聚丙烯生产工艺计算
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（5）每m3浆液中有多少立方米丙烯VPR和聚丙烯V
解：
（1）查表：70℃时，dPR=400kg/m3，d聚丙烯=900kg/m3
由题意得，每1m3浆料
D·Q/900+（D－D·Q）/400=1
代入D=560kg/m3，得
Q=51.43%（wt）
（2）环管中单位体积丙烯中聚合物浓度A
A=
D·Q
（D－D·Q）/400
设丙烯流量为18.5t/h，在线分析仪测得H2在丙烯中的浓度为400ppm，问H2的加入量为多少？
解：由题意得
H2的加入量=丙烯流量/MPR·（H2在丙烯中的浓度）×2
=18.5×106÷42×400×10-6×2
=352.38（g/h）
=0.3524（kg/h）
即H2的加入量为0.3524kg/h
=3.14×1×0.637×200
=400主Cat/h
催化剂的活性=聚合物产量/主催化剂用量
=10×103（kg/h）/400（g/h）
=25kg聚丙烯/g主催化剂
∵Ti占主催化剂的2.3%
Ti的活性=25/2.3%=1087.0（kgPP/gTi）
五、聚合物产量的计算和估算
聚合物产量的计算和估算，是判断装置负荷，运行状态的一个主要方面。
1.从界区流量的参数来判断聚合物的产量。设进装置丙烯为10.245t/h，尾气排放为243kg/h，问聚合物的产量是多少？
解：设聚丙烯装置生产稳定，各工艺参数控制良好，保持不02（t/h）
2.由主催化剂用量来计算聚丙烯产量，设h为注射器D108的下降量（单位为dm/h），假定为60mm/h，D108的直径为200mm，主催化剂膏的浓度为200g主催化剂/l油膏，GF2A的活性按28kg聚丙烯/g主催化剂计，问聚合物的产量？
τ201=
大环管容积
大环管进料体积流量
=
50×570
18.4×103
=1.55（h）
小环管的平均停留时间（因为在小环管中聚丙烯含量仅为浆液的2%wt很小，所以小环管浆液密度按丙烯密度计）
τ200=
小环管容积
小环管进料体积流量
=
0.46×510×60
3000
=4.6（min）
2.设环管密度为570kg/m3，环管中聚合物浓度Q为0.5143kg聚丙烯/kg浆液，若聚合物产量为9.45t/h，求平均停留时间？
四、催化剂（cat）活性（收率）的计算
根据聚合物的产量、主催化剂的浓度和用量可计算催化剂的活性。设聚合物产量为10t/h，主催化剂的浓度为200g主催化剂/l催化剂油膏，注射器D108A/B中主催化剂油膏下降量为h=63.7mm/h，D108A/B的直径为Φ200mm，问催化剂的活性是多少？
解：
主催化剂的加料量
∵油：脂=2：1
∴需要脂为：336.242×1/3=112.08（kg）
需要油为：336.242－112.08=224.16（kg）
另外，加入的油脂体积为：
V70℃·d70℃= V10℃·d10℃
V70℃·0.85=377.8×0.89
V70℃=395.6（l）
∴要将85kg主催化剂配制成200g主催化剂/l催化剂膏所需加入70℃的油脂混合物为395.6（l），每kg主催化剂所需加入的油脂为：395.6/85=4.65（l）。
解：R200产量=R200换热总量/丙烯聚合热
=[（冷冻水的补水量）×（进水与回水的温度差）×1kcal/kg·℃]/丙烯聚合热
=（2000×11.2×1）/500
=44.8（kg/h）
∴预聚合产量为44.8kg/h。
3.已知温度为70℃时，C3=密度为400kg/m3，聚丙烯密度为900kg/m3，DIC241（PV）=560kg/m3。求R201的装填量（V=50m3）？
S1S3
S4
S2
S5
图5-1物料衡算框图
由上图可得：
S1+S2=S3+S4+S5
计算基准是指在计算过程中的标准，如单位等，它必须统一、明确。比如：采用计算每小时产品的产量为基准来计算每小时的原料量和中间产品产量。
二、关于三乙基铝（TEAL）和给电子体(DONOR)实际比率设定
