的脉冲；（2）为蒸发器提供稳定的物料输入；（3）回收蒸发浓缩阶段因杀菌温度不足或出料密度不足的物料，保证产品质量。

平衡缸在工作中需要通过其内的液位调节阀控制其中的料液量始终维持在60%的水平，确保料液能够稳定地向蒸发器供料。如果液位过低，空气会进入料液形成泡沫，泡沫进入蒸发系统会影响蒸发效果；如果液位过高，平衡缸上部物料在平衡缸中停留时间过长，易造成原料乳菌落总数升高。

平衡缸中的物料从预热器顶部被泵送至预热器中，物料管道在预热器中以垂直“蛇形”平行排列，形成较大的换热表面，预热器内物料的加热介质是由末效气液分离室分离出来的二次蒸汽从预热器底部进入预热器，给预热器中物料进行预热。预热器蒸汽调节阀与预热温度相关联，可通过调节预热器蒸汽调节阀的开度，来控制预热器内物料所要达到的温度。

预热器工作温度一般在40～50℃，特别适合中性嗜热菌的生长繁殖，产生亚硝酸盐和孢子，而且长时间运行会形成生物膜，影响产品质量。因此，在蒸发浓缩过程中应重点关注预热器温度，一般情况下蒸发器连续运行10 h左右就要进行一次清洗。

将饱和食品级纯水热蒸汽直接喷射入原料乳中，使其温度迅速升高，从而达到杀菌的目的。

杀菌最大的缺点是蒸汽喷射入原料乳中会瞬间释放巨大的相变潜热，导致受热不均匀，局部过热，乳清蛋白变性，对终产品冲调效果产生不利影响。因此杀菌在设计上采取将饱和蒸汽垂直切线射入原料乳中，即蒸汽是沿切线方向射入原料乳中，和原料乳的流动方向垂直，以使原料乳在杀菌器中成翻滚前进状态，受热均匀，避免了局部过热而产生的杀菌不均匀、乳清蛋白变性等问题。

与杀菌配套的设备还有蒸汽加水管、蒸汽调节阀、保温管、背压阀，均在杀菌器运行过程中发挥重要作用。

(1）蒸汽加水管

再生锅炉内产生的蒸汽为纯水蒸汽，纯水蒸汽为过热蒸汽，过热蒸汽含有大量潜热，直接喷射进入物料中，可能造成物料受热过度，不利于杀菌温度控制。因此在纯水蒸汽进入物料前通过蒸汽加水管向纯水蒸汽内注入纯水与其混合，以保证喷射进入物料前的蒸汽为饱和蒸汽，有利于杀菌温度的控制。

(2）蒸汽调节阀和保温管

蒸汽调节阀可调节进入杀菌管中的蒸汽量，从而调节杀菌温度。保温管可以维持物料杀菌的温度和时间，从而确保杀灭产品中特定的微生物。

(3）背压阀

物料的杀菌温度为95℃，该温度下水的饱和蒸汽压（绝压）为0.845 bar，对应的表压为-0.155bar，因此95℃的水在-0.155 bar压力下便会沸腾，导致管道内出现气泡，使物料在保温管内非满管运行，易造成挂垢，影响杀菌效果。在保温管出口需要增加背压阀，通过背压阀调节维持管道内物料不出现沸腾现象。

经过预热器预热的原料乳从闪蒸罐顶部进入闪蒸罐上部，闪蒸罐下部经灭菌后的原料乳“闪蒸”产生的二次蒸汽对闪蒸罐上部进来的原料乳预热，使其温度升高，经过杀菌的高温高压原料乳，通过背压阀进入处于真空状态的闪蒸罐下部，这时物料会沸腾蒸发其中水分或不可凝气体，使其温度降低（此现象为“闪蒸”），闪蒸罐上部预热后的原料乳进入杀菌，闪蒸罐下部降温后的原料乳进入一效进行降膜蒸发。

闪蒸目的：（1）回收热量，预热物料，降低的蒸汽用量；（2）闪蒸会在很短时间内使物料温度达到要求值，减少微生物在温度增长区间的停留时间。需要注意：（1）闪蒸罐上部物料液位不能过高，防止闪蒸上部未杀菌的物料流入闪蒸下部已杀菌的物料中，造成污染。

料液从效体顶端进入效体后，首先进入到限流套筒内的分配盘上，分配盘有许多孔洞，料液在重力的作用下穿过孔洞向下流动，每个孔洞均位于加热管间区域正上方，因此料液留到管板上后，沿加热管内表面向下流动，形成物料薄膜，产生的二次蒸汽也会在加热管内向下流动，并驱动物料薄膜向下流动。

经过浓缩的物料会进入效体下部物料室，蒸发形成的二次蒸汽携带一定量的物料液滴会沿切线进入气液分离室内，形成旋风气流，在离心力的作用下，物料液滴会脱离二次蒸汽向下流动，二次蒸汽向上走，进入下一效体。效体下部物料室及气液分离室内分离出的物料，在泵的作用下循环蒸发或者进入下个效体蒸发。

(1）蒸发器在运行过程中要保证适当的流速及流量，流量过低会导致蒸发器内形成的物料膜不稳定、变干，严重时会导致管内挂垢，堵塞蒸发管。（2）二次蒸汽冷凝成的冷凝水需及时排出。一是若排出不及时，会影响冷凝器的冷凝效果，使得蒸发器内真空度降低，从而影响整体的蒸发效果；二是由于冷凝器的构造，冷凝水液位过高可能会倒灌进入末效气液分离器内与分离出的物料混合，影响产品质量。

冷凝器在蒸发浓缩系统中的作用至关重要，是蒸发系统真空的维持者，三效二次蒸汽进入冷凝器中冷凝成水，这一过程瞬间使蒸发系统中压力降低，来维持蒸发器内部真空度。

在日常设备巡检中，要关注冷凝器中冷凝水的水位，一般水位在视镜的1/3处为正常水平，水位过高影响冷凝效果，从而影响真空度，还会造成冷凝水倒流回三效气液分离器内，影响产品质量。

总而言之，蒸发浓缩工艺在婴幼儿配方乳粉的生产中占有重要地位，蒸发器运行过程中如何保持真空度是关键，也应关注预热温度一般40～50℃、上闪蒸与下闪蒸物料温差<10℃、杀菌温度以及末效分离温度，如考虑蒸发器连续长时间稳定运行，建议在预热器后端增加闪蒸式预热器进行多段物料瞬间预热，减少物料的受热温差，能够延长蒸发器运行时长，同时其各个设备的维护和保养也极其重要。