Là quá trình tách SO3 ra khỏi HH khí và chuyển nó thành H2SO4. Tùy theo HH khí có chứa hơi nước hay không mà cơ chế của quá trình tách SO3 là khác nhau. Nếu HH khí trước khi vào tháp tiếp xúc đã được sấy khô thì quá trình tách SO3 là quá trình hấp thụ còn nếu HH khí đi thẳng vào tháp tiếp xúc mà không sấy thì quá trình tách là quá trình ngưng tụ H2SO4. Trường hợp hấp thụ thường phổ biến hơn.
Đầu tiên SO3 hòa tan vào dung dịch axit sunfuric và sau đó phản ứng với nước trong đó:
n SO3 + H2O = H2SO4 + (n - 1) SO3
Tùy theo tỉ lệ giữa lượng SO3 và H2O mà nồng độ axit thu được sẽ khác nhau.
• Khi n > 1 sản phẩm là oleum.
• Khi n = 1 sản phẩm là monohydrat (axit sunfuric 100%). • Khi n < 1 sản phẩm là dung dịch loãng.
Thường người ta có xu hướng sản xuất toàn bộ sản phẩm ở dạng oleum để dễ bảo quản, vận chuyển và sử dụng thuận lợi hơn. Muốn vậy, cho HH khí chứa SO3 qua tháp có tưới oleum (tháp oleum). Oleum là dung dịch axit sunfuric 100% có dư SO3, nên áp suất hơi riêng phần của SO3 trên nó khá lớn.
Do đó, để hấp thụ hết SO3 lại phải đưa HH khí tiếp tục qua tháp hấy thụ thứ hai tưới monohydrat (tháp monohydrat). Đến đây mới kết thúc quá trình hấp thụ SO3.
Do hấp thụ SO3, nồng độ oleum tăng. Pha loãng nó bằng lượng axit thu được ở tháp monohydrate (còn gọi tắt là mono). Lượng oleum dư lấy ra làm sản phẩm đưa về kho.
Khi sản xuất axit sunfuric theo phương pháp xúc tác ướt, trong khí ra khỏi tháp tiếp xúc có chứa một lượng hơi nước lớn hơn lượng nước cần thiết để tạo thành H2SO4. Khi làm nguội, SO3 sẽ tác dụng với hơi nước tạo thành H2SO4, sau đó hơi H2SO4 mới ngưng tụ. Như vậy, ở đây xảy ra quá trình ngưng tụ hơi H2SO4 chứ không phải hấp thụ SO3.
Cơ chế quá trình hấp thụ SO3 tương tự như quá trình sấy khí, do đó ta có công thức: Q = K.F.ΔP Trong đó: Q: lượng SO3 hấp thụ được, kg/h K: hệ số hấp thụ, kg/m2.h.mmHg ΔP: động lực của quá trình hấp thụ. K = K0 . W0,8 ở đây:
K0: hệ số phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ axit. W: tốc độ giả của khí đi trong tháp, m/s
Quá trình hấp thụ SO3 xảy ra tốt nhất là ở nhiệt độ thấp và khi nồng độ axit tưới là 98,3% H2SO4 vì tại đó cả tốc độ hấp thụ và hiệu suất hấp thụ đều đạt giá trị cực đại. Có thể giải thích điều này như sau:
Đối với axit nồng độ nhỏ hơn 98,3% tỉ lệ hơi nước và axit trong hơi bão hòa nhiều hơn trong pha lỏng. Khi tưới axit này lên HH khí SO3 thì đồng thời quá trình hấp thụ khí SO3 trong pha lỏng còn có quá trình tạo hơi H2SO4
trong pha khí do SO3 tác dụng với hơi nước.
Nồng độ axit tưới càng nhỏ thì áp suất riêng phần của hơi nước trên đó càng lớn và hơi axit tạo thành càng nhiều. Áp suất riêng phần của hơi H2SO4
trong pha khí càng lớn thì độ quá bão hòa của hơi S càng lớn. Khi S ≥ Stới hạn
Vì tốc độ hấp thụ mù rất nhỏ nên đa số các hạt mù axit chưa bị hấp thụ đã bị kéo theo luồng khí thải ra ngoài. Do đó hiệu suất hấp thụ SO3 giảm và tổn thất SO3 tăng.
Nhiệt độ càng cao thì lượng hơi nước bay hơi từ dung dịch axit càng nhiều. Vì vậy, tốc độ tạo mù càng lớn và tốc độ cũng như hiệu suất hấp thụ càng giảm.
Nếu dùng axit nồng độ lớn hơn 98,3% thì hơi trên đó có cả SO3. Nồng độ axit càng lớn thì áp suất riêng phần của SO3 càng lớn. Do đó động lực hấp thụ và tốc độ hấp thụ giảm. Mặt khác áp suất riêng phần của SO3 sau khi hấp thụ tăng làm tổn thất SO3 theo khí thải tăng và hiệu suất hấp thụ giảm. Khi đó SO3 ra ngoài theo khí thải sẽ kết hợp với hơi nước trong KK và tạo mù (mù ngoài ống khí thải).
Nhiệt độ càng cao thì áp suất riêng phần của SO3 càng lớn, vì vậy hiệu suất và tốc độ càng nhỏ. Khi nhiệt độ axit tăng, độ hấp thụ axit giảm mạnh đến một nhiệt độ xác định nào đó sẽ đạt trạng thái bão hòa. Do khi nhiệt độ tăng thì áp suất hơi nước trên mặt axit tăng, nhiệt độ tới hạn, lượng hơi nước đủ để kết hợp với toàn bộ SO3 trong khí tạo mù.
Vậy khi nồng độ axit nhỏ hơn 98,3% thì tổn thất SO3 chủ yếu do tạo thành mù axit. Khi nồng độ axit lớn hơn 98,3% thì tổn thất SO3 chủ yếu do hấp thụ không hoàn toàn SO3, nồng độ axit tưới tối ưu 98,3%.