Aspen Plus로 CHON 단백질의 엔탈피, 밀도 값을 직접 구할 수 있나요?

Aspen Plus로 CHON 단백질의 엔탈피, 밀도 값을 직접 구할 수 있나요?

좋은 질문이에요. 딱 “대사성/단백질 공정” 쪽에서 한 번씩 다 겪는 고민이라서요 😊
(aspen plus v15 기준으로 설명 드릴게요.)

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1. CHON 단백질의 엔탈피·밀도값을 Aspen이 직접 계산해 줄 수 있나요?

1) “단백질” 자체를 순수물질처럼 쓰는 건 거의 불가능에 가깝습니다
• Aspen Plus는 기본적으로 순수물성 라이브러리에 등록된 물질(예: 메탄, 에탄올, 물, CO₂…)에 대해 엔탈피·밀도·Cp 등을 계산합니다.
• 단백질은:
• 분자량도 크고(수천~수만),
• 구조도 다양하고(α-helix, β-sheet 등),
• 상용 물성 데이터(증기압, 임계온도, PR/NRR 파라미터 등)가 거의 없습니다.
• 그래서 **단백질 = 하나의 “pseudo-component(의사성분)”**로 두고,
• 사용자 정의 물성(밀도, Cp)만 간단히 넣어서 쓰는 정도는 가능하지만,
• 정교한 상태방정식을 통한 정확한 엔탈피/상평형 계산은 사실상 안 된다고 보시면 편해요.

2) 공정 목적에 따라 보통 이렇게 정리합니다
1. “정확한 열물성”이 꼭 필요한 경우?
→ Aspen Plus 밖에서 단백질 물성(밀도, Cp, 용해열 등)을 따로 문헌/실험으로 구하고,
→ Aspen에는 사용자상관식(User Property Method / User-Defined Component) 으로 간단히 반영.
2. 대략적인 에너지 밸런스만 맞추면 되는 경우?
→ 단백질을 고분자 또는 비휘발성 고체로 간주하고,
• 상온 밀도: 예) 1.3~1.4 g/cm³ 근처 (⟨가정⟩)
• Cp: 고형 유기물 값(예: 1.31.8 kJ/kg·K) 정도로 단순 상수로 넣어서 추산
→ 에너지 밸런스는 “물+용매” 부분이 대부분을 차지하므로, 단백질의 오차는 어느 정도 감수

즉, Aspen이 “단백질의 정교한 엔탈피·밀도”를 자동으로 계산해 주는 기능은 없고,
사용자가 pseudo-component + 간단 물성식으로 정의해서 쓰는 방향이 현실적인 접근입니다.

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2. proxanal, ultanal, sulfanal 데이터 입력이 안 되는 이유 (중요 포인트)

말씀하신 proxanal, ultanal, sulfanal은 Aspen에서 고체 연료/바이오매스, 음식물, 폐기물 같은 혼합 고체 스트림을 위한 “조성 입력 탭”입니다.
• PROXANAL: Proximate analysis
• 고정탄(Fixed Carbon), 휘발분(Volatiles), 수분(Moisture), 회분(Ash)
• ULTANAL: Ultimate analysis
• C, H, O, N, S, Ash (질량 퍼센트)
• SULFANAL: Sulfur forms (Pyritic, Organic, Sulfate Sulfur 등 분포)

이 값들은 “component”에 넣는 게 아니라,
“stream(흐름)”의 조성 탭에 넣는 데이터라는 점이 핵심입니다.

2-1. 왜 입력 창에 커서가 안 들어가거나 값이 안 들어갈까?

주로 다음 케이스 때문에 그래요:
1. 물질형(Conventional/Nonconventional)이 Nonconventional이 아닌 경우
• PROXANAL/ULTANAL/SULFANAL은 Nonconventional Solid(NC) 스트림에 쓰는 특수 조성입니다.
• 단백질을 CONVENTIONAL 컴포넌트로만 정의해 두면,
→ stream input 창에서 해당 탭이 활성화되지 않거나 수정이 안 됩니다.
2. Property Method가 NC 지원 세트가 아닌 경우
• 예: 일반적인 NRTL, Peng-Robinson만 선택하고,
NC용 NCFUNC, DCOALIGT, HCOALGEN 등을 안 써준 경우
• 이 경우 proxanal/ultanal 입력 자체는 가능할 수도 있지만,
Property 탭에서 제대로 인식/사용이 안 되는 문제가 생깁니다.
3. 해당 스트림 타입이 “물+단백질 액상”인데, NC solid로 안 잡힌 경우
• 물질형을 잘못 잡으면, proxanal/ultanal 탭이 회색으로 비활성화될 수 있어요.

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3. 단백질 공정에서 proxanal/ultanal/sulfanal을 쓰고 싶다면 (설정 방법)

단백질을 “고형 바이오매스 비슷한 것”으로 모델링한다고 가정하고 설명해 볼게요.

(1) 컴포넌트 정의
1. Components → Specifications에서
• 단백질을 NC (NONCONVENTIONAL SOLID) 컴포넌트로 하나 정의합니다.
예: 이름 PROT, Class: NC
2. 필요하다면 “Ash”나 다른 고형분도 NC로 만들 수 있어요.

