2023-2024 / CHIM0697-1

Heterogeneous catalysis

Durée

20h Th, 20h Pr, 10h Proj.

Nombre de crédits

 Master : ingénieur civil en chimie et science des matériaux, à finalité5 crédits  
 Master : ingénieur civil physicien, à finalité5 crédits  

Enseignant

Nathalie Job

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

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 a pour but de donner à l'étudiant les acquis nécessaire à l'utilisation de catalyseurs supportés dans différents procédés incluant des réactions en catalyse hétérogène. Il développe les concepts suivants:




  • Définition d'un catalyseur, types de catalyseurs;
  • Bref historique de la catalyse - grands procédés;
  • Applications industrielles: relation entre procédé, réacteur et catalyseur;
  • Rappels des principes de cinétique chimique en catalyse supportée;
  • Les étapes physiques et chimiques en catalyse hétérogène (diffusion, adsorption, réaction, désorption). Definition des sites catalytiques - catalyse par les métaux, les alliages et les groupes de surfaces.
  • Nature et synthèse des support. Mise à forme.
  • Nature et synthèse de la phase active;
  • Caractérisation des catalyseurs (supports et phase active). --> classe inversée
  • Couplage réaction-diffusion dans les catalyseurs poreux (transfert de matière et chaleur, facteur d'efficacité, falsifications diffusionnelles).
 

Les applications industrielles sont présentées par les étudiants comme exercice en préalable à la classe inversée. L'ensemble de la documentation nécessaire leur est fournie (chapitre de livre - cf. documents fournis).

Le chapitre concernant les méthodes de caractérisation est construit par les étudiants (classe inversée): ces méthodes font l'objet d'une présentation orale devant la classe, ainsi que d'un court rapport servant de base d'étude pour l'ensemble de la classe. Le rapport est revu par l'enseignant avant diffusion aux autres étudiants. Ces rapports font partie de la matière à connaître pour l'examen. Dans ce cas, les étudiants doivent eux-mêmes rechercher les informations nécessaires (principe de la méthode, utilisation en catalyse, informations obtenues, coût, exemples).

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

Acquérir les notions permettant de préparer et caractériser un catalyseur supporté.

Acquérir les notions permettant d'utiliser un catalyseur supporté dans un réacteur, et notamment de vérifier dans quel régime de fonctionnement le réacteur se trouve (régime chimique vs. régime diffusionel).

Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, II.2, III.1, III.2, III.4, IV.2, VI.1, VI.2, VII.1, VII.2, VII.3, VII.4, VII.5 du programme d'ingénieur civil en génie biomédical.


Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, II.2, III.1, III.2, III.4, IV.2, IV.3, IV.4, VI.1, VI.2, VII.1, VII.2, VII.3, VII.4, VII.5 du programme d'ingénieur civil en chimie et science des matériaux.


Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, II.2, III.1, III.2, III.2, III.4, IV.2, VI.1, VI.2, VII.1, VII.2, VII.3, VII.4, VII.5 du programme d'ingénieur civil physicien.

Savoirs et compétences prérequis

Corequis : CHIM0022-4 - Transport phenomena



ou équivalent

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Cours théorique comportant de nombreuses illustrations en conditions réelles (fabrication, synthèse et utilisation des catalyseurs). 

Travaux dirigés portant sur le traitement des données de caractérisation et l'étude des couplages réaction-transfert de matière.



Des exercices facultatifs, correspondant aux examens des années précédentes, sont proposés aux étudiants qui peuvent les résoudre individuellement et demander une correction à l'enseignant. Ces exercices complémentaires ne font pas l'objet d'une correction générales: l'étudiant(e) reçoit uniquement une correction personnalisée de son propre travail. A noter qu'une date limite de remise des exercices sera fixée par l'enseignant. aucun travail remis après cette date ne sera corrigé.


Une présentation de groupe (en anglais) sur un sujet prédéfini (relation catalyseur - procédé) en exercice préalable à la classe inversée. La classe inversée elle-même consiste en une présentation de groupe (2 étudiants/groupe - en anglais) sur un sujet prédéfini (technique de caractérisation), en en l'écriture d'un rapport correspondant à la présentation (5 pages maximum). Le contenu attendu est communiqué aux étudiants en classe et via e-Campus. Les slides et rapports constitueront le Chapitre 7 du cours (classe inversée).

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

  • Cours théorique au 1e quadrimestre (présentiel).   
  • Travaux pratiques, en parallèle avec le cours théorique (présentiel).   
  • Cours en anglais.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Copie des slides (pdf) et exercices (avec corrigés) accessibles sur e-Campus. 

Bibliographie recommandée:

1.« Catalysis - an integrated approach », R.A. van Santen, P.W.N.M. van Leeuwen, J.A. Moulijn, B.A. Averill (Eds.), Elsevier, Amsterdam, 1999.

2.«  Synthesis of solid catalysts », K.P. de Jong (Ed.), Wiley-VCH, Weinheim, 2009.

3.« Catalyst preparation, Science and Engineering », J.R. Regalbuto (Ed.), CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton (FL), 2007.

4.« Mass tranfer in heterogeneous catalysis », C.N. Satterfield, MIT Press, Cambridge (MA) 1970.

5. « Concepts of modern catalysis and kinetics », I. Chorkendorff, J.W. Niemantsverdriet, Wiley, Weinheim, 2003 

Modalités d'évaluation et critères

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite

Travail à rendre - rapport

Autre : Présentation orale par groupe de 2 étudiants (classe inversée)


Explications complémentaires:

  • Travail obligatoire: Présentation de groupe sur un sujet prédéfini relatif à la caractérisation de catalyseurs (2 étudiants/groupe, en anglais) organisée pendant les séances théoriques et écriture d'un rapport correspondant (5 pages maximum, en anglais). Les sujets présentés par les étudiants font partie de la matière à voir pour l'examen. Cette présentation (et le rapport) est obligatoire: tout étudiant ne l'ayant pas réalisée ne sera pas admis à l'examen écrit.


  • Si le nombre d'étudiants participants est impair, un étudiant réalisera le travail seul. L'évaluation en tiendra compte.
 

  • Examen écrit comprenant une partie théorie et une partie pratique (janvier).
 

  • Pondération: présentation personnelle: 20%; examen écrit: 80%.
 

  • En cas d'échec en janvier, les étudiants ayant une note inférieure à 10/20 pour l'exercice de classe inversée sont obligés de représenter le rapport et la présentation orale. Les étudiants ayant une note supérieur ou égale à 10/20 peuvent améliorer leur note en représentant l'ensemble s'ils le souhaitent. aucune dispense partielle n'est accordée d'une année à l'autre.
 

 

Stage(s)

Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours

Pas de remarque

Contacts

Nathalie Job
Département de Chemical Engineering
B6a - 0/10
 
Tél. : 32-(0)4-366 35 37
e-mail : Nathalie.Job@uliege.be

Association d'un ou plusieurs MOOCs