由于原料气通过固体催化剂床层时，催化剂的颗粒静止不动，所以床层的导热性能不好，床层的温度分布不均匀。因此，在设备结构中必须考虑如何保证气固良好的接触，同时采取措施供给或取走热量，以使反应在适宜温度范围内进行。即使如此，反应床层也仍难保持等温，所以大多数固定床反应器属于非等温式反应器。非等温式反应器又分为绝热变温式和非绝热变温式两种。在非绝热变温式反应器中又有外部换热式和自热式两种。

　　绝热式反应器

　　此类反应器不与外界进行任何热量交换。对于放热反应，反应过程中所放出的热量完全用来加热系统内的物料。物料温度的提高，称为绝热温升。如果是吸热反应，系统温度会降低，相应地称之为绝热降温。

　　非绝热外部换热列管式反应器

　　在反应热较大的反应中，广泛应用列管式反应器，其特点是在反应区就进行热交类似于管壳式换热器，管内填充催化剂，壳间走载热流体。载热体或冷却剂是根据反应温度、反应热效应、操作情况以及过程对温度波动的敏感性来选择的。为了避免壁效应，催化剂的颗粒直径不得超过管内径的1/8，一般采用直径为2mm～6mm的颗粒。

　　非绝热自热式列管反应器

　　该类反应器是指在反应区用原料气体加热或冷却催化剂层的一类反应器。合成氨和氧化硫的氧化中广泛应用这类反应器。

　　固定床催化反应器的优点有：催化剂不易磨损，可长期使用；当高、径比大时，床层内流体的流动接近于理想排挤，因此，反应速率较快，用较少量的催化剂和较小的反应器容积就可获得较大的产量；由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此选择性高，可以达到较高的转化率。

　　但是，由于固定床中催化剂的载体往往是热的不良导体，而化学反应又伴有一定的热效应，反应结果又特别敏感地依赖于温度状况。因此，对于热效应大的反应过程，传热与控温问题就成为固定床设计中的难点和关键所在，这也是固定床的主要缺点。