La ineficiencia energética en un proceso de producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar es un problema crucial porque aumenta los costos operativos y reduce la sostenibilidad del proceso. Este proyecto busca rediseñar el proceso de producción mediante una optimización termodinámica para incrementar la eficiencia exergética y reducir costos operativos. El proceso de destilación de bioetanol fue simulado en Aspen Plus, y se validó con los datos reales de operación obtenidos de la planta. Se realizó un análisis termodinámico al proceso completo desde la fermentación del mosto hasta la purificación de bioetanol, se obtuvieron las eficiencias exergéticas y exergía destruída de los equipos. Como resultado, la columna rectificadora presentó una de las eficiencias exergéticas mas bajas (40.47%), por lo que se analizó como una reducción en la presión de operación de la columna permitió incrementar a 47,37% la eficiencia exergética. Debido a que el vapor a la salida de esta columna se aprovecha en el rehervidor de la columna destrozadora, se propuso un rediseño al proceso, que consistió en adicionar un intercambiador de calor que suba la temperatura de este vapor. Esta propuesta se analizó como una inversión que permite un ahorro de 19798.08 kg vapor al año, y lo que implica una recuperación del capital de inversión en el onceavo mes. Estos hallazgos afirman que el rediseño en el proceso analizando las eficiencias de los equipos, permite optimizar la eficiencia energética y reducir los costos operativos. Palabras Clave: Eficiencia Exergética, Reducción de costos operativos, Reutilización de energía residual, Emisiones contaminantes, Optimización termodinámica.