Хлопкоочистительный - Cotton gin

Модель хлопкоочистительной машины XIX века на выставке Музей Эли Уитни в Хамден, Коннектикут

А хлопкоочистительный - что означает «хлопковая машина» - это машина, которая быстро и легко отделяет хлопок волокна из их семян, что обеспечивает гораздо большую производительность, чем ручное отделение хлопка.[1] Затем волокна перерабатываются в различные изделия из хлопка, такие как ситцевая ткань, в то время как любой неповрежденный хлопок используется в основном для текстильных изделий, таких как одежда. Отделенные семена можно использовать для выращивания большего количества хлопка или для производства хлопковое масло.

Ручные роликовые машины использовались в Индийский субконтинент не раньше 500 г. н.э., а затем и в других регионах.[2] Индийский роликовый джин с червячной передачей, изобретенный примерно в 16 веке,[3] По словам Лаквете, до настоящего времени практически не изменилась. Американский изобретатель создал современный механический хлопкоочиститель. Эли Уитни в 1793 г. и запатентовано в 1794 г.

Джин Уитни 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 рост рабства в Американский Юг поскольку спрос на уборку хлопка быстро увеличивался. Таким образом, изобретение было идентифицировано как непреднамеренный фактор, способствующий возникновению американская гражданская война.[4] Современные автоматизированные хлопкоочистительные машины используют несколько чистящих цилиндров и пил и предлагают гораздо более высокую производительность, чем их предшественники с ручным приводом.[5]

Эли Уитни с помощью Кэтрин Грин изобрел хлопкоочистительную машину в 1793 году. Он начал работать над этим проектом после переезда в Грузию в поисках работы, учитывая, что фермеры отчаянно искали способ сделать выращивание хлопка прибыльным.

История

«Первый хлопковый джин», гравюра с Журнал Harper's, 1869. Эта резьба изображает роликовый джин, использовавшийся порабощенными американцами, который предшествовал изобретению Эли Уитни.[6]

Одновалковый 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 деревянными червями".[7]

Цель

Хлопковое волокно производится в семенных коробках (коробочках) хлопковое растение где волокна («пух») в коробочках плотно переплетаются с семенами. Чтобы волокна можно было использовать, сначала необходимо разделить семена и волокна, что ранее выполнялось вручную, а при производстве хлопка для разделения 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.[8]

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 найдены в пятом веке в виде Буддист картины, изображающие джин с одним роликом в Пещеры Аджанты на западе Индия.[2] Эти ранние джины было сложно использовать и требовали большого мастерства. Для удаления семян из хлопка без раздавливания семян был необходим узкий одиночный валик. Дизайн был похож на дизайн мучной камень, который использовался для измельчения зерна. Ранняя история хлопкоочистительной машины неоднозначна, потому что археологи, вероятно, приняли его части за другие инструменты.[2]

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. Это механическое устройство в некоторых районах приводилось в движение силой воды.[9]

Великие Моголы Индия

Основная статья: Империя Великих Моголов

В червячный редуктор роликовый джин, который был изобретен в Индийский субконтинент в начале Делийский султанат эпохи 13-14 веков, вошел в обиход в Империя Великих Моголов где-то в 16 веке,[10] и до сих пор используется на Индийском субконтиненте.[2] Еще одно нововведение - включение заводить ручка в хлопкоочистительной машине, впервые появилась во времена позднего Делийского султаната или ранней Империи Великих Моголов.[11] Включение червячной передачи и кривошипной рукоятки в роликовую хлопкоочистительную машину привело к значительному расширению индийского хлопкового текстильного производства в эпоху Великих Моголов.[12]

Сообщалось, что с помощью индийского хлопкоочистителя, который представляет собой наполовину машину, наполовину инструмент, один мужчина и одна женщина могут убирать 28 фунтов хлопка в день. С модифицированной версией Forbes один мужчина и мальчик могли производить 250 фунтов в день. Если бы волов 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.[13]

Соединенные Штаты

Индийский роликовый хлопкоочиститель, известный как чурка или же чарха, был завезен в США в середине 18 века, когда он был принят в юг США. Устройство принято для очистки длинноволокнистый хлопок, но не подходил для коротковолокнистый хлопок это было более распространено в определенных штатах, таких как Грузия. Несколько модификаций индийского роллерного джина были внесены г-ном Кребсом в 1772 году и Джозефом Ивом в 1788 году, но их использование оставалось ограниченным разновидностью длинноволокнистого хлопка до тех пор, пока Эли Уитни не разработал коротковолокнистый хлопкоочистительный станок в 1793 году.[14]

Патент Эли Уитни

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

Эли Уитни (1765–1825) подал заявку на патент его хлопкоочистителя 28 октября 1793 г .; патент был выдан 14 марта 1794 года, но не был подтвержден до 1807 года. Патенту Уитни был присвоен номер 72X.[15] 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 Библиотека южной литературы. В этой статье автор утверждал Кэтрин Литтлфилд Грин Предложил Уитни использовать компонент, похожий на кисть, который помогает отделить семена от хлопка. На сегодняшний день роль Грина в изобретении джина не была подтверждена независимо.[16]

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 ​​сетки.[17] Сетки были расположены близко друг к другу, предотвращая прохождение семян. Свободный хлопок был счищен щеткой, чтобы механизм не заклинивал.