在实际生产中，TEAL和DONOR的比率是根据产品牌号确定的，只要设定适当的丙烯量，则TEAL和DONOR的量自然就确定。但在实际生产中，由于两台仪表量程不同，精确度不同，因此TEAL和DONOR的比率设定必须经过校对才能准确设定。
解：由题意得：
∵85kg主催化剂配制成浓度为200g主催化剂/l催化剂膏的总体积为：
85/0.2=425（l） （10℃）
其中85kg主催化剂所占体积为
85/1.8=47.22（l）
∴主催化剂膏中油脂体积为：
425－47.22=377.8（l） （10℃）
∴10℃时油脂总量为：
377.8×0.89=336.242（kg）
聚丙烯生产工艺计算
第一节 主催化剂和助催化剂的配比计算
一、主催化剂配比的计算
主催化剂（FT4S或GF2A）的配制一般用加热至70℃的油脂混合物来配制（油脂比例为2：1），此时油脂混合物的比重为0.85，常温下油脂混合物的比重为0.89（10℃），假设主催化剂一桶为85kg，比重为1.8，在生产上一般要求配制成200g主催化剂/l催化剂膏，计算所要加入的油脂量为多少？
=10.2t/h
即聚合物最大产量为10.2t/h。
六、对环管各参数的计算：
1.对大环管R201的计算（单环管）
设进料丙烯流量为18.5t/h，环管内浆料密度D=560kg/m3，环管温度为70℃，求：
（1）环管中聚合物的重量百分比浓度Q
（2）环管中单位体积丙烯中聚合物浓度A
（3）丙烯的单程转化率Y
（4）环管反应器中聚丙烯的产量
2.物料衡算
物料衡算是质量守恒定律的一种表现形式。依此定律：凡引入某一设备进行操作的物料质量，必须等于操作后所得产品的质量，但在实际操作中物料不可避免有损失，所以输出的量较输入的量少，其差值为物料损失量,即：
输入量=输出量+损失量
上式适用于整个过程，也适用于任何一个步骤。在物料衡算中，可以做总的物料衡算，也可以对混合物中某一组分做部分的物料衡算。
解：（1）求R201中浆液的浓度Q：
由题意得，每1m3浆料
D·Q/900+（D－D·Q）/400=1
代入D=560kg/m3，得
Q=0.5143（kgPP/kg浆液）
（2）环管中每1m3浆液的聚合物产量为：
A=D·Q
=560×0.5143
=288（kg/m3）
（3）R201的装填量为：
W=A·V
=288×50
在实际配制过程中，可根据上述计算方法进行。例如：要将一桶主催化剂配制成200g主催化剂/l催化剂膏，只要将主催化剂净重乘以4.65l即是所加入的油脂量。再从仪表上设定即可。
二、低浓度给电子体（DONOR）的配制
不同的产品在生产中要求加入的给电子体量也不同，为了提高操作的灵活性，一般要准备100%和25%两种浓度的给电子体。低浓度DONOR用已烷配制。
1.设环管浆液密度D为570kg/m3，进料丙烯流量为18.4t/h，小环管丙烯进料为3000kg/h，大环管R201的体积为50m3，小环管R200的体积为0.46m3，大环管中聚合物浓度Q为0.5143kg聚丙烯/kg浆液，求平均停留时间？
解：查表：20℃时丙烯的密度d20=510kg/m3
大环管的平均停留时间：
1.设某种聚丙烯产品要求TEAL（kg/h）/PR（t/h）=0.2，进料PR流控表范围为0～25t/h，TEAL流控表范围是0～5kg/h，问TEAL流控表的实际比率是多少？
解：TEAL流控表的实际比率
=
TEAL流控表输出值（PV）
/
TEAL流控表量程
PR流控表输出值（PV）
进料PR流控表量程
=0.2×（25/5）
=14400（kg）
4. 已知70℃时，C3=密度为400kg/m3，聚丙烯密度为900kg/m3，浆液浓度为50%，试求70℃时的浆液密度？
解：设70℃时的浆液密度为x，则
0.5·x/400+0.5·x/900=1
x=400×900×2/（400+900）=553.8（kg/m3）
七、聚合物在不管反应器中平均停留时间的计算：
∴需配制500kg浓度为25%（wt）的Donor，要加入Donor为125kg，已烷为457.3（l）。
第二节 工艺操作计算
一、物料衡算知识简介
