Волокноотделитель - Cotton gin

Модель хлопкоочистительной машины XIX века на выставке в музее Эли Уитни в Хамдене, штат Коннектикут.

Хлопкоочистительный - означает «хлопковый двигатель» - это машина , которая быстро и легко отделяется хлопковых волокон из их семян, что позволяет большую производительность больше , чем ручное разделение хлопка. Затем волокна перерабатываются в различные изделия из хлопка, такие как ситцевая ткань, а любой неповрежденный хлопок используется в основном для изготовления текстильных изделий, таких как одежда. Отделенные семена можно использовать для выращивания большего количества хлопка или для производства хлопкового масла .

Ручные роликовые погрузчики использовались на Индийском субконтиненте не ранее 500 г. н.э., а затем и в других регионах. Индийский роликовый джин с червячной передачей, изобретенный примерно в 16 веке, по словам Лаквете, практически не изменился до настоящего времени. Современный механический хлопкоочиститель был создан американским изобретателем Эли Уитни в 1793 году и запатентован в 1794 году.

Джин Whitney использовал комбинацию проволочной сетки и небольших проволочных крючков, чтобы протянуть хлопок, в то время как щетки непрерывно удаляли свободный хлопковый ворс, чтобы предотвратить застревание. Это произвело революцию в хлопковой промышленности США, но также привело к росту рабства на юге Америки, поскольку спрос на сбор хлопка быстро увеличивался. Таким образом, изобретение было определено как непреднамеренный фактор, способствовавший началу Гражданской войны в США . Современные автоматизированные хлопкоочистительные машины используют несколько приводных чистящих цилиндров и пил и предлагают гораздо более высокую производительность, чем их предшественники с ручным приводом.

История

«Первый хлопковый джин», гравюра из журнала Harper's Magazine , 1869. На этой резьбе изображен роликовый джин, использовавшийся порабощенными африканцами, еще до изобретения Эли Уитни.

Одинарный валковый хлопкоочиститель вошел в употребление в Индии к 5 веку. Усовершенствованием, изобретенным в Индии, стал джин с двумя роликами, известный как "чурка", "чарки" или "ролик с деревянным червяком".

Цель

Хлопковые волокна производятся в семенных коробках («коробочках») хлопкового растения, где волокна («пух») в коробочках плотно переплетаются с семенами. Чтобы волокна стали пригодными для использования, семена и волокна должны быть сначала разделены - задача, которая ранее выполнялась вручную, при производстве хлопка, для разделения которого требовались часы труда. Было изобретено много простых устройств для удаления семян, но до изобретения хлопкоочистительной машины большинство из них требовало значительного внимания оператора и работало только в небольших масштабах.

Ранние хлопкоочистительные машины

Самые ранние версии хлопкоочистителя состояли из одного ролика, сделанного из железа или дерева, и плоского куска камня или дерева. Самые ранние свидетельства существования хлопкоочистителя были найдены в пятом веке в виде буддийских картин, изображающих джин с одним роликом в пещерах Аджанты в западной Индии . Эти ранние джины было сложно использовать и требовали большого мастерства. Для выталкивания семян из хлопка без раздавливания семян был необходим узкий одиночный валик. По конструкции он был похож на молотильный камень , который использовался для измельчения зерна. Ранняя история хлопкоочистителя неоднозначна, потому что археологи, вероятно, приняли его части за другие инструменты.

Между XII и XIV веками джины с двумя роликами появились в Индии и Китае. Индийская версия джина с двумя валками была распространена в торговле хлопком Средиземноморья к 16 веку. В некоторых районах это механическое устройство приводилось в движение силой воды.

Великие Моголы Индия

Основная статья: Империя Великих Моголов

Червячная передача ролик джин, который был изобретен в Индийском субконтиненте во время ранней Делийского султаната эпохи 13 - го до 14 - го века, вошел в употребление в империи Моголов где- то около 16 - го века, и до сих пор используется в Индийском субконтиненте через к сегодняшний день. Еще одно новшество, включение в кривошипной рукоятки в хлопкоочистительной, впервые появился где- то в конце Делийского султаната или ранней империи Моголов. Внедрение червячной передачи и кривошипной рукоятки в роликовую хлопкоочистительную машину привело к значительному расширению индийского хлопкового текстильного производства в эпоху Великих Моголов.