Многие современные изобретатели пытались разработать дизайн, который короткий штапельный хлопок, и Ходген Холмс, Роберт Уоткинс, Уильям Лонгстрит К 1796 году Джон Мюррей получил патенты на усовершенствования хлопкоочистительной машины.[18] Однако доказательства указывают на то, что Уитни действительно изобрел пил джин, которым он знаменит. Несмотря на то, что 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.[19]

Джин McCarthy's

Хотя джин Уитни облегчал 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 для использования как с коротковолокнистым, так и с очень длинным штапельным хлопком, 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.[20] Джин McCarthy's был использован для очистки сорта Си-Айленд от длинноволокнистого хлопка, выращенного во Флориде, Джорджии и Южной Каролине. Он очищал хлопок в несколько раз быстрее, чем старые джины, и при использовании одной лошади производил от 150 до 200 фунтов ворса в день.[21] 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-го века джины с вращающимся ножом заменили джины с возвратно-поступательным движением. Эти потомки джина McCarthy - единственные джины, которые сейчас используются для производства сверхдлинного штапельного хлопка в Соединенных Штатах.[22]

Джин Munger System

Джин с дизельным двигателем в Бертоне, штат Техас, является одним 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, обеспечивающую бесперебойную работу стойки для джина, конденсатор, чтобы облегчить обращение с чистым хлопком, выходящим из джина, и домашние прессы, чтобы хлопок больше не приходилось переносить. Джин-двор нужно кипятить.[23] Затем, в 1879 году, когда он управлял отцовским джином в Рутерсвилл, Техас, Роберт С. Мангер изобрел дополнительную систему джиннинга. Роберт и его жена Мэри Коллетт позже переехали в Мексия, Техас, построил систему джин и получил соответствующие патенты.[24]

Оборудование для хлопчатобумажной ткани Munger (или системный джин) объединяет все оборудование для хлопкоочистки, обеспечивая, таким образом, беспрепятственное прохождение хлопка через машины. Такие джинсовые машины используют воздух для перемещения хлопка от машины к машине.[25] Мотивация Мангера к его изобретениям заключалась в улучшении условий труда сотрудников в джин. Тем не менее, аргументом в пользу продажи для большинства владельцев джинов была сопутствующая экономия затрат при более быстром производстве хлопка и более высоком качестве.[26]

К 1960-м годам в хлопкоочистительном оборудовании было сделано много других достижений, но способ протекания хлопка через хлопкоочистительное оборудование по-прежнему оставался системой Мангера.[27]

Историк экономики Уильям Х. Филлипс назвал развитие системного хлопкоочистительного «революцией Мангера».[28] Он написал,

«Инновации [Munger] стали кульминацией того, что географ Чарльз С. Эйкен назвал второй революцией хлопкоочистки, в которой частные плантационные хлопкоочистительные предприятия были заменены крупными государственными хлопкоочистительными заводами. Эта революция, в свою очередь, привела к серьезной реструктуризации хлопкоочистительной промышленности, так как небольшие разбросанные по разным адресам хлопкоочистительные фабрики и магазины девятнадцатого века уступили место сокращающемуся количеству крупных корпораций двадцатого века, проектирующих и строящих целые хлопкоочистительные предприятия ».[29]

Один из немногих (и, возможно, единственный) оставшихся образцов джина Munger выставлен в Плантация Фрогмор в Луизиане.