1.质量守恒定律
在物理变化过程中，变化前后各物质的总量及各单元组分的量都保持不变。
在化学变化过程中，改变的是物质的性质，但变化前后，物质的总量不变，即参加反应的物质的总量等于反应后生成的物质总量。质量守恒定律又叫物质不灭定律，即参加反应的总量等于反应后生成的物质总量，是物料衡算的理论基础。
=
400Q
（1－Q）
=423.5（kgPP/m3PR）
（3）丙烯的单程转化率Y（也就是说每吨丙烯进入环管后，经过反应，从LV231出来生成聚丙烯的重量百分比例）。
Y=Q=A/（A+400）×100%=51.43%
（4）环管反应器中聚丙烯的产量
均聚物产量=丙烯流量·Y
=18.5×Y
=9.51（t/h）
τ=
环管中聚合物量
聚合物产量
=14.6575/9.45
=1.55（h）
当环管密度一定时，不同的产量对应于不同的停留时间。
八、单体转化率及产品物耗的计算
=1.0
TEAL流控表的实际比率为1.0
2.设某种产品要求TEAL（kg/h）/Donor（kg/h）=22，且Donor浓度=50%（wt），Donor流控表范围为0～2.5kg/h，问Donor流控表的实际比率是多少？
解：Donor流控表的实际比率
=
Donor流控表输出值（PV）
/
Donor流控表量程
（5）每m3浆液中的聚丙烯和丙烯量分别为V聚丙烯、VPR
则V聚丙烯=D·Q/900
=560×51.43%/900
=0.32（m3聚丙烯/m3浆液）
∴VPR=1－0.32
=0.68（m3PR/m3浆液）
2.设小环管R200夹套补充水量为2000kg/h，夹套水往返温度差为11.2℃，聚合热为500kcal/kg，求预聚合产量？
解：据题意：
聚合物产量W=πR2h·200·28/1000
=3.14×1×h×200×28/1000
=17.548h（t聚丙烯/h）
∵h=60mm/h=0.6dm/h，∴W=0.6×1.7548=10.53（t聚丙烯/h）
即聚合物的产量为10.53t/h
3.设丙烯进环管量为18.5t/h，回收量为7.02t/h，排放气为243kg/h。求聚合物产量？
已知：Donor的比重d420=0.947，已烷的比重d420=0.82，设需要配制500kg浓度为25%（wt）的Donor溶液，计算所需加入的已烷量？
解：由题意得：
∵500kg浓度为25%（wt）的Donor净重：W=500×25%=125（kg）
∴所需要加入的已烷体积：V=（500－W）/0.82=（500－125）/0.82=457.3（l）
解：∵D=570kg/m3，Q=0.5143kg聚丙烯/kg浆液
∴环管中每立方米浆液的聚合物产量为：
W=D·Q
=570×0.5143
=293.15（kgPP/m3）
∴环管中聚丙烯量=（环管体积）×（每立方米浆液中聚合物量）
=50×293.15
=14657.5（kg）
=14.6575（t）
当聚合物产量为9.45t/h时，停留时间为：
PR流控表输出值（PV）
PR流控表量程
∵TEAL/Donor=22
∴Donor流控表的实际比率
=
TEAL流控表输出值（PV）
/
PR流控表量程
22×50%×PR流控表输出值（PV）
Donor流控表量程
=
0.2
/
25
22×50%
2.5
=0.1818
∴Donor流控表的实际比率为0.1818
三、氢气加入量的计算
在实际操作中，物料衡算可以揭示原料的浪费和操作运行的好坏及生产过程的完善程度。物料衡算愈细，则表示对操作的了解愈深入，愈全面。物料衡算又是能量衡算和设备计算的基础。
在算时要注意两点：一是计算范围，二是计算标准。
计算范围是指从哪里开始计算进料点，又从哪里计算出料点，这要根据需要设定。如计算一台设备，一般把这台设备作为计算范围。为了更加明确，可用方框注出，如图5-1。
解：聚合物产量=丙烯进环管量－丙烯回收量－排放气
=18.5－7.02－0.243
=11.2t/h
即聚合物产量为11.2t/h。
4.设环管进料为18.5t/h，环管出料淤浆浓度为560～570kg/m3，排出浆液中聚丙烯含量为50～55%（wt），求聚合物最大产量？
