I vapori di olio salgono attraverso la colonna e vengono condensati in un liquido in un condensatore raffreddato ad acqua o ad aria nella parte superiore della torre. Una piccola quantità di gas rimane incondensata e viene convogliata nel sistema di gas combustibile della raffineria. Una valvola di controllo della pressione sulla linea carburante-gas mantiene la pressione della colonna di frazionamento alla cifra desiderata, di solito vicino a una pressione atmosferica standard, misurata come circa 1 bar, 100 kilopascal (kPa) o 15 libbre per pollice quadrato (psi). Parte del liquido condensato, chiamato reflusso, viene pompato nella parte superiore della colonna e scende da un vassoio all’altro, contattando i vapori in aumento mentre passano attraverso le fessure nei vassoi. Il liquido assorbe progressivamente costituenti più pesanti dal vapore e, a sua volta, cede costituenti più leggeri alla fase di vapore. Condensazione e reevaporation avviene su ogni vassoio. Alla fine si raggiunge un equilibrio in cui c’è una continua gradazione di temperatura e proprietà dell’olio in tutta la colonna, con i costituenti più leggeri sul vassoio superiore e il più pesante sul fondo. L’uso di vassoi a contatto con reflusso e vapore-liquido distingue la distillazione frazionata dalle semplici colonne di distillazione.

I prodotti intermedi, o “sidestream”, vengono ritirati in diversi punti dalla colonna, come mostrato nella figura. Inoltre, le moderne unità di distillazione grezza impiegano flussi di reflusso intermedi. I sidestream sono noti come prodotti intermedi perché hanno proprietà tra quelle del prodotto superiore o superiore e quelle dei prodotti che emettono dalla base della colonna. Gli intervalli di ebollizione tipici per vari flussi sono i seguenti: nafta leggera di prima distillazione (overhead), 20-95 °C (70-200 °F); nafta pesante (sidestream superiore), 90-165 °C (195-330 °F); cherosene grezzo (second sidestream), 150-245 °C (300-475 °F); gasolio leggero (third sidestream), 215-315 °C (420-600 °F).

L’olio non evaporato che entra nella colonna scorre verso il basso su un insieme simile di vassoi nella parte inferiore della colonna, chiamati vassoi di stripping, che agiscono per rimuovere eventuali costituenti leggeri rimasti nel liquido. Il vapore è iniettato nel fondo della colonna per ridurre la pressione parziale degli idrocarburi ed assistere nella separazione. In genere un singolo sidestream viene ritirato dalla sezione di stripping: gasolio pesante, con un intervallo di ebollizione di 285-370 °C (545-700 °F). Il residuo che passa dal fondo della colonna è adatto per la miscelazione in combustibili industriali. In alternativa, può essere ulteriormente distillata in condizioni di vuoto per produrre quantità di oli distillati per la fabbricazione in oli lubrificanti o per l’uso come materia prima in un processo di cracking del gasolio.