Эффекты в США

Хлопковый джин в Плантация Джаррелла

До появления механического хлопкоочистителя хлопок требовал значительных усилий для очистки и отделения волокон от семян.[30] С джином Эли Уитни хлопок стал чрезвычайно прибыльным бизнесом, принесшим множество состояний в Довоенный Юг. Такие города, как Новый Орлеан, Луизиана; Мобил, Алабама; Чарльстон, Южная Каролина; и Галвестон, Техас стали основными 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 Станки в начале 19 века.[1]

Изобретение хлопкоочистителя вызвало массовый рост производства хлопка в Соединенных Штатах, в основном на юге. 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 плантации которая использовала порабощенный американский труд, а плантационное сельское хозяйство стало крупнейшим сектором ее экономики.[31] В то время как одному рабу требовалось около десяти часов, чтобы отделить один фунт волокна от семян, команда из двух или трех рабов, использующих хлопкоочистительную машину, могла произвести около пятидесяти фунтов хлопка всего за один день.[32] Количество рабов росло вместе с увеличением производства хлопка, увеличившись с примерно 700000 в 1790 году до примерно 3,2 миллиона в 1850 году.[33] Изобретение хлопкоочистительной машины привело к увеличению спроса на рабов в Американский Юг, обращая вспять экономический спад, произошедший в регионе в конце 18 века.[34] Таким образом, хлопкоочиститель «превратил хлопок как культуру, а Южную Америку в первую сельскохозяйственную электростанцию ​​в мире».[35]

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.[4][36][37]

Современные хлопкоочистительные машины

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

В современном хлопковом производстве хлопок поступает на промышленные хлопкоочистительные машины либо в прицепах, либо в сжатых прямоугольных формах ».модули "весом до 10 метрических тонн каждый или в круглых модулях, обернутых полиэтиленом, подобных тюку сена, производимому в процессе сбора урожая хлопком последнего поколения. Хлопок, поступающий в джин, всасывается через трубу диаметром примерно 16 дюймов (41 см), которая протягивается через хлопок. Эта труба обычно управляется вручную, но на современных хлопковых заводах она все больше автоматизируется. Потребность в трейлерах для перевозки продукта на джин резко снизилась 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 сетки для удаления. Стик-машина использует центробежная сила 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 джина через шнековый конвейер система. Семена повторно используются для посадки или отправляются в маслобойня 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 образуют значительное количество остатков хлопкоочистителя (CGR), состоящих из палочек, листьев, грязи, незрелых коробочек и семян хлопка. В настоящее время проводятся исследования по изучению использования этих отходов в производстве этиловый спирт. Из-за колебаний химического состава при переработке трудно создать согласованный процесс получения этанола, но есть потенциал для дальнейшего максимального использования отходов при производстве хлопка.[38][5]