解：由题意得
W=进料量×排出物含量
=18.5×55%
解：
（1）查表：70℃时，dPR=400kg/m3，d聚丙烯=900kg/m3
由题意得，每1m3浆料
D·Q/900+（D－D·Q）/400=1
代入D=560kg/m3，得
Q=51.43%（wt）
（2）环管中单位体积丙烯中聚合物浓度A
A=
D·Q
（D－D·Q）/400
设丙烯流量为18.5t/h，在线分析仪测得H2在丙烯中的浓度为400ppm，问H2的加入量为多少？
解：由题意得
H2的加入量=丙烯流量/MPR·（H2在丙烯中的浓度）×2
=18.5×106÷42×400×10-6×2
=352.38（g/h）
=0.3524（kg/h）
即H2的加入量为0.3524kg/h
=3.14×1×0.637×200
=400主Cat/h
催化剂的活性=聚合物产量/主催化剂用量
=10×103（kg/h）/400（g/h）
=25kg聚丙烯/g主催化剂
∵Ti占主催化剂的2.3%
Ti的活性=25/2.3%=1087.0（kgPP/gTi）
五、聚合物产量的计算和估算
聚合物产量的计算和估算，是判断装置负荷，运行状态的一个主要方面。
1.从界区流量的参数来判断聚合物的产量。设进装置丙烯为10.245t/h，尾气排放为243kg/h，问聚合物的产量是多少？
解：设聚丙烯装置生产稳定，各工艺参数控制良好，保持不02（t/h）
2.由主催化剂用量来计算聚丙烯产量，设h为注射器D108的下降量（单位为dm/h），假定为60mm/h，D108的直径为200mm，主催化剂膏的浓度为200g主催化剂/l油膏，GF2A的活性按28kg聚丙烯/g主催化剂计，问聚合物的产量？
τ201=
大环管容积
大环管进料体积流量
=
50×570
18.4×103
=1.55（h）
小环管的平均停留时间（因为在小环管中聚丙烯含量仅为浆液的2%wt很小，所以小环管浆液密度按丙烯密度计）
τ200=
小环管容积
小环管进料体积流量
=
0.46×510×60
3000
=4.6（min）
2.设环管密度为570kg/m3，环管中聚合物浓度Q为0.5143kg聚丙烯/kg浆液，若聚合物产量为9.45t/h，求平均停留时间？
四、催化剂（cat）活性（收率）的计算
根据聚合物的产量、主催化剂的浓度和用量可计算催化剂的活性。设聚合物产量为10t/h，主催化剂的浓度为200g主催化剂/l催化剂油膏，注射器D108A/B中主催化剂油膏下降量为h=63.7mm/h，D108A/B的直径为Φ200mm，问催化剂的活性是多少？
解：
主催化剂的加料量
∵油：脂=2：1
∴需要脂为：336.242×1/3=112.08（kg）
需要油为：336.242－112.08=224.16（kg）
另外，加入的油脂体积为：
V70℃·d70℃= V10℃·d10℃
V70℃·0.85=377.8×0.89
V70℃=395.6（l）
∴要将85kg主催化剂配制成200g主催化剂/l催化剂膏所需加入70℃的油脂混合物为395.6（l），每kg主催化剂所需加入的油脂为：395.6/85=4.65（l）。
解：R200产量=R200换热总量/丙烯聚合热
=[（冷冻水的补水量）×（进水与回水的温度差）×1kcal/kg·℃]/丙烯聚合热
=（2000×11.2×1）/500
=44.8（kg/h）
∴预聚合产量为44.8kg/h。
3.已知温度为70℃时，C3=密度为400kg/m3，聚丙烯密度为900kg/m3，DIC241（PV）=560kg/m3。求R201的装填量（V=50m3）？
S1S3
S4
S2
S5
图5-1物料衡算框图
由上图可得：
S1+S2=S3+S4+S5
计算基准是指在计算过程中的标准，如单位等，它必须统一、明确。比如：采用计算每小时产品的产量为基准来计算每小时的原料量和中间产品产量。
二、关于三乙基铝（TEAL）和给电子体(DONOR)实际比率设定
