L'opération unitaire la plus connue à cause de son utilisation dans la vie courante (alambic) est la distillation. Elle repose sur la différence de températures d'ébullition des différents produits présents dans le mélange.
Au département, la distillation est illustrée à l'échelle paillasse et pilote, en continu et en discontinu.

  

  

Dans le cas où le mélange de constituants à séparer est gazeux à température ambiante, une méthode par absorption dans un solvant liquide peut être envisagée.
Pilote d'absorption : le mélange gazeux est constitué par de l'air et du CO₂, le gaz est absorbé avec réaction chimique par une solution aqueuse de soude.

L'extraction liquide-liquide permet de transférer un constituant d'une phase liquide vers une autre phase liquide.
Pilote d'extraction : on utilise une phase organique d'éther isopropylique contenant un soluté qui est l'acide acétique, ce soluté est transféré vers la phase aqueuse.

Un mélange gazeux peut être séparé également par adsorption d'un constituant dans un solide. Le constituant migre dans le solide et y est piégé.
Pilote d'adsorption : l'eau contenue dans l'air est adsorbée sur du silicagel. La désorption est effectuée dans une étuve.

Certains mélanges liquides présentent un soluté en solution dans un solvant (le sel dans l'eau). Ce soluté peut être récupéré par cristallisation. La cristallisation peut se produire par abaissement de la température ou par évaporation du solvant.
Pilote de cristallisation : le soluté est du sulfate de cuivre et le solvant de l'eau.
On récupère un solide humide qu'il va falloir traiter de façon à le sécher tout d'abord, le broyer pour lui donner une granulométrie adéquate. Ces opérations sont regroupées sous l'appellation Opérations Solide Fluide.

Suivant la quantité de mélange à traiter et les contraintes de production, il faut définir un débit de vapeur ascendant dans la colonne et un débit de liquide qui imposera le diamètre de la colonne en fonction de caractéristiques hydrodynamiques. Le transfert de matière sera favorisé par le contenu de la colonne : colonnes à plateaux ou colonnes à garnissage.

      
   Colonnes à garnissage (anneaux                         Distributeur                           Visualisation de l'engorgement
Rashig à gauche et structuré à droite)