填充床催化反应器是化学工业中最经济且支柱性的反应器之一，广泛应用于氨的合成、硫酸生产和石油炼制等大吨位生产过程。此外，在石油化工领域中，还存在许多产量较少但产品价值高的填充床催化反应器。
催化剂填充物对于反应器表面上的反应至关重要。实际测得的反应速度受到表面性质、表面大小以及分子到达和离开表面的能力的影响。
催化剂表面的性质属于物理化学领域，目前已经进行了大量的研究工作。虽然预测催化剂活性仍然受到限制，但已经可以通过试错法来发现催化剂。催化剂表面容易被少量有毒物质中毒，但可以通过适当的方法改善催化剂的活性，例如用水蒸汽处理硅铝催化剂。
基础实验室中的催化剂研究通常在平表面上进行，因此实际测得的反应速度是以单位面积催化剂为基准的。而工业催化剂通常制成多孔物质，以获得更大的活性表面积。催化剂颗粒的内表面积通常通过表面化学吸附技术来测定，但其有效性取决于其他因素。
单位质量的反应速度是反应物浓度和温度的函数，但与非催化反应不同，这个函数关系可能更加复杂。在催化作用之前，反应物必须通过微孔扩散，这可能成为速度控制过程，或者反应和扩散两者的影响几乎相同。在不同温度范围内，浓度和温度的影响也会有所不同。
在较低温度范围内，表面化学反应限制了反应速度，而在较高温度范围内，扩散限制了反应速度。这是因为化学反应的温度系数通常比扩散的温度系数大得多。在低温时，随着温度的升高，化学反应加速，总速度迅速增加。然而，在较高温度下，扩散过程无法提供足够快的反应物供应（或移除产物），因此总速度增加缓慢。
催化剂的效率在于提供降低反应活化能的途径，从而加速反应速率。扩散和反应之间的相互影响意味着需要对实验室动力学数据进行仔细分析。
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