Introduction au génie chimique et aux procédés industriels

Durée

24h Th, 24h Pr, 20h Proj.

Nombre de crédits

Enseignant

Marie-Noëlle Dumont, Nathalie Job, Dominique Toye

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

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

Connaissances de base en chimie et en thermodynamique.

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 (Intro aux Procédés) : D. Himmelblau (Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering)
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  sur la réalisation d'un travail individuel ou en petits groupes (maximum 3 étudiants) et sur une épreuve écrite (organisée pendant la session de juin, simultanément à l'épreuve orale sur la partie II).
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. Un rapport écrit devra être remis et sera ensuite présenté oralement lors de la dernière séance de cours programmée à l'horaire. L'évaluation portera, non seulement sur le résultat obtenu, mais aussi sur la rigueur du raisonnement suivi et sur la méthodologie utilisée. La compréhension du procédé modélisé et sa contextualisation industrielle seront également pris en compte. La note obtenue pour l'ensemble des composantes du travail (rapport, présentation, discussion) représentera 50% de la note finale de la Partie I.
Lors de l'épreuve écrite, il sera demandé à chaque étudiant de résoudre un problème similaire à ceux abordés lors des séances de travaux pratiques. La note obtenue à l'épreuve écrite représentera 50% 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. La réalisation de tous les travaux est obligatoire et conditionne l'accès à l'examen de juin.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Le cours est organisé pendant le second quadrimestre (vendredi matin)
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@uliege.be
Dr Ir Marie-Noëlle DUMONT Tél : 04/366.35.23 MN.Dumont@uliege.be
 
Part II : Cinétique
Prof. Nathalie JOB Tél : 04/366.35.37 Nathalie.Job@uliege.be


 

Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session de mai-juin

Méthodes d'apprentissage mises en œuvre : enseignement à distance

Part I : introduction aux procédés industriels
L'ensemble des concepts théoriques ont été vus dans le cadre des séances en présentiel. Aucune séance complémentaire ne sera organisée.
Des séances de question-réponse sont organisées. Elles concernent les concepts théoriques et les exercices, ainsi que les projets. Le calendrier est communiqué via eCampus. Un forum eCampus est également disponible pour poser des questions.
Part II : cinétique chimique
 
Les concepts théoriques qui n'ont pas été vus en présentiel sont transmis aux étudiants (e-Campus) via les dias du cours en version audiocommentée. En ce qui concerne les exercices, les énoncés et corrigés sont disponibles sur e-Campus.
Un calendrier de travail concernant à la fois la matière théorique à voir et le exercices s'y rapportant a été détaillé aux étudiants. Il leur est demandé de visionner les diaporamas audiocommentés, et de résoudre les exercices s'y rapportant, avec des dates-butoir spécifiques.

Des séances de question-réponse par Skype sont organisées tous les vendredis matin (sauf 17/04), sur rendez-vous, avec le professeur titulaire (N. Job), un assistant (P.Dupont) et une étudiante monitrice (C. Schmitz). Elles concernent les concepts théoriques et les exercices.
 

Matière de l'évaluation

Partie I : Introduction aux procédés industriels
La matière ayant été vue en présentiel, il n'y a pas d'adaptation.
 
Partie II: Kinetics
La matière se limite aux cours 1 à 6 (les cours 1 et 2 ayant été vus en présentiel).
Par ailleurs, cette matière est disponible sous forme écrite dans le livre de référence renseigné aux étudiants en début de cours (M. Boudart - Kinetics of Chemical Processes). Les pages concernées sont:
Cours 1 : p. 2 à 35 (avec des passages non vus)
Cours 2 : p. 35 à 50, puis p. 60 à 67
Cours 3 : p. 67 à 80
Cours 4 : p. 82 à 93
Cours 5 : p. 93 à 99
Cours 6 : p. 99 à 105
 
Tout ce qui n'est pas repris dans les diapositives ne fait pas partie de la matière à voir.
Le contenu des exercices (TD) reste inchangé. L'ensemble (énoncés et corrigés) est disponible sur e-Campus.

Méthodes d'évaluation

Partie I : Introduction aux procédés industriels
Il n'y aura pas d'évaluation pendant la session pour cette partie. L'évaluation portera exclusivement sur le projet. Elle se basera sur le rapport écrit (1 rapoort par groupe) et sur la présentation associée (présentation individuelle).
 
Part II : Cinétique
Le projet relatif à l'analyse cinétique d'un article scientifique est maintenu. Le matériel nécessaire et les instructions ont été communiquées aux étudiants. Les encadrants (N. Job; P. Dupont et C. Schmitz) sont disponibles pour des questions . Rien ne change pas par rapport à la situation précédente, si ce n'est que les séances de questions ont lieu par Skype, sur rendez-vous.
Un examen oral aura lieu en juin, individuellement, par Skype. Il portera sur:
- un exercice court: la résolutions sera expliquée par l'étudiant;
- une discussion sur le rapport relatif au projet pendant laquelle la maîtrise des concepts théoriques sera également évaluée via des questions relatives à la théorie nécessaire pour réaliser lle projet.
La répartition de la note reste inchangée (project: 40%, oral examination: 60%).  
 

Contact

Part I : Introduction aux procédés industriels
Prof. Dominique TOYE Tél : 04/366.35.09 Dominique.Toye@uliege.be
Dr Ir Marie-Noëlle DUMONT Tél : 04/366.35.23 MN.Dumont@uliege.be
 
Part II : Cinétique
Prof. Nathalie JOB Tél : 04/366.35.37 Nathalie.Job@uliege.be

Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session août-sept

Matière de l'évaluation

Pas de changement par rapport à la première session

Méthodes d'évaluation (et plateforme utilisée)

Pas de changement par rapport à la première session.

Contact(s)

Part I : Introduction aux procédés industriels 
Prof. Dominique TOYE Tél : 04/366.35.09 Dominique.Toye@uliege.be
Dr Ir Marie-Noëlle DUMONT Tél : 04/366.35.23 MN.Dumont@uliege.be
 
Part II : Cinétique
Prof. Nathalie JOB Tél : 04/366.35.37 Nathalie.Job@uliege.be