Introduction au génie chimique et aux procédés industriels

Durée

30h Th, 25h Pr, 20h Proj.

Nombre de crédits

Enseignant

Marie-Noëlle Dumont, Nathalie Job, Dominique Toye

Coordinateur(s)

N...

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Le cours comporte deux parties : - 1ère partie : Introduction aux procédés industriels - 2ème partie : Cinétique chimique
La première partie du cours introduit les principes fondamentaux de l'analyse bilantaire utilisée dans le domaine de l'ingénierie des procédés industriels (chimiques, pétrochimiques, biochimiques, biologiques, environnementaux, ...).  Dans le cadre de ce cours introductif, l'accent sera mis sur l'étude des bilans de matière. Ce choix se justifie par le fait que l'écriture et la résolution des bilans de matière constituent un pré-requis à la résolution de la majorité des problèmes qui se posent en génie des procédés. La maîtrise de ces concepts est donc indispensable à la compréhension et à l'assimilation efficace des autres concepts et théories relatifs à l'étude des procédés industriels et des appareils qui les composent. De plus, les compétences acquises sur cette base sont aisément transposables à d'autres types de bilans, ainsi qu'à d'autres types de problèmes.
De manière générale, cette première partie du cours couvre les aspects suivants :

• Procédé industriel : définition - structure générale - types de procédés
• Méthodologie générale de résolution des problèmes de bilans de matière
• Bilans relatifs à une unité sans réaction chimique
• Bilans relatifs à une unité avec réaction chimique
• Bilans relatifs à des procédés industriels simples (structure linéaire)
• Bilans relatifs à des procédés industriels complexes (recyclage, purge, by-pass)

• Définition de la vitesse de réaction
• Forme de l'équation de vitesse
• Etapes élémentaires
• Hypothèse de l'état stationnaire
• Analyse cinétique des séquences réactionnelles (ouvertes/fermées, catalytiques, en chaîne,...)
• Etape limitante
• Exemples en catalyse et catalyse enzymatique

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Partie  I : Introduction aux procédés.
A l'issue du cours, les étudiants seront capables de : - comprendre et exploiter les principes fondamentaux de l'analyse bilantaire appliquée à l'ingénierie des procédés industriels - utiliser la méthodologie générale de résolution des problèmes de bilans de matière relatifs à des systèmes et des procédés de complexité croissante
Les séances d'exercices encadrés aideront les étudiants à développer des compétences plus transversales comme l'esprit d'initiative et l'aptitude à travailler en équipe, l'utilisation de méthodes numériques et d'outils logiciels pour résoudre des problèmes. Le travail personnel lui permettra d'exercer et d'améliorer leur aptitude à présenter sous forme écrite (rapport) et sous forme orale (présentation orale) un problème, la méthode de résolution, les résultats obtenus et l'analyse critique qui s'y rapporte.
 
Partie II : Cinétique
A l'issue du cours, les étudiants auront acquis les notions permettant:
-  de déterminer l'équation de vitesse d'une réaction à partir d'un mécanisme de réaction, et vice-versa.
- de calculer des paramètres cinétiques ou thermodynamiques (énergie d'activation, enthalpie et entropie d'adsorption) à partir de données cinétiques.
L'apprentissge sera réalisé via des séances d'exercice encadrées et au travers de la réalisation d'un travail de groupe (par deux étudiants) concernant l'analyse d'un article scientifique récent dans le domaine de la cinétique chimique.

Savoirs et compétences prérequis

Les cours "Chimie" (CHIM0603-1) et "Éléments de thermodynamique" (CHIM0286-1) (ou des cours équivalents d'un point de vue contenu) doivent avoir été suivis antérieurement ou être suivis en parallèle

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Partie I : Introduction aux procédés industriels
Le cours comprend des séances "ex-cathedra" et des travaux pratiques (10h + 10h).
Les séances "ex-cathedra" sont consacrées à la description détaillée des concepts fondamentaux nécessaires à l'écriture et à la résolution des bilans de matières relatifs à des systèmes et des procédés de complexité croissante.
L'objectif des séances d'exercices est de faire acquérir aux étudiants la maîtrise de la matière par la résolution de problèmes. Au cours de ces séances, un exercice est d'abord résolu et expliqué en détail. Ensuite, les étudiants résolvent des problèmes successifs par eux-mêmes avec l'aide des encadrants. 


Partie II : Cinétique
Le cours comprend des séances "ex-cathedra" (théorie, 20h) et des travaux pratiques (résolution de problèmes type, 15h).
Un travail personnel (par groupe de deux étudiants) sera réalisé: analyse d'un article scientifique récent, publié dans une revue internationale (en anglais) portant sur le mécanisme d'une réaction et la détermination de son équation de vitesse.
 
Des séances de questions-réponses facultatives seront proposées aux étudiant au cours du quadrimestre (pour les deux parties du cours).

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

Présentiel

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

La copie des transparents du cours théorique et les notes relatives aux travaux pratiques seront disponibles via eCampus dès le début du 2ème quadrimestre pour les deux parties.
 
Livre de référence (Cinétique) : M. Boudart - Kinetics of chemical processes

Modalités d'évaluation et critères

Examen oral en juin. Les travaux réalisés sont pris en compte pour l'évaluation.
 
Partie I : Introduction aux procédés industriels (40% de la note finale)
L'évaluation portera principalement (70% de la note finale de la Partie I) sur la réalisation d'un travail individuel ou en petits groupes (maximum 3 étudiants). Ce travail consistera en la résolution d'un problème de bilan de matière relatif à un procédé industriel non résolu lors des séances d'exercices mais de complexité similaire. L'évaluation portera, non seulement sur le résultat obtenu, mais aussi sur la rigueur du raisonnement suivi et sur la méthodologie utilisée. Le rapport réalisé sera présenté lors de l'examen oral. Au cours de ce même examen, il sera demandé à chaque étudiant de résoudre un problème similaire à ceux abordés lors des séances de travaux pratiques (30% de la note finale de la Partie I)  
Partie II : Cinétique (60% de la note finale)
Travail personnel (rapport écrit et défense orale) - 40% de la note finale de la Partie II.
Examen oral (résolution d'exercices similaires à ceux vus en TD et sous-questions relatives à la théorie) - 60% de la note finale de la Partie II.
  A noter que les dates de remise des rapports écrits sont fixées dès le début. Tout retard entraîne une pénalité.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Le cours est organisé pendant le second quadrimestre.Il consiste en des séances de cours théoriques et en des séances d'exercices.
Cours en français.

Contacts

Part I : Introduction aux procédés industriels 
Prof. Dominique TOYE Tél : 04/366.35.09 Dominique.Toye@ulg.ac.be
Dr Ir Marie-Noëlle DUMONT Tél : 04/366.35.23 MN.Dumont@ulg.ac.be
 
Part II : Cinétique
Prof. Nathalie JOB Tél : 04/366.35.37 Nathalie.Job@ulg.ac.be(MN.Dumont@ulg.ac.be )
Dr Ir Sigrid DOUVEN Tél : 04/366.90.18 S.Douven@ulg.ac.be(MN.Dumont@ulg.ac.be )