Сообщалось, что с помощью индийского хлопкоочистителя, который представляет собой наполовину машину и наполовину инструмент, один мужчина и одна женщина могут очищать 28 фунтов хлопка в день. С модифицированной версией Forbes один мужчина и мальчик могли производить 250 фунтов в день. Если бы быков приводили в действие 16 из этих машин, а для их кормления использовали бы труд нескольких человек, они могли бы производить столько же работы, сколько раньше делали 750 человек.

Соединенные Штаты

Индийский роликовый хлопкоочиститель, известный как чурка или чаркха , был завезен в Соединенные Штаты в середине 18 века, когда он был принят на юге Соединенных Штатов . Устройство было принято для очистки длинноволокнистого хлопка , но не подходило для коротковолокнистого хлопка, который был более распространен в некоторых штатах, таких как Джорджия . Мистер Кребс в 1772 году и Джозеф Ив в 1788 году внесли несколько модификаций в индийский роликовый джинсовый станок, но их использование ограничивалось разновидностью длинноволокнистого хлопка до тех пор, пока Эли Уитни не разработал коротковолокнистый хлопкоочиститель в 1793 году.

Патент Эли Уитни

Оригинальный патент Эли Уитни на хлопкоочиститель от 14 марта 1794 г.

Эли Уитни (1765–1825) подал заявку на патент своего хлопкоочистителя 28 октября 1793 года; патент был выдан 14 марта 1794 года, но не был подтвержден до 1807 года. Патенту Уитни был присвоен номер 72X. Существует небольшое противоречие по поводу того, правильно ли идея современного хлопкоочистителя и его составляющих элементов приписывается Эли Уитни. Популярное изображение Уитни, изобретающего хлопкоочиститель, связано со статьей на эту тему, написанной в начале 1870-х годов, а затем переизданной в 1910 году в Библиотеке южной литературы . В этой статье автор утверждал, что Кэтрин Литтлфилд Грин предложила Уитни использовать щеточный компонент, способствующий отделению семян от хлопка. На сегодняшний день роль Грина в изобретении джина не была подтверждена независимо.

Модель хлопкоочистительной машины Уитни была способна убирать 50 фунтов (23 кг) ворса в день. Модель представляла собой деревянный цилиндр, окруженный рядами тонких шипов, которые протягивали ворсинки через решетки гребенчатой ​​решетки. Сетки были расположены близко друг к другу, чтобы семена не проходили сквозь них. Свободный хлопок счищали щеткой, чтобы механизм не заклинивал.

Многие современные изобретатели пытались разработать конструкцию , способную обрабатывать коротковолокнистый хлопок , и к 1796 году Ходген Холмс, Роберт Уоткинс, Уильям Лонгстрит и Джон Мюррей получили патенты на усовершенствования хлопкоочистительной машины. Однако данные свидетельствуют о том, что Уитни действительно изобрела пила джин, которым он знаменит. Хотя он провел много лет в суде, пытаясь применить свой патент против плантаторов, которые делали несанкционированные копии, изменение в патентном законодательстве в конечном итоге сделало его требование юридически защищенным - слишком поздно для него, чтобы заработать много денег на устройстве за один год, оставшийся до патента. истекший.

Джин McCarthy's

В то время как джин Уитни облегчает очистку семян коротковолокнистого хлопка, он повреждает волокна сверхдлинного штапельного хлопка ( Gossypium barbadense ). В 1840 году Fones McCarthy получил патент на «Smooth Cylinder Cotton-gin», роликовый джин. Джин McCarthy's продавался как для коротковолокнистого, так и для сверхдлинного штапельного хлопка, но был особенно полезен для обработки длинноволокнистого хлопка. После истечения срока действия патента Маккарти в 1861 году джины типа Маккарти производились в Великобритании и продавались по всему миру. Джин McCarthy's был использован для очистки сорта Sea Island от длинноволокнистого хлопка, выращиваемого во Флориде, Джорджии и Южной Каролине. Он очищал хлопок в несколько раз быстрее, чем старые хлопчатобумажные комбинаты, и при использовании одной лошади производил от 150 до 200 фунтов ворса в день. Джин McCarthy использовал возвратно-поступательный нож, чтобы отделить семена от ворса. Вибрация, вызванная возвратно-поступательным движением, ограничивала скорость, с которой мог работать джин. В середине 20 века джины с вращающимся лезвием заменили джины с возвратно-поступательным движением. Эти потомки джина McCarthy - единственные джины, которые сейчас используются для производства сверхдлинного штапельного хлопка в Соединенных Штатах.

