El presente trabajo pretende analizar el proceso de fraccionamiento de ésteres etílicos de ácidos grasos omega-3, mediante el uso de la destilación molecular de película descendente, con la finalidad de obtener concentrados de estos ésteres. El estudio es abordado en forma teórico-experimental, haciendo uso en primer lugar de un modelo fenomenológico simplificado que describe el proceso. El modelo matemático está regido por las ecuaciones de los fenómenos de transporte que describen el perfil de composición química, la distribución de temperaturas y el perfil de velocidades de la película líquida de evaporación que desciende por acción de la gravedad adherida a la pared interior de la unidad de destilación molecular. Como una alternativa al modelo fenomenológico, se estudia un modelado con redes neuronales artificiales. Finalmente, la optimización del proceso de destilación molecular conduce a las condiciones operativas óptimas de trabajo.