• Stofftransport durch Phasengrenzschichten (ENRICO)

Thermische Trennverfahren, wie Absorption oder Rektifikation, basieren auf dem Stofftransport durch die Grenzschicht zwischen zwei Phasen. Die Modelle zur Beschreibung von Stoff- und Energiebilanzen, die zur Auslegung solcher Anlagen verwendet werden, betrachten dabei oft nur die Konzentrationen der Komponenten in den Bulkphasen. Eigenschaften und Prozesse in der Phasengrenzschicht werden dabei oft stark vereinfacht. Molekulare Simulationen und die Dichtegradiententheorie zeigen jedoch, dass es bei vielen technisch relevanten Gemischen zu einer Anreicherung der leichtsiedendenen Komponente an der Grenzschicht kommt. Diese Anreicherung sollte nach dem Fick'schen Diffusionsgesetz einen zusätzlichen Transportwiderstand für den Stofftransport durch die Grenzschicht darstellen. In Molekulardynamischen Simulationsszenarien soll ein Stoffstrom durch eine Phasengrenzschicht gezielt erzeugt werden. Anhand der Simulationsszenarien wird der Einfluss der Anreicherung auf den Stofftransport durch die Phasengrenzschicht systematisch untersucht.

• Molekulardynamische Simulation von Tropfenverdampfung und -explosionen

Die Sprühflammensynthese ist ein Prozess zur Herstellung von Nanopartikeln, bei der eine Prekursorlösung mittels einer Düse in eine Flamme gesprüht wird. Die Prekursorlösung enthält in der Regel ein Metallsalz oder eine metallorganische Verbindung sowie organische Lösungsmittel. Bei der Verbrennung der erzeugten Tröpfchen in der Flamme bilden sich Nanopartikel des entsprechenden Metalloxids. Der Phasenübergang des Prekursors in die Gasphase ist ein für die Qualität des produzierten Nanopulvers maßgeblicher Prozessschritt. Bei der Verdampfung der Spraytropfen kommt es in gewissen Systemen zu Mikroexplosionen. Die aktuelle Hypothese ist, dass die Flüssigphase überhitzt ist, da der Wärmetransport deutlich schneller stattfindet als der Stofftransport, und dass die Explosion durch das spontane, lokale Verdampfen der leichtsiedenden Komponente in der Flüssigphase erzeugt wird. Ziel ist es mit molekulardynamischen Nichtgleichgewichts-Simulationen diese Tropfenexplosionen mit Mischungen simpler Fluide nachzustellen sowie die Charakteristika des Explosionsprozesses zu erfassen und systematisch zu untersuchen.

• Entwicklung von Kraftfeldmodellen für komplexe Ionen

Wässrige Elektrolytlösungen spielen eine zentrale Rolle in vielen natürlichen Prozessen und technischen Anwendungen. Die Kenntnis ihrer thermodynamischen Eigenschaften ist somit von großem Interesse. Die Modellierung von Elektrolytlösungen ist aufgrund starker molekularer Wechselwirkungen anspruchsvoll und phänomenologische Modelle sind meist nur für die Bereiche anwendbar, auf die sie an experimentelle Daten angepasst worden sind. Alternativ bietet sich zur Vorhersage thermodynamischer Eigenschaften die Molekulare Simulation an. Ziel ist es bereits bestehende Kraftfeldmodelle komplexer Ionen weiterzuentwickeln. Hierbei soll auch die Anwendbarkeit zur Vorhersage grundlegender thermodynamischer Eigenschaften außerhalb der Randbedingungen, in denen die Kraftfeldmodelle parametrisiert worden sind, untersucht werden.

Vorlesungsbetreuung

• Computerlabor Molekulare Simulation (SoSe 2019)
• chemPLANT-Wettbewerb (SoSe 2019)
• Molekulare Thermodynamik (WiSe 2019/2020)
• ChemCar-Wettbewerb I (WiSe 2019/2020)
• chemPLANT-Wettbewerb (SoSe 2020)
• ChemCar-Wettbewerb II (SoSe 2020)
• Elektrolytthermodynamik (WiSe 2020/2021)
• Grenzflächenthermodynamik (SoSe 2021)
• Energieverfahrenstechnik (WiSe 2021/2022)
• ChemCar-Wettbewerb I (WiSe 2021/2022)
• ChemCar-Wettbewerb II (SoSe 2022)