(2) Property Method (물성법) 설정
1. Properties → Global에서 Property Method로
• HCOALGEN / DCOALIGT 등을 포함하는 연료/바이오매스용 폼을 선택해야 합니다.
• 예:
• Base method: RK-SOAVE 등 +
• NC-Property 모델: HCOALGEN(엔탈피), DCOALIGT(밀도)
2. Properties → Parameters → NC-Props 쪽에서
• HCOALGEN / DCOALIGT에 필요한 파라미터들을 확인합니다.
• 많은 경우, ULTANAL/PROXANAL 데이터를 넣으면 Aspen이 자동으로 활용해 줍니다.

(3) Stream에서 proxanal/ultanal/sulfanal 입력

이제 입력 위치가 중요해요.
1. Simulation → Streams → 해당 스트림 선택
2. Composition 탭에서 상단에 NC-Stream 관련 탭들이 있을 거예요.
• PROXANAL 탭:
• Moisture, Volatile Matter, Fixed Carbon, Ash 등 wt% 입력
• ULTANAL 탭:
• C, H, O, N, S, Ash 등 wt% 입력
• SULFANAL 탭:
• Pyritic, Organic, Sulfate sulfur wt% 입력
3. 이 값들을 넣어야 NC solid의 엔탈피/밀도 계산이 가능합니다.

👉 만약 여기서도 값이 회색이라 입력이 안 된다면:
• 단백질 컴포넌트를 정말 NC로 만들었는지,
• Property Method에서 NC 모델을 제대로 선택했는지,
• 해당 스트림에 NC 컴포넌트가 실제로 포함되어 있는지

이 세 가지를 한 번씩 꼭 확인해 보셔야 해요.

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4. “단백질 = NC Solid”로 뇌피셜 말고 그럴듯하게 쓰는 팁

단백질 공정(특히 바이오/식품/사료 쪽)에서는 자주 이렇게 처리합니다.
1. ULTANAL에 CHONS 조성 입력
• 문헌/생물학적 평균값 예:
• C ≈ 50~55 wt%
• H ≈ 6~7 wt%
• O ≈ 20~24 wt%
• N ≈ 15~17 wt%
• S ≈ 0.5~2 wt% (시스테인/메티오닌 함량 따라 다름)
• 나머지는 Ash로 처리
• 실제로는 논문이나 DB에서 “평균 아미노산 조성 → 원소 분석” 자료를 가져오면 더 좋습니다.
2. PROXANAL로 수분/휘발분/고정탄/회분 입력
• 건조 단백질 분말이라면:
• Moisture: 5~10%
• Volatile: 유기물 대부분(단백질)
• Fixed Carbon + Ash: 나머지
3. SULFANAL은 단백질은 대부분 유기 S라서 Organic Sulfur에 몰아서 입력
• Pyritic나 Sulfate S는 보통 0으로 둠

이렇게 쓰면 Aspen이
→ HCOALGEN/DCOALIGT 모델을 통해
엔탈피, 밀도, 열용량을 “연료/바이오매스 수준”의 근사값으로 계산해 줍니다.

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5. 만약 “단백질 용액(액상)” 공정이라면?

현실적으로는 보통 이렇게 타협해요.
1. 액상 단백질 용액
• 용매: 물(water)
• 단백질:
• 아주 낮은 휘발성, 사실상 비휘발성 고체로 보고
• CONVENTIONAL 또는 SOLID로 정의해서
• Vapor = 0, Liquid phase presence만 허용
• 이 경우 엔탈피는 대부분 물 + 염류가 결정하고,
단백질 부분은 “질량 보존용 dummy”에 가깝게 취급합니다.
2. 에너지 밸런스가 민감할 때
• 단백질 Cp를 상수로 하나 잡고
• 사용자 정의로 H = Cp·(T − Tref) 정도로 단순화해서 넣습니다.

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6. 질문 주신 내용 정리해서 답변 드리면
1. “Aspen Plus로 CHON 단백질의 엔탈피, 밀도 값을 직접 구할 수 있나요?”
• 정밀한 의미의 “정확한 단백질 물성”은 거의 불가능
• 다만, NC solid + ULTANAL/PROXANAL/NC Property Model(HCOALGEN, DCOALIGT 등)을 이용하면
“바이오매스 수준의 근사 엔탈피·밀도”는 계산 가능해요.
2. proxanal, ultanal, sulfanal 값이 안 넘어가고 입력이 안 되는 이유와 해결 방법은?
• 단백질을 NC(NONCONVENTIONAL)로 정의하고
• Property Method에서 NC 모델(HCOALGEN, DCOALIGT 등)을 활성화하고
• 해당 스트림이 실제로 NC 컴포넌트를 포함하도록 한 뒤
• Simulation → Streams → (해당 스트림) → PROXANAL/ULTANAL/SULFANAL 탭에 입력하시면 됩니다.
• 여전히 안 되면:
1. 컴포넌트 Class,
2. Property Method,
3. 스트림 phase/species 포함 여부
이 세 가지를 다시 점검해 보셔야 해요.

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혹시 지금 만든 Aspen 파일에서
• 컴포넌트 정의 화면 캡처(또는 어떤 Class로 넣으셨는지),
• Property Method 이름,
• 문제 되는 stream 이름

이 정도 알려주시면 “어디서 막히는지 딱 집어서” 세팅 순서대로 잡아 드릴 수도 있어요.
지금 단계에서는 위처럼 전체 구조를 먼저 잡아두시면 좋을 것 같아요 😊