在实际生产中，TEAL和DONOR的比率是根据产品牌号确定的，只要设定适当的丙烯量，则TEAL和DONOR的量自然就确定。但在实际生产中，由于两台仪表量程不同，精确度不同，因此TEAL和DONOR的比率设定必须经过校对才能准确设定。
解：由题意得：
∵85kg主催化剂配制成浓度为200g主催化剂/l催化剂膏的总体积为：
85/0.2=425（l） （10℃）
其中85kg主催化剂所占体积为
85/1.8=47.22（l）
∴主催化剂膏中油脂体积为：
425－47.22=377.8（l） （10℃）
∴10℃时油脂总量为：
377.8×0.89=336.242（kg）
聚丙烯生产工艺计算
第一节 主催化剂和助催化剂的配比计算
一、主催化剂配比的计算
主催化剂（FT4S或GF2A）的配制一般用加热至70℃的油脂混合物来配制（油脂比例为2：1），此时油脂混合物的比重为0.85，常温下油脂混合物的比重为0.89（10℃），假设主催化剂一桶为85kg，比重为1.8，在生产上一般要求配制成200g主催化剂/l催化剂膏，计算所要加入的油脂量为多少？
=10.2t/h
即聚合物最大产量为10.2t/h。
六、对环管各参数的计算：
1.对大环管R201的计算（单环管）
设进料丙烯流量为18.5t/h，环管内浆料密度D=560kg/m3，环管温度为70℃，求：
（1）环管中聚合物的重量百分比浓度Q
（2）环管中单位体积丙烯中聚合物浓度A
（3）丙烯的单程转化率Y
（4）环管反应器中聚丙烯的产量
2.物料衡算
物料衡算是质量守恒定律的一种表现形式。依此定律：凡引入某一设备进行操作的物料质量，必须等于操作后所得产品的质量，但在实际操作中物料不可避免有损失，所以输出的量较输入的量少，其差值为物料损失量,即：
输入量=输出量+损失量
上式适用于整个过程，也适用于任何一个步骤。在物料衡算中，可以做总的物料衡算，也可以对混合物中某一组分做部分的物料衡算。
解：（1）求R201中浆液的浓度Q：
由题意得，每1m3浆料
D·Q/900+（D－D·Q）/400=1
代入D=560kg/m3，得
Q=0.5143（kgPP/kg浆液）
（2）环管中每1m3浆液的聚合物产量为：
A=D·Q
=560×0.5143
=288（kg/m3）
（3）R201的装填量为：
W=A·V
=288×50
在实际配制过程中，可根据上述计算方法进行。例如：要将一桶主催化剂配制成200g主催化剂/l催化剂膏，只要将主催化剂净重乘以4.65l即是所加入的油脂量。再从仪表上设定即可。
二、低浓度给电子体（DONOR）的配制
不同的产品在生产中要求加入的给电子体量也不同，为了提高操作的灵活性，一般要准备100%和25%两种浓度的给电子体。低浓度DONOR用已烷配制。
1.设环管浆液密度D为570kg/m3，进料丙烯流量为18.4t/h，小环管丙烯进料为3000kg/h，大环管R201的体积为50m3，小环管R200的体积为0.46m3，大环管中聚合物浓度Q为0.5143kg聚丙烯/kg浆液，求平均停留时间？
解：查表：20℃时丙烯的密度d20=510kg/m3
大环管的平均停留时间：
1.设某种聚丙烯产品要求TEAL（kg/h）/PR（t/h）=0.2，进料PR流控表范围为0～25t/h，TEAL流控表范围是0～5kg/h，问TEAL流控表的实际比率是多少？
解：TEAL流控表的实际比率
=
TEAL流控表输出值（PV）
/
TEAL流控表量程
PR流控表输出值（PV）
进料PR流控表量程
=0.2×（25/5）
=14400（kg）
4. 已知70℃时，C3=密度为400kg/m3，聚丙烯密度为900kg/m3，浆液浓度为50%，试求70℃时的浆液密度？
解：设70℃时的浆液密度为x，则
0.5·x/400+0.5·x/900=1
x=400×900×2/（400+900）=553.8（kg/m3）
七、聚合物在不管反应器中平均停留时间的计算：
∴需配制500kg浓度为25%（wt）的Donor，要加入Donor为125kg，已烷为457.3（l）。
第二节 工艺操作计算
一、物料衡算知识简介
1.质量守恒定律
在物理变化过程中，变化前后各物质的总量及各单元组分的量都保持不变。