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ а б Роу, Джозеф Уикхэм (1916), Английские и американские производители инструментов, Нью-Хейвен, Коннектикут: Издательство Йельского университета, LCCN  16011753. Перепечатано McGraw-Hill, Нью-Йорк и Лондон, 1926 г. (LCCN  27-24075 ); и Lindsay Publications, Inc., Брэдли, Иллинойс, (ISBN  978-0-917914-73-7).
  2. ^ а б c d Lakwete, 1–6.
  3. ^ Хабиб, Ирфан (3 февраля 2018 г.). Экономическая история средневековой Индии, 1200-1500 гг.. Pearson Education India. ISBN  9788131727911 - через Google Книги.
  4. ^ а б Келли, Мартин. «Пять основных причин гражданской войны: подготовка к отделению и гражданской войне». About.com. Проверено 14 марта 2011 года.
  5. ^ а б Inventors.about.com; "Предыстория хлопкового джина", получено 22 октября 2010 г.
  6. ^ Лаквете, 182.
  7. ^ "Производство хлопка - инструменты торговли". Fifteeneightyfour - Академические перспективы от Cambridge University Press. 5 июня 2013 г.. Получено 9 сентября, 2018.
  8. ^ Беллис, Мэри. Inventors.about.com; "The Cotton Gin and Eli Whitney", получено 12 марта 2012 г.
  9. ^ Бабер, Захир (1996). Наука Империи: научные знания, цивилизация и колониальное правление в Индии. Олбани: Государственный университет Нью-Йорка. п. 57. ISBN  0-7914-2919-9.
  10. ^ Ирфан Хабиб (2011), Экономическая история средневековой Индии, 1200–1500 гг., п. 53, Pearson Education
  11. ^ Ирфан Хабиб (2011), Экономическая история средневековой Индии, 1200–1500 гг., стр. 53–54, Pearson Education
  12. ^ Ирфан Хабиб (2011), Экономическая история средневековой Индии, 1200–1500 гг., п. 54, Pearson Education
  13. ^ Карл Маркс (1867 г.). Глава 16: «Машиностроение и крупная промышленность». Das Kapital.
  14. ^ Харгретт, Элизабет; Доббс, Крис (6 июня 2017 г.). "Хлопок Джин". Энциклопедия Новой Джорджии.
  15. ^ «Кто изобрел хлопкоочиститель и как это повлияло на историю?».
  16. ^ "Кэтрин Литтлфилд Грин, мозг, стоящий за хлопко-джинсовой тканью". В поисках Дульсинеи. 4 марта 2010 г.. Получено 6 ноября, 2013.
  17. ^ Харр, М. Э. (1977). Механика твердых частиц: вероятностный подход. Макгроу-Хилл.
  18. ^ Lakwete, 64–76.
  19. ^ Американский исторический обзор Генри Элдридж Борн, Роберт Ливингстон Шайлер Редакторы: 1895 - июль 1928; Дж. Ф. Джеймсон и другие; Октябрь 1928 г. - апрель. 1936 г., Е. Борн и другие; Июль 1936 г. - апр. 1941, Р.Л. Шайлер и др .; Июль 1941 г. - Г.С. Форд и другие. Опубликовано в 1991 г., Американская историческая ассоциация [и др.], Стр. 90–101.
  20. ^ Лаквете, Анджела. "Фонс Маккарти". Энциклопедия Алабамы. Обернский университет. Получено 13 октября, 2017.
  21. ^ Шофнер, Джеррел Х .; Роджерс, Уильям Уоррен (апрель 1962 г.). «Хлопок Си-Айленда в Анте-Беллум, Флорида». The Florida Historical Quarterly. 40 (4): 378–79.
  22. ^ Gillum, Marvis M .; Ван Дорн, Д. В .; Norman, B.M .; Оуэн, Чарльз (1994). "Роллер Джиннинг". В Энтони, Стэнли У .; Мэйфилд, Уильям Д. (ред.). Справочник хлопкоочистителя. Министерство сельского хозяйства США. п. 244. ISBN  9780788124204. Получено 13 октября, 2017.
  23. ^ Эйкен, Чарльз С. (апрель 1973 г.). «Эволюция хлопкоочистки на юго-востоке Соединенных Штатов». Географическое обозрение. 63 (2): 205.
  24. ^ Манн, Салли (2016). Постой: воспоминания с фотографиями. Литтл, Браун и компания. С. 314–317. ISBN  978-0-316-24775-7.
  25. ^ Аткинсон, Эдвард (1 июня 1880 г.). «Отчет о производителях хлопка США». В отделе внутренних дел, переписи населения. Отчет о производителях Соединенных Штатов по десятой переписи населения. Государственная типография. С. 937–984.
  26. ^ Манн, Салли (2016). Постой: мемуары с фотографиями. Литтл, Браун и компания. п. 318. ISBN  978-0-316-24775-7.
  27. ^ Эйкен, Чарльз С. (апрель 1973 г.). «Эволюция хлопкоочистки на юго-востоке Соединенных Штатов». Географическое обозрение. 63 (2): 205–206.
  28. ^ Филлипс, Уильям (1994). «Делая бизнес из этого: эволюция южного патентования хлопка-джина, 1831-1890». История сельского хозяйства. 68 (2): 88, 90.
  29. ^ Филлипс, Уильям (1994). «Делая бизнес из этого: эволюция южного патентования хлопка-джина, 1831-1890». История сельского хозяйства. 68 (2): 85–86.
  30. ^ Хамнер, Кристофер. traininghistory.org, «Катастрофа инноваций», получено 11 июля 2011 г.
  31. ^ Пирсон, Парк (сентябрь 2009 г.). «Семена конфликта». Гражданская война в Америке. 22 (4): 25.
  32. ^ Вудс, Роберт (1 сентября 2009 г.). «Поворот чудака положил начало гражданской войне». Машиностроение.
  33. ^ Смит, Н. Джереми (июль 2009 г.). «Создание хлопкового короля». Мировая торговля. 22 (7): 82.
  34. ^ Роберт О. Вудс (28 декабря 2010 г.). "Как хлопко-джинсовая ткань положила начало гражданской войне". Американское общество инженеров-механиков. Получено 17 сентября, 2020.
  35. ^ Андерхилл, Пако (2008). «Хлопок-джин, масло, роботы и магазин 2020 года». Идеи дисплея и дизайна. 20 (10): 48.
  36. ^ Джо Райан. «Что послужило причиной Гражданской войны в США?» AmericanCivilWar.com. Проверено 14 марта 2011 года.
  37. ^ Рэнди Голден "Причины гражданской войны О Северной Грузии. Проверено 14 марта 2011 года.
  38. ^ Agblevor, Foster A .; Бац, Сандра; Трамбо, Джессика (3 февраля 2018 г.). «Состав и потенциал производства этанола из остатков хлопкового джина». Биотехнология для топлива и химикатов. Humana Press, Тотова, Нью-Джерси. С. 219–230. Дои:10.1007/978-1-4612-0057-4_17. ISBN  978-1-4612-6592-4.

Библиография

внешняя ссылка

Библиотечные ресурсы о
Хлопкоочистительный