Джин Munger System

Джин с дизельным двигателем в Бертоне, штат Техас, - один из старейших в Соединенных Штатах, который до сих пор функционирует.

В течение полутора десятилетий после окончания Гражданской войны в 1865 году в Соединенных Штатах для хлопкоочистки широко использовался ряд инновационных технологий. Они включали в себя мощность пара вместо энергии животных, автоматическую подачу для обеспечения бесперебойной работы стойки для джина, конденсатор, чтобы облегчить обращение с чистым хлопком, выходящим из джина, и домашние прессы, чтобы больше не приходилось переносить хлопок. Джин-двор нужно кипятить. Затем, в 1879 году, когда он управлял джином своего отца в Рутерсвилле, штат Техас , Роберт С. Мангер изобрел дополнительные методы очистки хлопка. Роберт и его жена Мэри Коллетт позже переехали в Мексию, штат Техас , построили системный джин и получили соответствующие патенты.

Оборудование для хлопкоочистки Munger System (или системный джин) объединяет все оборудование для хлопкоочистительной машины, обеспечивая, таким образом, беспрепятственное прохождение хлопка через машины. Такие системные джины используют воздух для перемещения хлопка от машины к машине. Мотивация Мунгера к его изобретениям заключалась в улучшении условий труда сотрудников в джин. Тем не менее, преимуществом для большинства владельцев джинсов была сопутствующая экономия затрат при более быстром производстве хлопка и более высоком качестве.

К 1960-м годам в хлопкоочистительном оборудовании было сделано много других достижений, но способ протекания хлопка через хлопкоочистительное оборудование по-прежнему оставался системой Мангера.

Историк экономики Уильям Х. Филлипс назвал развитие системного хлопкоочистительного «революцией Мангера». Он написал,

«Инновации [Munger] стали кульминацией того, что географ Чарльз С. Эйкен назвал второй революцией хлопкоочистки, когда частные плантационные хлопкоочистительные заводы были заменены крупными государственными хлопкоочистительными заводами. Эта революция, в свою очередь, привела к серьезной реструктуризации. хлопкоочистительной промышленности, когда небольшие разбросанные по разным адресам хлопкоочистительные фабрики и магазины девятнадцатого века уступили место сокращающемуся количеству крупных корпораций двадцатого века, которые проектируют и строят целые хлопкоочистительные предприятия ».

Один из немногих (и, возможно, единственный) сохранившихся образцов джина Munger выставлен на выставке Frogmore Plantation в Луизиане.

Эффекты в США

Хлопковый джин на плантации Джаррелл

До появления механической хлопкоочистительной машины для очистки хлопка и отделения волокон от семян требовался значительный труд. С появлением джина Эли Уитни хлопок стал чрезвычайно прибыльным бизнесом, принесшим множество состояний на Юге довоенного периода . Такие города, как Новый Орлеан, Луизиана ; Мобил, Алабама ; Чарльстон, Южная Каролина ; и Галвестон, штат Техас, стали крупными морскими портами, получая значительную экономическую выгоду от выращивания хлопка на Юге. Кроме того, значительно увеличившееся предложение хлопка создало большой спрос на текстильное оборудование и улучшенные конструкции машин, в которых деревянные детали были заменены металлическими. Это привело к изобретению многих станков в начале 19 века.

