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我院化工学子参加首届中国大学生Chem-E-Car竞赛
2017-07-27 17:23     (点击:)

2017年6月3日,由中国化工学会、教育部高等学校化工类专业教学指导委员会、天津大学联合主办的“第一届中国大学生Chem-E-Car竞赛®”在天津大学顺利召开。竞赛当日,共有来自美国化学工程师协会(AIChE)代表和首届竞赛委员会专家成员、各高校代表队师生等270余人出席了竞赛。我院化学工程与工艺、化学工程与工业生物工程专业学生秦剑亮、戴剑波、谢晨帆、张正武、方利培组成参赛队—星空队,由焉晓明老师担任指导老师并带队参赛,最终获得全国第八名的佳绩。

Chem-E-Car竞赛®是由美国化学工程师协会(AIChE)组织开展的运用化学工程技能的大学生创新竞赛,自1999年至今已举办了18届,吸引了全世界众多的化工类高校参与到其中。该竞赛要求参赛队伍自行设计并制定一个小车,以化学反应提供动力,并以化学反应进行精准控制。参赛队伍需要综合考虑能源、环境、安全等多种因素进行创新性的设计,在现场临时给定的载重要求和行驶距离要求下,进行精准实验操作,使小车的性能达到最优。

校区参赛队海报赛展示现场

2017年3月28日我院5名本科生正式组队参赛,队员紧密配合,积极探索创新,经2个月的努力独立完成了化工车的设计与制作。星空队以锌片与硫酸反应制备的氢气为能源,使用氢氧燃料电池产生电能,通过称重法精准地确定比赛现场锌片添加的质量,进而实现了对化工车行驶的距离精确控制。

由于氢气的使用存在安全隐患,从2016年开始,竞赛安全条例规定车辆上使用的所有氢气(例如燃料电池)必须由在现场或在保持压力低于5psig(0.345bar)的车辆上产生。不允许通过压缩氢气瓶或商用储氢罐(如水力塔或实芯氢气瓶)填充容器。氢氧燃料电池工作时对氢气流量和氢气压力存在较高的要求,如何在低压下定量地使用少量的氢气使燃料电池稳定地工作成为难题。星空队通过1个月的探索尝试,攻坚克难,最终设计出赛前预先储氢,现场同时产氢的供氢方案,并制作出一个动态供氢系统,当产生锌片与酸反应产生氢气的速率接近燃料电池消耗氢气的速率时,可保证系统中氢气充足的供应量,并且气体压力接近常压。采用该方案,当添加约170mg锌片时,可产生60mL氢气使化工车稳定行驶30m,燃料电池电压稳定在3.6V,最大运行压力为1kPa(g)。该系统具体介绍可参见示意图。

动态供氢系统示意图

校区参赛队员实验室合影

本次参赛,我院队伍共计使用4mol/L硫酸5L,接近四百次实验。参赛学生收获了良好的实验操作能力、收集和分析信息能力等终身受益的专业技能,提高实践动手能力和独立思辨能力,提升了自身的科研素养,进一步培养了良好的学术精神。参赛队员表示本次参赛存在着遗憾,比赛前5天燃料电池性能受损,化工车在运输途中电机意外损坏,同时队伍又缺乏参赛经验,准备也不够充分。因此,他们对明年参赛抱有非常大的希望,赛后,他们及时总结实战经验,并且加强与本届参赛队伍交流学习,并与盘锦校区学生分享参赛经验,为校区化工车日后更进一步的提高与完善奠定了基础。

Chem-E-Car竞赛®在中国刚刚起步,是一项富有趣味性的大学生课外科技活动,将理论与实际结合,调动了学生的积极性,培养了学生自主学习能力、思维能力和创新能力,提高了学生对自身专业知识的认知水平。此外,本次竞赛展现了一个完整的化工专业人才全周期培养过程,涉及到科技论文写作、可行性分析、工艺设计、工程制图、危险品管理、环保等多方面、多领域内容,为化工教育改革提供了重要参考。

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