Nhiệt độ là một thông số cơ bản của quá trình chưng luyện. Bằng cách thay đổi chế độ nhiệt độ của tháp sẽ điều chỉnh được chất lượng và hiệu suất của sản phẩm. Chế độ nhiệt độ của tháp là nhiệt độ của nguyên liệu vào, nhiệt độ đỉnh tháp và nhiệt độ đáy tháp.
Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) khi vào tháp chưng được khống chế tuỳ theo bản chất của loại dầu thô, mức độ phân chia sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào đáy tháp nhưng phải tránh được sự phân huỷ của nguyên liệu ở nhiệt độ cao, do vậy nhiệt độ của lò ống đốt nóng phải được khống chế chặt chẽ.
Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi. Nếu bốc hơi phần đáy bằng một thiết bị đốt nóng riêng thì nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp. Nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nước thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt độ vùng nạp liệu. Nhiệt độ đáy tháp phải chọn tối ưu tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng nhưng phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy.
Nhiệt độ đỉnh tháp phải được khống chế nhằm đảm bảo được sự bay hơi hoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không gây nên sự bay hơi các phần khác. Muốn vậy người ta phải dùng hồi lưu đỉnh tháp để tách xăng ra khỏi phân đoạn khác. Nhiệt độ đỉnh tháp chưng khi đang chưng cất ở áp suất khí quyển cần giữ trong khoảng 100 ÷ 120oC. Còn với tháp chưng ở áp suất chân không, thường giữ nhiệt độ đỉnh tháp không quá 100oC và áp suất chưng từ 10 ÷70 mmHg để tách hết phần gasoil nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu .
Dùng hồi lưu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt. Hồi lưu đỉnh tháp thường có 2 dạng: + Hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách cho ngưng tụ một phần hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó cho tưới trở lại đỉnh tháp. Như vậy chỉ cần cấp một lượng nhiệt để bốc hơi. Tác nhân làm lạnh có thể dùng nước hay chính sản phẩm lạnh.
Công thức lượng nhiệt hồi lưu nóng :
Rn=
L Q
Trong đó: Rn là lượng hồi lưu nóng ( kg/h)
Q là lượng nhiệt hồi lưu cầ lấy để bốc hơi (kcal/h) L là lượng nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng ( kcal/h)
Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc vệ sinh, đặc biệt công suất của tháp nhỏ nên ngày càng ít được dùng.
+ Hồi lưu nguội là quá trình làm nguội hoặc ngưng tụ sản phẩm đỉnh rồi tưới trở lại đỉnh tháp.
Khi đó lượng nhiệt để cấp cho phần hồi lưu cần thu lại một luợng nhiệt cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi và bay hơi, do vậy hồi lưu nguội tính bằng công thức:
( )1 2 2 1 1 2 2 1 ng h l t t Q Q R q q i t t C = = + + −
Trong đó: Rng là lượng hồi lưu nguội Qh là lượng nhiệt mà hồi lưu cần qht1: là hàm nhiệt của hơi