Изобретение хлопкоочистительной машины вызвало массовый рост производства хлопка в Соединенных Штатах, в основном на юге страны. Производство хлопка увеличилось с 750 000 тюков в 1830 году до 2,85 миллиона тюков в 1850 году. В результате регион стал еще более зависимым от плантаций , на которых использовался труд чернокожих рабов, при этом плантационное сельское хозяйство стало крупнейшим сектором его экономики. В то время как одному рабу требовалось около десяти часов, чтобы отделить фунт волокна от семян, бригада из двух или трех рабов, использующих хлопкоочистительную машину, могла произвести около пятидесяти фунтов хлопка всего за один день. Число рабов росло вместе с увеличением производства хлопка, увеличившись с примерно 700 000 в 1790 году до примерно 3,2 миллиона в 1850 году. Изобретение хлопкоочистительной машины привело к увеличению спроса на рабов на юге Америки , что повернуло вспять экономический спад. произошло в этом регионе в конце 18 века. Таким образом, хлопкоочиститель «превратил хлопок как сельскохозяйственную культуру, а Южную Америку - в первую сельскохозяйственную электростанцию ​​в мире».

Реклама хлопкоочистительной машины Lummus 1896 года.

Из-за его непреднамеренного воздействия на американское рабство и обеспечения того, чтобы экономика Юга развивалась в направлении плантационного сельского хозяйства (при одновременном поощрении роста текстильной промышленности в других местах, например, на Севере), изобретение хлопкоочистительной машины часто упоминается как одна из косвенных причин гражданской войны в США.

Современные хлопкоочистительные машины

Схема современного хлопкоочистительного завода, отображающая многочисленные этапы производства
Современные хлопкоочистительные машины

В современном хлопкоочистительном производстве хлопок поступает на промышленные хлопкоочистительные фабрики либо в прицепах, либо в сжатых прямоугольных « модулях » весом до 10 метрических тонн каждый, либо в круглых модулях, обернутых полиэтиленом, подобных тюку сена, произведенному в процессе сбора самым последним поколением. сборщиков хлопка. Хлопок, поступающий в джин, всасывается через трубу диаметром примерно 16 дюймов (41 см), которая протягивается над хлопком. Эта труба обычно управляется вручную, но на современных хлопковых заводах она все больше автоматизируется. Потребность в трейлерах для перевозки продукта на джин резко сократилась с момента появления модулей. Если хлопок доставляется модулями, устройство подачи модулей разбивает модули на части с помощью игольчатых роликов и извлекает из хлопка самые крупные куски постороннего материала. Затем свободный хлопок модульного подающего устройства засасывается в ту же начальную точку, что и прицепной хлопок.

Затем хлопок попадает в сушилку, которая удаляет лишнюю влагу. В очистителе цилиндров используются шесть или семь вращающихся цилиндров с шипами для разрушения больших комков хлопка. Более мелкие инородные материалы, такие как почва и листья, проходят через стержни или сита для удаления. Стиральная машина использует центробежную силу для удаления более крупных посторонних предметов, таких как палки и заусенцы, в то время как хлопок удерживается быстро вращающимися цилиндрами пилы.

Стенд для джина использует зубцы вращающихся пил для протягивания хлопка через ряд «хлопковых ребер», которые вытягивают волокна из семян, которые слишком велики, чтобы пройти через ребра. Затем очищенные семена удаляются из джинсовой машины с помощью шнековой конвейерной системы. Семена повторно используются для посадки или отправляются на маслобойню для дальнейшей переработки в хлопковое масло и хлопковый шрот. В очистителях ворса снова используются пилы и решетки, на этот раз для отделения незрелых семян и любых оставшихся посторонних веществ от волокон. Затем пресс для тюков сжимает хлопок в тюки для хранения и транспортировки. Современные хлопкоочистительные машины могут обрабатывать до 15 тонн (33 000 фунтов) хлопка в час.

Современные хлопкоочистительные машины создают значительное количество остатков хлопкоочистителя (CGR), состоящих из палочек, листьев, грязи, незрелых коробочек и семян хлопка. В настоящее время проводятся исследования по использованию этих отходов в производстве этанола . Из-за колебаний химического состава при переработке трудно создать согласованный процесс получения этанола, но есть потенциал для дальнейшего максимального использования отходов при производстве хлопка.

Смотрите также

использованная литература

Примечания

Библиография

внешние ссылки

Ресурсы библиотеки о
хлопковом джине