在化学变化过程中，改变的是物质的性质，但变化前后，物质的总量不变，即参加反应的物质的总量等于反应后生成的物质总量。质量守恒定律又叫物质不灭定律，即参加反应的总量等于反应后生成的物质总量，是物料衡算的理论基础。
=
400Q
（1－Q）
=423.5（kgPP/m3PR）
（3）丙烯的单程转化率Y（也就是说每吨丙烯进入环管后，经过反应，从LV231出来生成聚丙烯的重量百分比例）。
Y=Q=A/（A+400）×100%=51.43%
（4）环管反应器中聚丙烯的产量
均聚物产量=丙烯流量·Y
=18.5×Y
=9.51（t/h）
τ=
环管中聚合物量
聚合物产量
=14.6575/9.45
=1.55（h）
当环管密度一定时，不同的产量对应于不同的停留时间。
八、单体转化率及产品物耗的计算
=1.0
TEAL流控表的实际比率为1.0
2.设某种产品要求TEAL（kg/h）/Donor（kg/h）=22，且Donor浓度=50%（wt），Donor流控表范围为0～2.5kg/h，问Donor流控表的实际比率是多少？
解：Donor流控表的实际比率
=
Donor流控表输出值（PV）
/
Donor流控表量程
（5）每m3浆液中的聚丙烯和丙烯量分别为V聚丙烯、VPR
则V聚丙烯=D·Q/900
=560×51.43%/900
=0.32（m3聚丙烯/m3浆液）
∴VPR=1－0.32
=0.68（m3PR/m3浆液）
2.设小环管R200夹套补充水量为2000kg/h，夹套水往返温度差为11.2℃，聚合热为500kcal/kg，求预聚合产量？
解：据题意：
聚合物产量W=πR2h·200·28/1000
=3.14×1×h×200×28/1000
=17.548h（t聚丙烯/h）
∵h=60mm/h=0.6dm/h，∴W=0.6×1.7548=10.53（t聚丙烯/h）
即聚合物的产量为10.53t/h
3.设丙烯进环管量为18.5t/h，回收量为7.02t/h，排放气为243kg/h。求聚合物产量？
已知：Donor的比重d420=0.947，已烷的比重d420=0.82，设需要配制500kg浓度为25%（wt）的Donor溶液，计算所需加入的已烷量？
解：由题意得：
∵500kg浓度为25%（wt）的Donor净重：W=500×25%=125（kg）
∴所需要加入的已烷体积：V=（500－W）/0.82=（500－125）/0.82=457.3（l）
解：∵D=570kg/m3，Q=0.5143kg聚丙烯/kg浆液
∴环管中每立方米浆液的聚合物产量为：
W=D·Q
=570×0.5143
=293.15（kgPP/m3）
∴环管中聚丙烯量=（环管体积）×（每立方米浆液中聚合物量）
=50×293.15
=14657.5（kg）
=14.6575（t）
当聚合物产量为9.45t/h时，停留时间为：
PR流控表输出值（PV）
PR流控表量程
∵TEAL/Donor=22
∴Donor流控表的实际比率
=
TEAL流控表输出值（PV）
/
PR流控表量程
22×50%×PR流控表输出值（PV）
Donor流控表量程
=
0.2
/
25
22×50%
2.5
=0.1818
∴Donor流控表的实际比率为0.1818
三、氢气加入量的计算
在实际操作中，物料衡算可以揭示原料的浪费和操作运行的好坏及生产过程的完善程度。物料衡算愈细，则表示对操作的了解愈深入，愈全面。物料衡算又是能量衡算和设备计算的基础。
在算时要注意两点：一是计算范围，二是计算标准。
计算范围是指从哪里开始计算进料点，又从哪里计算出料点，这要根据需要设定。如计算一台设备，一般把这台设备作为计算范围。为了更加明确，可用方框注出，如图5-1。
解：聚合物产量=丙烯进环管量－丙烯回收量－排放气
=18.5－7.02－0.243
=11.2t/h
即聚合物产量为11.2t/h。
4.设环管进料为18.5t/h，环管出料淤浆浓度为560～570kg/m3，排出浆液中聚丙烯含量为50～55%（wt），求聚合物最大产量？
解：由题意得
W=进料量×排出物含量
=18.5×55%