Sprechzeiten

Nach Vereinbarung

Veröffentlichungen

• D. Schaefer, M. Kohns, H. Hasse: Molecular modeling and simulation of aqueous solutions of alkali nitrates, The Journal of Chemical Physics, 158 (2023) 134508 [doi]
• D. Schaefer, M. Kohns: Molecular dynamics study of ion clustering in concentrated electrolyte solutions for the estimation of salt solubilities, Fluid Phase Equilibria, 571 (2023) 113802 [doi]
• D. Schaefer, S. Stephan, K. Langenbach, Martin T. Horsch, H. Hasse: Mass Transfer through Vapor–Liquid Interfaces Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, The Journal of Physical Chemistry B, 127 (2023) 2521–2533 [doi]
• S. Stephan, D. Schaefer, K. Langenbach, H. Hasse: Mass Transfer through Vapour–liquid Interfaces: a Molecular Dynamics Simulation Study, Molecular Physics, 119 (2020) e1810798. [doi]

Vorträge

• D. Schaefer, B. Kunstmann, S. Schmitt, M. Kohns, H. Hasse: Characteristics of Droplet Explosions Studied with Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulations, International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, Frankfurt am Main, 02.-03.03.2023
• D. Schaefer, B. Kunstmann, M. Kohns, H. Hasse: Characteristics of Droplet Explosions Studied with Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulations, AIChE Annual Meeting 2022, Phoenix, USA, 13.11.-18.11.22
• D. Schaefer, B. Kunstmann, M. Kohns, H. Hasse: Characteristics of Droplet Explosions Studied with Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulations, (Bio)Process Engineering - a Key to Sustainable Development, Aachen, 12.-15.09.2022
• D. Schaefer, J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Mass Transfer Through Vapor-Liquid Interfaces of Binary Mixtures Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022
• D. Schaefer, S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Mass Flux Through Vapor-Liquid Interfaces: A Molecular Simulation Study, Thermodynamik-Kolloquium, Web-Conference, 27.-29.09.2021
• D. Schaefer, S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Mass Flux Through Vapor-Liquid Interfaces: A Molecular Simulation Study, International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, Web-Conference, 01.-02.03.2021
• S. Stephan, O. Großmann, D. Schaefer, K. Langenbach, H. Hasse: Enrichment of Components at Vapor-Liquid Interfaces: Origin and Influence on Mass Transfer, Thermodynamik Kolloquium 2019, Duisburg, 30.09-02.10.2019

Poster

• V. Braten, D. Schaefer, S. Stephan, H. Hasse: Mass Transfer Through Vapor-Liquid Interfaces of Binary Mixtures Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, Frankfurt am Main, 02.-03.03.2023
• F. F. Fleckenstein, S. Stephan, S. Schmitt, D. Fertig, D. Schaefer, J. Lenhard, H. Hass: Reproducibility of Molecular Simulation Computer Experiments, International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, Frankfurt am Main, 02.-03.03.2023
• D. Schaefer, J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Mass Transfer Through Vapor-Liquid Interfaces of Binary Mixtures Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, AIChE Annual Meeting 2022, Phoenix, USA, 13.11.-18.11.22
• F. F. Fleckenstein, S. Stephan, S. Schmitt, D. Fertig, D. Schaefer, J. Lenhard, H. Hass: Reproducibility of Molecular Simulation Computer Experiments, Thermodynamik-Kolloquium, Chemnitz, 26.09.-28.09.2022
• D. Schaefer, M. Kohns, H. Hasse: Molecular Modeling and Simulation of Aqueous Solutions of Alkali Nitrate Salts, (Bio)Process Engineering - a Key to Sustainable Development, Aachen, 12.-15.09.2022
• D. Schaefer, J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Mass Transfer Through Vapor-Liquid Interfaces of Binary Mixtures Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, (Bio)Process Engineering - a Key to Sustainable Development, Aachen, 12.-15.09.2022
• F. F. Fleckenstein, S. Stephan, S. Schmitt, D. Fertig, D. Schaefer, J. Lenhard, H. Hass: Reproducibility of Molecular Simulation Computer Experiments (Entropy Young Researcher Poster Award), The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022
• D. Schaefer, M. Kohns, H. Hasse: Molecular Modeling and Simulation of Aqueous Solutions of Alkali Nitrate Salts, The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022
• D. Schaefer, M. Kohns, H. Hasse: Molecular Modeling and Simulation of Aqueous Solutions of Alkali Nitrate Salts, Thermodynamik-Kolloquium, Web-Conference, 27.-29.09.2021