Multiscale simulation of crystal growth from solution

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Heiko Briesen
• Subject Area: Chemical and Thermal Process Engineering
• Term: from 2009 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 155981807

Kristallisation aus einer Lösung und Auflösung sind wichtige Prozesse, die in vielen Industriezweigen eingesetzt werden, um beispielsweise Pharmazeutika oder Spezialchemikalien herzustellen. Eine a priori Vorhersage der Kristallwachstums- und Auflösungsraten und der Kristallform würde die Auslegung von solchen Prozessen entscheidend verbessern. In den letzten Jahren ist das Interesse an molekulardynamischen (MD) Simulationen als geeignetes Werkzeug zur Vorhersage von Kristallwachstum und Auflösung stark angestiegen. Aufgrund des hohen Rechenaufwandes, der mit MD Simulationen verbunden ist, sind mit diesem Werkzeug allerdings nur Zeitskalen von einigen hundert Nanosekunden zugänglich. Diese Zeitskalen wiederum sind viele Größenordnungen von den interessierenden Zeitskalen zur Modellierung des makroskopischen Kristallwachstums entfernt. Um diese Lücke in den Zeitskalen zu überbrücken, haben Piana et al. (2005) eine mehrskalige Strategie zur Vorhersage des Kristallhabitus vorgeschlagen. Im vorliegenden Projekt erweitern wir diese Strategie zur Berechnung tatsächlicher Kristallwachstums- und Auflösungsraten zum Vergleich mit experimentellen Daten. Molekulardynamische und kinetische Monte Carlo Simulationen werden gemeinsam eingesetzt, um das Kristallwachstum und Auflösung aus einer grundlegenden physikalischen Perspektive zu verstehen. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung des Multiskalen-Simulationsrahmenwerks, das die Berechnung der absoluten Kristallwachstums- und Auflösungsraten sowie die Vorhersage der Kristallform und Größe aufgrund ausschließlich der molekularen Struktur für eine breite Palette von Stoffen ermöglichen soll

• DFG Programme: Research Grants